电子真的可以旋转吗？

对于我们大多数人来说，原子作为微小太阳系的图表是我们进入粒子物理学世界的入门。不幸的是，这些标志性的图像比正确的错误更多。

一方面，电子不像围绕块状太阳运行的小行星。它们可能甚至不是微小的球体，而是空间中的针刺，没有宽度、高度或深度。

作为一个没有宽度的物体，它没有任何东西可以旋转。

那么物理学家在描述粒子的“自旋”时指的是什么呢？

为什么我们认为电子会自旋？

在量子力学的早期，一些物理学家琢磨了这个想法像电子这样的粒子是否真的在旋转。虽然这个想法并不完全符合关于电子行为的现有理论，实验中的一些观察和理论上的琐碎差距表明并非如此。

一个是电子的路径在遇到磁场时会弯曲，就好像它本身就是一个微小的磁铁一样。这本身并不是一件令人震惊的事情——毕竟，移动的电荷会产生磁场。

但是当两位德国科学家名叫奥托·斯特恩和瓦尔特·格拉赫时测量此字段在1920年代早期围绕银原子核运行的电子中，他们发现这些数字并没有加起来。电子也必须在原地移动才能有意义——它们必须旋转。

奇怪的是，结果暗示这种旋转会产生非常特定方向的小磁场，相对于外部磁场严格指向直上或直下。它们从来没有随机倾斜过。

与此同时，一位理论家名叫沃尔夫冈·泡利他正在研究一个原理，有助于解释为什么一些粒子（如原子核中的电子和粒子）在占据相同空间时不能彼此重叠，而其他粒子（如光子）可以。

他的“不相容原理”需要一组四个量子数。有人描述了粒子的能量。另外两个与角动量有关。但第四个似乎与任何明显无关。

一位名叫塞缪尔·古德斯密特（Samuel Goudsmit）的年轻荷兰出生的美国科学家会很快提供答案.对磁场中谱线的公式应用新的解释，称为双峰，他无意中发现了电子运动的证据，这种运动看起来像自旋一样不可思议。并不是说他一开始看到它 - 它花了许多长时间的对话另一位年轻的荷兰裔美国物理学家乔治·乌伦贝克（George Uhlenbeck）明确表示。

“但你不明白这意味着什么吗？这意味着电子有第四个自由度，“Uhlenbeck著名的回应。

“这意味着电子有一个自旋，它旋转。

虽然他们不是第一个考虑概念，对话以及这些理论和实验的结果，为电子 - 以及其他基本粒子 - 旋转提供了一个明确的案例。

但是，在量子力学的兔子洞里，没有什么能如此简单。