●電子のスピン

 量子論が生まれた初期、電子は原子核を中心に軌道を描きながらまわっていると考えられていた。
 たとえば、水素原子なら、プラスの電荷を持つ原子核のまわりをマイナスの電荷をもつ電子がまわっている。このとき、前期量子論では電子が中心の原子核から、どれくらい離れているかちか、どんな状態にあるかなどを3つの数値(主量子数、副量子数、磁気量子数)で表していた。ところが、当時、電子には、もうひとつ大切な性質があるのではないかと主張する声があった。スイス出身のヴォルフガング・パウリ(1900-1958)という物理学者は、これを「非古典的な二値性」という、なんだか意味ありげな言葉で表現した。
 だが、後になって、これが電子自体のスピンであること、また、この時、電子は回転軸に対して、右と左に回転していることが証明された。つまり、電子は、太陽と惑星のように、原子核のまわりを公転する動きと、電子そのものが自転している動きがあるわけだ。
 そして、パウリは、この電子のスピンも計算に入れて「パウリの原理」(パウリの排他律ともいう)をつくった。排他律とは、原子内の電子の配置を決めるルールである。たとえば、1つの軌道にはスピンが左向きと右向きの電子が1個ずつ、計2個までしか存在することができないというものだ。
 このスピンは、電子以外の素粒子にも共通した性質である。「スピン量子数」というものが整数倍になるもの(光子など)を「ボース粒子」、電子のように半整数(2分の1)倍になるものを「フェルミ粒子」と呼び、それぞれは素粒子としての性格が大きく異なる。(図解雑学 量子論 ナツメ社より)

パウリの原理

1つの軌道にはスピンの向きが違う電子が2つまでしか入れない。

素粒子の二つのグループ

ボース粒子…スピン量子数が整数倍(0,1,2...)<例>光子、π中間子など。

フェルミ粒子…スピン量子数が半整数倍(1/2, 3/2, 5/2...) <例>電子、陽子、中性子など。

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