Welche bedeutung hat der spin

Die Rechtfertigung des Terminus Drehimpuls für den Spin besteht darin, dass er sich in einen speziellen, mathematischen Formalismus einbetten lässt, der Drehimpulsalgebra. Dahinter stecken bestimmte Kommutatorrelationen, die alle Drehimpulse erfüllen. Es sind Operatorgleichungen, die typisch sind für die Quantentheorie, und die bei Drehimpulsen eine wohldefinierte Form haben. Neben dem Spin als Eigendrehimpuls, erfüllt auch der klassische Bahndrehimpuls diese Relationen. Aber auch tiefer reichende Konzepte der Quantenfeldtheorien, wie der Isospin oder schwache Isospin transformieren sich wie Drehimpulse. Alle diese Spins sind als weitere Freiheitsgrade eines Quants aufzufassen und dienen deren Unterscheidung und Ordnung im Teilchenzoo der Elementarteilchenphysik.

Spins als Elementarmagneten

Mit jedem Spin ist ein magnetisches Moment verknüpft, über den spinbehaftete Teilchen an ein äußeres Magnetfeld koppeln können. So, wie sich ein Stabmagnet im irdischen Magnetfeld ausrichtet, richten sich Teilchen mit Spin in Magnetfelder aus. Mit einem spinbehafteten Teilchen verbindet sich die Vorstellung eines winzigen Elementarmagneten mit Nord- und Südpol. Im Stern-Gerlach-Versuch (1921) wird ein Atomstrahl (Silberatome) in ein starkes, inhomogenes Magnetfeld eingeschossen. Die Experimentatoren beobachten dann eine Aufspaltung des Strahls in zwei Teilstrahlen gleicher Intensität. Dieses Experiment deutete gerade auf eine bis dato verborgene Teilcheneigenschaft hin: den Spin. Die Aufspaltung demonstriert gerade die Richtungsquantelung.

Was passiert im Kernspintomographen?

Eine wichtige Anwendung des Teilchenspins in der Medizin ist die Kernspintomographie (Nuklearmagnetische Resonanz, kurz NMR). Hier nutzt man aus, dass auch die Teilchen im Atomkern, die Nukleonen (Neutronen und Protonen), halbzahligen Spin tragen. Alle diese Spins summiert man auf, um den Gesamtspin des Atomkerns, den Kernspin, zu erhalten. Bestimmte Atomkerne haben einen von null verschiedenen Kernspin (in der Medizin häufig H-1, H-2, C-13, N-14) und können als medizinische Diagnostika dienen. Der Kernspin koppelt an die Spins der Elektronen in der Atomschale und bewirkt auf diese Weise unterschiedliche energetische Zustände im Gesamtsystem. Man kann nun gezielt höhere energetische Zustände anregen, indem man das Material einem starken, homogenen Magnetfeld aussetzt, das von einem weiteren starken, inhomogenen Magnetfeld überlagert wird. Die Spins werden dann durch die Ausrichtung im Magnetfeld umgeklappt. Bestimmte Kerne lassen nur zwei Einstellungsmöglichkeiten zu: in Richtung des Magnetfeldes (parallel) oder entgegengesetzt dazu (antiparallel). Abschalten des Magnetfeldes lässt nun die Spins wieder in ihre Ruhelage zurückkehren (relaxieren): dieser Vorgang, eine Zustandsänderung von einem energetisch höheren in einen niederenergetischen Zustand ist mit der Emission eines Photons verbunden. In diesem Fall sind es Radiophotonen mit einigen MHz Strahlungsfrequenz. Diese Photonen sind das eigentliche Messsignal in der NMR und können mit einer photoempfindlichen Anordnung registriert werden. Das räumlich inhomogene Magnetfeld dient einer genauen Ortsauflösung des Signals, um die tomographischen Daten nach der Messung visualisieren zu können.

21cm-Linie in der Astronomie

In der Astronomie gibt es ebenfalls einen wesentlichen Beobachtungsindikator, der auf der Spin-Physik beruht: der Hyperfeinstrukturübergang im neutralen Wasserstoff (HI), der als 21cm-Linie im Radiobereich messbar ist. Dieser Übergang beruht auf den unterschiedlichen Einstellungsmöglichkeiten des Spins von Elektron und Proton (im Isotop H-1) zueinander: die Spinorientierungen können parallel oder antiparallel sein. Der antiparallele Zustand ist energetisch niedriger und der Grundzustand des atomaren Wasserstoffs. Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum. Deshalb kommt es trotz hoher Lebensdauer von 1.1 × 1010 Jahre des energetisch angeregten Zustands zu einer signifikanten Emission von Photonen mit der zwischen diesen Energieniveaus korrespondierenden Frequenz von 1.42 GHz oder 21.1 cm Wellenlänge. Das interstellare Medium wird mit dieser Radiostrahlung weiträumig kartographiert und verrät damit die Verteilung des neutralen Wasserstoffs (21cm-Tomographie).

Das Wort kommt in den letzten Jahren regelmäßig in deutschsprachigen Texten vor. Die Worthäufigkeit sagt nichts über die Bekanntheit des Wortes oder das Vorkommen in der gesprochenen Sprache aus.

Wir teilen Wörter in die fünf Gruppen „sehr selten“, „selten“, „regelmäßig“, „häufig“ und „sehr häufig“ ein.

Typische Kombinationen

Das Wort Spin wird in den letzten Jahren oft in Zusammenhang mit den folgenden Wörtern verwendet: Acer, Chromebook, E-Scooter, Test, verraten, Roller, TravelMate, Euro, Notebook, Grenzübergang, Deutschland, Boldak, Montag, Angebot, Provinz, nutzen, Machen, Taliban, günstiges, gekommen.

Vor 30 Jahren wurde das gleiche Wort oft in Zusammenhang mit folgenden Wörtern verwendet: Doctors, Haare, Art, Top, Atome.

Darstellung

Die Darstellung mit serifenloser Schrift, Schreibmaschine, altdeutscher Schrift und Handschrift sieht wie folgt aus:

Das Wort Spin in verschiedenen Schriftarten.

Statistiken zu Spin

• 4 Buchstaben
• 1 Silben
• 1 Vorkommen von "I"
• 1 Vorkommen von "N"
• 1 Vorkommen von "P"
• 1 Vorkommen von "S"
• Alphagramm (alphab. Anagramm): INPS
• 7 Punkte beim Scrabble

Quellen & Referenzen

Zu den Referenzen und Quellen zählen: Duden Deutsches Universalwörterbuch, Wahrig Deutsches Wörterbuch, Kluge Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache, Uni Leipzig Wortschatz-Lexikon, Jacob Grimm, Wilhelm Grimm: Deutsches Wörterbuch, Online-Wortschatz-Informationssystem Deutsch, PONS Deutsche Rechtschreibung, Digitales Wörterbuch der deutschen Sprache, Joachim Heinrich Campe: Wörterbuch der deutschen Sprache, Wolfgang Pfeifer [Leitung]: Etymologisches Wörterbuch des Deutschen, The Free Dictionary, Wikipedia und weitere. Details zu den Einzelnachweisen sind den einzelnen Artikeln zu entnehmen.

Einzelnachweise

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Was bewirkt der Spin?

Was ist der Spin eines Atoms?

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Wie misst man einen Spin?