スピン

電子などの粒子が生まれつき持っている、小さな磁石のような性質。電子の場合は「上向き」か「下向き」の2通りしかとらない。

1925年、ライデン大学の若い二人、ウーレンベックとハウトスミットは、パウリが原子の中の電子に必要だとした「4つ目の数」を、電子が自転していることの表れだと考えました^[1]。回る電気は小さな磁石になるので、磁場の中で光の線が説明のつかない割れ方をする異常ゼーマン効果にも、筋道がつきました^[2]。

ただし、本当に小さな玉が回っていると考えると、電子の表面が光より速く動くことになってしまいます。今日では、スピンは何かが回転しているのではなく、電子に生まれつき備わった性質だと理解されています。1928年には、相対性理論と量子力学を組み合わせたディラックの方程式から、スピンが自然に出てくることが示されました。

スピンが2通りしかないことは、パウリの排他原理と組み合わさって、原子の中の電子の詰まり方や、2個の電子が対になって原子どうしをつなぐ化学結合の仕組みを決めています。1922年のシュテルンとゲルラッハの実験で銀の原子の流れが2本に分かれたのも、実は電子のスピンのためでした。