Finalmente domato lo spin dell'elettrone. Uno studio pubblicato su Physical Review Letters.

Uno dei problemi aperti della fisica quantistica, il controllo dello spin degli elettroni, sta per essere risolto. Lo annuncia un articolo pubblicato su Physical Review Letters, basato su uno studio condotto da due laboratori del Consiglio nazionale delle ricerche: Cnr-Nano e Spin, in collaborazione con l'Università Federico II di Napoli.
La ricerca mostra attraverso simulazioni che è possibile orientare in modo controllato lo spin di un fascio di elettroni. Gli autori dell'articolo sono Vincenzo Grillo (Cnr-Nano), Lorenzo Marrucci (Cnr-Spin), Enrico Santamato e Ebrahim Karimi (Università Federico II).
In meccanica quantistica lo spin è il momento angolare intrinseco associato alle particelle subatomiche. A differenza di quanto accade negli oggetti rotanti a noi familiari, ovvero nel dominio della meccanica classica, in cui il momento angolare è dato dalla rotazione delle parti costituenti, lo spin degli elettroni non è associato alla loro massa.
«Lo spin - spiega Vincenzo Grillo - è una proprietà fondamentale degli elettroni che si può visualizzare immaginando l'elettrone che ruota rapidamente su se stesso, come una trottola. Negli elettroni liberi succede che l'asse di rotazione è orientata in modo casuale, un po' come avere una miriade di trottole inclinate a caso, e i metodi proposti finora per allineare gli spin di elettroni disordinati si sono dimostrati poco efficaci. I calcoli indicano che al centro del fascio si producono effetti di interferenza tali da allineare l'orientazione dello spin elettronico in modo controllato. Non esisteva finora un processo che permettesse di 'domare' spin inizialmente distribuiti in maniera casuale.»
Il risultato potrà avere implicazioni applicative. «Usati in un microscopio elettronico - sottolinea Grillo - i fasci polarizzati permetterebbero di studiare lo spin degli elettroni all'interno dei materiali, un fattore cruciale nella ricerca sulle memorie magnetiche più efficienti di quelle già in uso negli hard-disk. Le simulazioni hanno confermato che il nostro sistema può essere inserito nei microscopi elettronici di ultima generazione, il prossimo passo al quale stiamo lavorando sarà realizzare uno strumento così potente.»

Blog Linguaggio Macchina
Fonte: CNR, 9 febbraio 2012
[La foto in altro mostra un'opera di Julian Voss-Andreae (scultore e fisico) ispirata allo spin]

Spin-to-Orbital Angular Momentum Conversion and Spin-Polarization Filtering in Electron Beams Ebrahim Karimi, Lorenzo Marrucci, Vincenzo Grillo, Enrico Santamato. DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.044801. Physical Review Letters, published 27 January 2012
Abstract
We propose the design of a space-variant Wien filter for electron beams that induces a spin half-turn and converts the corresponding spin angular momentum variation into orbital angular momentum of the beam itself by exploiting a geometrical phase arising in the spin manipulation. When applied to a spatially coherent input spin-polarized electron beam, such a device can generate an electron vortex beam, carrying orbital angular momentum. When applied to an unpolarized input beam, the proposed device, in combination with a suitable diffraction element, can act as a very effective spin-polarization filter. The same approach can also be applied to neutron or atom beams.