Espín y exclusión de Pauli
¿Qué es esto del Espín?
El espín o spin en inglés (girar) hace referencia a la rotación de las partículas. Imagina al átomo como un sistema solar, el núcleo de protones y neutrones es el sol, mientras que los electrones son los planetas. Cada planeta gira alrededor del sol y también rota sobre sí mismo, esto lo sabemos por las estaciones del año y por el ciclo del día y de la noche. Bueno, los científicos creen que con los electrones dentro de un átomo ocurre lo mismo, es decir que estos pueden girar y rotar. Las partículas cargadas en movimiento generan un campo magnético, por lo que si realmente los electrones rotan o se mueven van a generar un campo magnético que provocara que los átomos que pasen por él se desvíen, ¿cierto? Bueno, a Otto Stern y Walther Gerlach se les ocurrio comprobar esto.
Los científicos hacen pasar un haz de átomos de plata por un campo magnético, y creían que estos átomos se iban a desviar según un máximo y un mínimo, dejando una figura con 2 líneas paralelas y completamente rellena, pues los electrones deberían girar a diferentes velocidades, haciendo que el campo magnético fluctué y los átomos se desvíen mas o menos según la rotación de los electrones. El problema es que los átomos dejaron 2 líneas paralelas sin ningún relleno, por lo que concluyeron que el Espín solo podía tomar 2 valores, es decir que los electrones solo pueden girar a una velocidad determinada y para ambos sentidos. En resumen, el Spin es una propiedad que mide el giro de las partículas sobre su eje, que intrínseca (como la masa o la carga) y que tiene un valor determinado según el tipo de partícula.
Como el Spin nos habla de la rotación de partículas comúnmente con carga, también se puede decir que es el momento angular magnético de las partículas. El momento angular es una magnitud vectorial que mide el giro de los cuerpos y de la que ya hablaremos.
Bueno, aún nos falta mencionar algo para pasar a hablar del principio de exclusión de Pauli, los números cuánticos. Estos son unos números que aparecen como soluciones a la ecuación de Schrödinger y que definen al electrón y algunas de sus características dentro del átomo, por ejemplo la posición o su rotación. El cuarto número cuántico es el Spin y nos dice que en un orbital pueden haber 2 electrones pero que tienen que rotar en sentido contrario, es decir que su Spin tiene que ser opuesto de signo.
El principio de exclusión de Pauli nos explica que no puede haber 2 partículas enlazadas y de spin semi-entero con los mismos números cuánticos. Según este principio, los electrones tienen que agruparse en capas y el número cuántico de cada electrón es mayor que el del anterior. Si recordamos un poco las partículas del modelo estándar nos encontraremos con fermiones y con bosones, bueno, estos 2 grupos de partículas se separan según si la partícula sufre o no del principio de exclusión de Pauli.