What is Spin? From the experiment of Stern - Gerlach, to the quantization of the magnetic moment

Spin is one of the most heard of concepts in modern physics, yet it is often rather obscure. Are you sure you know what it is?
Spin is not a simple concept and it has an interesting development.
Let's find together how we got to imagine the electrons as spinning charged balls and then forgot about it and went on. From the atomic model by Rutherford, to Stern - Gerlach's experiment up to Schroedinger's equation, we'll find out more about this important concept.
Data are from: R. Eisberg, R. Resnick - Quantum Physics of atoms, molecules, solids, nuclei and particles.

[@RoBi-yv9zd]

Premetto che non sono né fisico né studente solo un curioso,che è super appassionato di fisica relatività quantistica ..grazie ancora e molto bravo nelle spiegazioni..

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

NOTA: come giustamente mi ha fatto osservare @Enrico D'Urso l'esperimento originale di Stern e Gerlach utilizzò atomi di Argento perché questo atomo, avendo come ultimo orbitale occupato un orbitale con m=0 non avrebbe dovuto subire alcuna deflessione (il caso che riporto io è generale).

[@leonardodragoni5152]

+Marco Coletti Minuto 8:40, scusa Marco ma il ground state dell'atomo di idrogeno non ha n=1? Perchè dici n=0? Comunque ottimo video, come sempre ;)

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Argh! Mi sono impappinato nel parlare :-(

[@leonardodragoni5152]

Ahah ma si tranquillo, tanto nel contesto era irrilevante

[@autarchyan5426]

Video girato a Natale? Si possono vedere le luci dell'albero che si accendono e spengono nel riflesso del quadro lol

[@arcizen68]

Complimenti per le sue qualità divulgative. In un video (e tanto meno in TV) non ho mai sentito spiegare così bene lo spin specie sul suo non essere una quantità vettoriale.

[@francescolasorsa]

Grande Marco, sei sempre bravissimo a spiegare i concetti, solo che stavolta è davvero dura ... quante volte dovrò rivederlo per comprendere tutto?! :D Forte anche l'orologio alle tue spalle, 40 min di registrazione per spiegare tutta 'sta roba! ... e con tutti i riferimenti storici! Bravo!

[@marcostoca5120]

grandissimo Marco, é la prima volta che sento una spiegazione cosí chiara sullo spin, grazie davvero

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Grazie!

[@larisapop1400]

Devo dire che è stato bello vedere come hai introdotto il tutto, anche perchè il riferirsi ai vari esperimenti in ordine temporale è stato molto utile. Cercherò di usare queste nozioni per l'esame di meccanica quantistica che avrò in settimana :)

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Grazie!

[@elettrocharleston]

Bellissimo lo sfondo ! Sei un Grande Il Quso

[@giuseppeadamo4775]

Bravissimo nella spiegazione, complimenti.

[@poseidone5]

super! mi sn reso conto di non aver mai ben avuto chiaro lo spin. Grazie

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Tranquillo... nessuno ce l'ha (Feynman docet)

[@partibene9819]

Ciao genio. Intanto buon anno, e poi continua così! Altrimenti cos'altro di interessante si potrebbe vedere in rete? Ancora auguroni (anche se in ritardo...) Ciao ciao.

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Dai, che c'è tanto altro da vedere. Dipende da cosa ti interessa. Chimica? Matematica? Ingegneria? Gemme e pietre preziose? Biologia? Scienze naturali? C'è tutto questo e altro ancora!

[@MultiNeurons]

Molto bello! Grande padronanza della materia. Che dualismo...

[@paolomaggi8188]

Sei bravissimo e coinvolgente!....

[@robertomagugliani7092]

Bellissimo video!!!!

[@Andrea_Fuga]

bellissimo video! bravo! Mi rendo conto però, che senza la matematica necessaria, capire queste cose risulta difficile!

[@fernandoprevi3435]

Spiegazione eccellente!

[@thewizard4200]

Grandissimo!

[@alfonsodama8899]

Ottima esposizione. Solo una piccola (ehm) precisazione: il concetto di "orbitale" non fu introdotto con l'atomo di Bohr, bensì con Heisenberg come conseguenza del suo principio di indeterminazione. Buona vita.

[@Jankeefox]

ahi... questo è il primo video del quale ho capito solo in parte i concetti... mi sa che sono arrivato al mio limite. comunque complimenti continuo a considerarti uno dei migliori divulgatori in circolazione. Alberto Angela può andare a nascondersi.

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Non esagerare, povero Alberto!!!!!

[@albertolaurenzi7796]

@@LaFisicaCheNonTiAspetti , scusa se volessimo utilizzare una parola italiana al posto del termine inglese "spin", quale parola o parole italiane si dovrebbero usare?

[@stripflame]

Ciao Marco! Seguo i tuoi video da un mese circa e volevo farti i complimenti per la chiarezza! Avevo una domanda che mi è stata posta durante un esame dal mio prof, che però non mi ha dato una risposta, in seguito al fatto che dopo una rotazione di 2pi lo spin cambia verso. La domanda è: se volessi costruire una nuova MQ in cui lo spin dopo 2pi funziona come per i vettori, ovvero non cambia segno, cosa succederebbe alle particelle nell'universo?

[@IlicSorrentino]

L'ho già detto che sei bravissimo a spiegare? ( specie ai duri de crapa come me...) Cavoli lo ridico: a me le cose me le spieghi pure meglio di Veritasium! guarda un po'... Grazie Grazie Grazie ps: richiesta - non è che potresti mettere i pdf delle tavole che fai nei video e magari aggiungere quelle freccette rosse che sono utilissime per quelli come me? E se poi mi scrivessi in che unità di misura è espresso il risultato finale... beh ecco sarebbe molto gradito! Grazie, in gamba!

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Vedo dai pollici in su che la tua proposta piace. Vedrò cosa posso fare.

[@antoniodefazio7883]

Grande il Cusooo!!!

[@peterluth]

Bravo!

[@ff67ff]

Great. Grazie

[@VincenzoMassignan]

Sarà stata anche una ottima esposizione, come complimentano molti commenti, ma questa volta ho capito veramente poco, per essere ottomista. A parte che forse lo spin non è uno "spin" in senso "meccanico".

[@RoBi-yv9zd]

Grande spiegazione..bravo..chiedo un informazione ma allora lo spin se non è un vettore ecc ecc ..si può spiegare meccanicamente com è fatto ?e perché ruota nel verso che sta ruotando (se ruota) grazie mille

[@backtoblack8073]

troppo bravo u.u

[@italo021012]

Potresti dirmi come si è potuto determinare lo spin del fotone? Grazie. P.S. Ho sentito pronunciare "De Broglie" sia "De Broglì", sia "De Brogl" (gl come in giglio). Quale è la pronuncia corretta? (Google Traduttore lo pronuncia "De Brogl")

[@massimilianoberetta816]

Complimenti perché hai una padronanza della materia che è affascinante. Ho iniziato a leggere il libro "Un'occhiata alle carte di Dio" che hai consigliato e servirebbe una spiegazione dell'impianto matematico che c'è dietro. Il libro è affascinante, comprensibile quando parla della polarità delle onde, ma non è molto chiaro riguardo l'esperimento che hai descritto qui. Please, sono un povero genetista che cerca di capire!

[@lachimicapertutti]

Bellissimo video!! Lo passo anche ai miei iscritti :P

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Grazie Giuseppe!!

[@zakariakoutaine537]

sei un prof

[@lucaolmastroni6270]

Bel video e grande talento espositivo: Avrei due domande da incompetente: 1) Perché il protone è troppo pesante per giustificare la deflessione così grande? Vengono deflessi interi atomi di Ag che contengono anche protoni. Quali leggi cinematiche impediscono al protone di essere la causa di tale deflessione? 2) l'esperimento Stern - Gerlach potrebbe essere eseguito con un fascio di neutroni per via dell'identico spin? Oppure i motivi di cui al punto 1) lo impediscono? Oppure oltre spin +/- 1/2 la particella deve avere anche una carica elettrica ? Grazie

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

+luca olmastroni la deflessione è dovuta alla interazione con il campo magnetico, quindi ad una forza. Ma una forza fornisce una accelerazione (quindi alla fine una deflessione) che è tanto più piccola quanto maggiore è la massa che cerchi di deflettere (questo è il secondo principio della dinamica F=ma). Ma gli atomi di argento vengono deflessi troppo perché basti tenere in considerazione la sola interazione con i protoni. E sì, l'esperimento può essere ripetuto con fasci di neutroni.

[@SerFingolfin]

Non comprendo il motivo per cui, parlando di atomi, si debba prendere in considerazione solamente lo spin dell'elettrone. Le particelle elementari che compongono il nucleo non "sentono" i campi magnetici? Se così fosse, perché un intero atomo dovrebbe "inseguire", "obbedire" al comportamento di un elettrone? Grazie ancora per questi bellissimi video

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Hai ragione, ma come ho accennato nel video (lo ammetto, l'ho solo accennato) a causa della loro maggiore massa, risentono dei campi magnetici migliaia di volte meno dell'elettrone, quindi possiamo almeno in prima approssimazione trascurare il loro contributo

[@riccardodilodovico8948]

Bravo

[@epinephrinedunno2731]

Ma non è possibile che un neutrone (neutro) abbia una carica centrale positiva e all'esterno negativa? Così da giustificare lo spin

[@stratonunzio]

epinephrine dunno il problema è che anche il neutrino ha spin 1/2 e lui è una particella elementare con carica nulla. essendo elementare non puoi assolutamente pensarla come composta da altre cariche

[@antoniospezzacatena1691]

ciao. il video mi è piaciuto molto. lo spin è un argomento abbastanza delicato da trattare. però creso che ci sia un piccola svista quando parli dell'esperimento condotto con atomi di H. il valore del numero quantico principale n è uguale ad uno e non a zero. puoi confermare?

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Hai ragione, mi era stato fatto notare anche da altri. Non ho messo un'errata corrige come primo commento? Sennò rimedio :-D

[@amos68bit]

Carissimo prof Marco, mi piacerebbe capire come funzionano i campi magnetici a livello quantistico. Le linee di forza sono fotoni ? Come si comportano ? Che differenza cè tra un campo magnetico naturale di un materiale e uno generato da spire percorse da corrente? Si possono sfruttare i magneti permanenti per produrre energia "dal nulla", la famosa free energy ? Grazie prof ! Un salutone Amos

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Un magnete modifica lo stato del campo magnetico intorno a lui e i fotoni sono la rappresentazione di come un altro magnete o una particella carica o un conduttore percorso da corrente interagiscono con questo campo "deformato". I campi magnetici sono tutti uguali, ma ovviamente il campo di una spira è regolabile. Infine i magneti "permanenti" lo sono solo per modo di dire: anche il loro magnetismo prima o poi si esaurirà. E non puoi estrarre energia dal nulla perché se per esempio vuoi prendere l'energia cinetica di un magnete che "cade" verso un altro, puoi farlo, ma prima avrai dovuto portare quel magnete ad una certa distanza opponendoti al campo del primo, quindi avrai comunque usato dell'energia. Il paragone non è corretto al 100% perché non possiamo definire una energia potenziale per un campo magnetico, ma è abbastanza simile a quello che succede con un corpo che cade: puoi usare la sua energia cinetica, ma prima lo hai dovuto portare ad una certa altezza e questo ti costa energia (e sempre più di quella che puoi estrarre successivamente)

[@amos68bit]

Carissimo Marco, grazie per la risposta, la mia era una domanda per suggerirti un tema su cui magari fare uno dei tuoi bellissimi video. I campi magnetici mi hanno sempre affascinato, il fatto che per produrre un campo magnetico come quello di un magnete naturale/artificiale ho bisogno di spire percorse da corrente, mi suggerisce l'idea che un magnete è infondo una "pila" he prima o poi si "esaurirà". Se i fotoni sono una rappresentazione dell'interazione campo/campo o particella/campo, cos'è a livello quantistico un campo magnetico, cos'è una linea di forza , da che particelle sono composti ? Posso immaginarmi la luce o le onde radio come un campo magnetico che varia nel tempo ad una certa frequenza, ma se un campo magnetico è fermo, stiamo parlando di fotoni a frequenza 0 ? Ma allora questi fotoni a energia 0, possono passare attraverso i materiali ?Mi sa che devo una pizza :-)Grazie Ancora. ciao Amos

[@carminereda9941]

esposizione limpida Grazie

[@GiovaniAstrofiliMilanesiGAM]

questo video mi è servito per ricordarmi che non so nulla di meccanica quantistica ahahah

[@marconadal1412]

Ma scusa Marco abbi pazienza, mi parli di momento angolare di un elettrone, o di campo magnetico orbitale e poi mi cadi nella live della società dei montanari, sostenendo che una parte soprastante di un edifico, privata del proprio sostegno, intraprenda verso il basso la via con più impiego di energia? Poi sorvoliamo su dove la abbia presa tutta quell'energia, impossibile da reperire in quella quantità, ma se anche la avesse avuta non sarebbe ovvio che avesse percorso, la via con meno impiego di energia? Ossia crollando di lato, invece che perpendicolare? Ciao e grazie

[@giorgiocoppo545]

grazie

[@vince2278]

8:52 n=1 vero?

[@salvos98]

Costante di Planck ridotta :Q___ Ma esattamente da dov'è nata la costante ridotta? è nata solo per facilitare i calcoli o c'è di più?

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Considerando che è soltanto la costante di Planck divisa 2pi è solo un modo per semplificare la scrittura

[@pasettin]

Ciao Marco. Ti faccio una domanda che c'entra poco con questo video, o forse niente. Mi piacerebbe sentire spiegato da te cosa sono i monopoli magnetici. Se ci sono state scoperte particolare negli ultimi anni. Perché sono così particolari? Che applicazioni potrebbero avere?So che non puoi fare un video per ogni richiesta di noi. Te lo chiedo senza grandi pretese, logicamente.Ciao!

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

In realtà sarà un argomento che tratterò sicuramente nel video sulla teoria delle stringhe. Quando farò il video sulla TdS? Non ne ho idea :-D

[@pasettin]

Dai, dai, dai! Almeno dimmi che è il prossimo in lista! O devo attendere altri video prima di quello sulle stringhe?Li guarderò comunque ma con un minimo di dissenso :P scherzo ovviamente!

[@leoshock1]

Che differenza c'è tra spin e momento angolare?

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Il momento angolare deriva dalla rotazione di una massa intorno ad un centro (quindi richiede una massa e un'orbita), mentre lo spin invece è una proprietà che permette ad una particella di interagire con un campo magnetico esterno (anche se è libera, ossia non vincolata a nessuna orbita)

[@AntonioSinesi-hw1fd]

Il cono che risale su un percorso da stretto a largo succede perche' si passa da una circonferenza + ampia sd una + piccola.

[@guerriero_shardana]

Non ho capito nulla, mi sono incantato a guardare le lancette del grande orologio azzurro alle tue spalle. Il tempo è magnetico.

[@santointrigila2516]

Viva la sincerità !

[@dwalinozzo]

devo riprendere i miei appunti di quantistica, ma mi sa che hai cannato l'ordine degli esperimenti. l'argento fu scelto proprio perchè aveva numero magnetico 0 e quindi doveva esserci un solo punto centrale. ma invece se ne trovano due agli opposti. cmq controllo entro la fine della settimana e ti dico

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

+Enrico D'Urso uhm, in effetti non saprei. A me invece il prof non l'aveva detto (e non ho mai controllato) 😁

[@paolocattidegasperi2168]

Le particelle del nostro corpo sono in entanglement ?

[@italoraffagnini3264]

Credevo di aver capito cosa fosse lo spin. Ora non ne sono più sicuro.

[@nerdologicdom]

meccanica quantistica

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Oh, yes!

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

+Of Science & Nerds oh, Yes!!!

[@vapervop]

Ma se l’elettrone è un onda come fa ad avere uno spin!???

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Quelli di onda e corpuscolo sono concetti che noi usiamo per "semplificare" il nostro discorso quando descriviamo i sistemi quantistici. In realtà sono due termini entrambi fuorvianti. L'elettrone non è nessuna delle due cose (per il modello standard la definizione corretta sarebbe "eccitazione del campo elettronico"). Lo spin è una proprietà legata al modo in cui una particella interagisce con i campi magnetici, quindi nel momento in cui hai una interazione, puoi definire tale proprietà. Come poi la rappresenti a livello matematico e grafico può essere molto diverso da quello che è effettivamente.

[@WannaBeBuddha]

Per gli amici... cosa? :D

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

L'ho cambiato, che ti credi? Che mi fidi dei sottotitoli generati automaticamente da KZbin? :-D

[@matteobenussi3110]

La mia è una domanda davvero "ignorante", che quasi mi vergogno a scriverla: faccio comunque un tentantivo. Come mai ci interessa così tanto lo spin di particelle così piccole?

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Non è una domanda affatto banale. Lo studio delle proprietà delle particelle (non solo lo spin, ma anche tutte le altre come le varie cariche, o la massa) serve a definire una teoria che permetta di descrivere il funzionamento delle stesse e conoscere meglio il funzionamento del nostro universo. Attualmente è il Modello Standard a descrivere il comportamento delle particelle subatomiche, ma sono anni che si cercano alternative per colmare le lacune che il MS ha (ad esempio: non contempla la gravità)

[@matteobenussi3110]

Grazie Marco per la risposta: leggendo articoli di divulgazione scientifica o guardando video su internet mi domando spesso "ma perché ci interessa?", giudicano decisamente astruse o astratte le conclusioni che gli autori espongono. Grazie a canali come il tuo riesco a capire di più le ragioni di questo interesse da parte degli scienziati. Continua così!

[@Faded_0022]

Notare l'albero di natale nel riflesso del quadro

[@Grivven]

Quindi ora come ora non sappiamo bene da che cosa esattamente dipenda l'esistenza dello spin, è un valore che le particelle hanno in questo universo stop.

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

In realtà la sua esistenza è stata derivata teoricamente da Dirac. E' una conseguenza dell'impianto teorico della MQ, anche se inizialmente non lo si sapeva.

[@AntonioSinesi-hw1fd]

Si crea un gradiente.

[@vittorio4866]

Lo spin ha a che fare con lo spazio tempo.

[@pierdoro1983]

oh....Ma quanto sei bravo!?!? se avessi avuto metà dei tuoi neuroni ero ricco!!

[@michelecozza9160]

in cosa sei laureato?

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

+Michele Cozza fisica (dello stato solido)

[@michelecozza9160]

Marco Coletti triennale o quinquennale?

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

+Michele Cozza ehhhhh, caro mio. Ai miei tempi non c'era ancora il 3+2

[@michelecozza9160]

Marco Coletti e che cambia tra fisica e fisica allo stato solido? ;)

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Oggi diresti che è una delle lauree specialistiche (il +2). In particolare nel mio piano di studi c'erano materie come Fisica dello Stato Solido, Sensori e Rilevatori, Fisica dei semiconduttori e la mia tesi è stata sugli attriti su scala micrometrica

[@GherardoDacquati]

Si vede che sei appassionato della materia e di divulgazione ma...emh....come dire...forse per uno che non ha neanche la minima infarinatura dell'argomento sei un pò troppo tecnico, cosa che ho ho notato in altri tuoi video. Non prenderla come una critica negativa ma guardare i tuoi video è come ascoltare un audiolibro di fisica preso da un testo universitario. So che non sempre semplificare riesce a rendere l'idea e che a volte non è proprio possibile ma quando parti a manetta con formule matematiche diventa difficile starti dietro, o uno ne sa già qualcosa o non ci capisce niente.

[@juannepili]

Se il momento è angolare, perché non ci mettono un comodino?

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

E perché non ci mettono Farenz?

[@DenZuck]

😂😂😂

[@guglielmoscandale6120]

Non hai dato la definizione definitiva di spin. Se me lo chiedesse mio figlio delle scuole medie cosa gli dovrei risponder? Che lo spin è?…..

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Niente che tuo figlio alle medie potrebbe capire. La definizione di spin richiede un livello di matematica molto avanzato. Non è possibile arrivare a un livello di semplificazione simile, quindi serve adattarsi. Mi spiace

[@FaberFest]

Ma alla fine che gatto è lo spin non si è mica capito...

[@giuliocastelli1062]

sei mio fratello

[@aniellofontana3930]

Cos'è lo Spin? Allora?

[@mrheisemberg2]

in pratica lo spin e necessario ma non visualizzabile in modo "classico" come al solito.

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

Eh, già. La MQ ha questo difetto (se vogliamo chiamarlo così)

[@giuliocastelli1062]

non ho capito un cazzo ma rimani comunque mio fratello

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

😄😄

[@giorgiobarchiesi5003]

Elettrone dell'idrogeno nello stato fondamentale: n = 1

[@salvatoreiodice1885]

Maiorana

[@giuseppeciardo8407]

Ho l'impressione che lei sta ripetendo quello che le hanno insegnato alle elementari, dunque niente del proprio intelletto!

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

A lei hanno insegnato lo spin alle elementari? E poi ci lamentiamo della scuola italiana 😂

[@giuseppeciardo8407]

@@LaFisicaCheNonTiAspetti no, lo spin me lo hanno insegnato giocando a golf, ma non si tratta di teorie come le tante... lo sai fare o no!

[@HumanTestPumpinAdson]

Hai provato a lanciare una trottola in un treno mentre viaggia? scoprirai che dura molto meno di quando lanciata nella terra ferma... come mai?

[@LaFisicaCheNonTiAspetti]

+AB Joker forse perché il treno saltella e questo dissipa più rapidamente per attrito l'energia della trottola. Comunque non ho mai provato a farlo. Hai qualche video da segnalarmi

[@HumanTestPumpinAdson]

Si lo so infatti ho usato una tipo questa (0 attrito) www.google.it/search?q=trottola+levitazione+magnetica&tbm=isch&imgil=XENXUNcanANBCM%253A%253BD7oTRTeBO3ERDM%253Bhttps%25253A%25252F%25252Fwww.kijiji.it%25252Fannunci%25252Fgiocattoli%25252Fcuneo-annunci-alba%25252Ftrottola-levitazione-magnetica%25252F91947037&source=iu&pf=m&fir=XENXUNcanANBCM%253A%252CD7oTRTeBO3ERDM%252C_&usg=__7GJhVbQPoebUZN0G4TvEmTQWJyU%3D&biw=1093&bih=541&ved=0ahUKEwjYsNOlztHUAhVE0xQKHX9WDNIQyjcITQ&ei=Qc1LWZiMH8SmU_-ssZAN#imgrc=XENXUNcanANBCM:

[@HumanTestPumpinAdson]

oppure vanno bene anche quelle che si usano oggi le spin finger... o Fidget Spinner

[@lucac8362]

Argomento spiegato in maniera troppo complessa per chi è alle prime armi. Assolutamente bocciato.

[@deflow774]

Ovvio, lo spin non è concetto semplice, non è un argomento da prime armi

[@zakariakoutaine537]

sei un prof

[@zakariakoutaine537]

sei un prof