O SPIN QUE NÃO É GIRO
Alberto Mesquita Filho
12/julho/2001
Existe, em física quântica, um construto matemático conhecido pela denominação de spin e que, supostamente, prestar-se-ia a descrever determinados fenômenos físicos. Em 1986 escrevi algo a respeito com as seguintes palavras, onde os termos em azul petróleo foram acrescentados recentemente ao original:
A origem do spin "...remonta a 1926 quando Uhlenbeck e Goudsmit tentaram explicar o espectro da luz emitida por átomos contendo um único elétron, admitindo que este girasse. A idéia era genial. O elétron, em órbita em torno do núcleo do átomo, giraria em torno de seu próprio eixo, tal e qual a Terra. A esta propriedade do elétron deu-se o nome de spin que significa giro.
Em 1924, Stern e Gerlach já haviam observado que o elétron em órbita, ou seja, no átomo, ao ser lançado num campo magnético, comporta-se de duas maneiras possíveis: ou o átomo é desviado no sentido do pólo norte do campo, ou no sentido oposto. Não demorou muito para que se relacionasse este efeito ao spi
n que, como vimos acima, foi descrito dois anos mais tarde (1926).
À primeira vista, a situação não é muito diferente daquela observada com um pião num campo gravitacional: ou ele gira no sentido horário, ou no anti-horário; e o eixo de giro procura sempre a situação de equilíbrio dinâmico, representada pela posição vertical.
Em se tratando de uma idéia genial, não demorou muito para que toda a física moderna se encantasse com o spin. Uma das primeiras teorias a incorporá-lo foi a mecânica quântica. Porém, a comparação com o pião, ou mesmo com o giro da Terra, não é muito bem vista pelos adeptos de tal teoria; a menos que como método mnemônico e, assim mesmo, quando a matemática quântica permite. E não é para menos! Notem que se conhecermos o sentido de giro e a direção do eixo de um elétron, pelo menos no referencial da partícula estaremos definindo todo o movimento do elétron. E isso é proibido pela mecânica quântica. Desta forma, aceita-se a idéia de giro desde que não se adote uma conceituação absoluta. E a menos que retrate única e exclusivamente o produto de duas variáveis que concorde com as relações de Heisenberg. E a matemática quântica atingiu este sucesso, de forma que o "spin", hoje, é meramente uma entidade matemática e não física."
Recentemente, frente a uma discussão surgida na Ciencialist, relativa ao ferromagnetismo e às
miraculosas previsões quânticas a respeito, animei-me a descrever como vejo o fenômeno "spin" sob um ponto de vista 100% clássico, algo que os quânticos de carteirinha nem sonham que possa existir, mesmo porque seria, para eles, um pesadelo. Vou reproduzir aqui a essência do problema.
O "spin", que afirmam não ser giro, trata-se, a meu ver, de algo muito simples, ainda que complexo. E é complexo no sentido em que comporta mais do que um efeito. Pensar-se tão somente em giro retrata um certo ar de ingenuidade na interpretação dos achados experimentais.
No artigo O elétron emissor de informações eletromagnéticas exponho, na figura 6 (clique em figura 6 para visualizá-la), o que afirmei ser "uma órbita improvável para um elétron em torno de outro". E quando digo um elétron em torno de outro, deve-se pensar principalmente na possibilidade mais comum, a de um elétron em torno de um próton [Obs.: para visualizar a figura 6 em repouso clique em "Parar" de seu browser; e para refazer o movimento clique em "Atualizar"].
Esta órbita improvável é do tipo daquela observada pelos planetas do sistema solar, a ocuparem o plano da eclíptica. E é improvável pois o elétron nesta órbita, respeitado o campo proposto, deveria estar numa velocidade da ordem de seis vezes a velocidade da luz. Isto não significa dizer que não existam 
outras órbitas possíveis onde os elétrons, sob a ação do campo proposto, pudessem trafegar em velocidades tais a conferirem estabilidade ao conjunto (para detalhes do campo proposto vide, além do artigo acima citado, A equação do elétron e o eletromagnetismo ou, de forma resumida, Sobre a natureza físico-matemática do elétron). Simplesmente, estas órbitas devem ser excêntricas, como mostro na figura ao lado. Vê-se aí um par elétron-próton que poderia ser o de um átomo de hidrogênio, mas também qualquer outro par elétron-próton constituinte de átomos mais complexos.
Como já referi anteriormente, não só na Ciencialist mas também no news uol, principalmente nos tempos do uol.ciencia, existem inúmeras órbitas protônicas nucleares e circulares em átomos complexos, e é a disposição dessas órbita nucleares quem dá a configuração em camadas dos elétrons na eletrosfera, pois os elétrons acoplam-se um a um com os prótons nucleares (essa idéia, do acoplamento pareado elétron-próton, está declarada na mensagem 2824 da Ciencialist (dezembro de 1999) e a discussão que se seguiu pode ser lida clicando-se aqui e observando-se as mensagens a partir da 2837.
Pelo exame da figura logo acima, pode-se notar o seguinte: com o elétron encima e o próton embaixo, observamos, olhando-se de cima, um giro no sentido anti-horário, tanto do próton quanto do elétron. Se invertermos a figura, com o próton encima e o elétron embaixo, o giro será invertido (sentido horário, olhando-se de cima), mas o átomo será o mesmo.
Não obstante, existe uma outra configuração possível e mostrada na figura à direita e abaixo. Neste caso temos o próton encima e o elétron embaixo, mas com giros no sentido anti-horário, quando observado de cima. Percebam que é possível encaixar esta figura na anterior, coincidindo os prótons, obtendo-se então um único próton com dois elétrons, um acima e outro abaixo. A estabilidade do conjunto é garantida pelas mesmas equações da minha teoria, a menos de um pequeno fator relacionado à ação de um dos elétrons sobre o outro, a modificar ligeiramente as órbitas.
Se dissermos que o spin do elétron observado na figura anterior é up, o da figura ao lado será down. Esse "spin" deve-se mais à posição do elétron relativa à posição do próton do que propriamente de seu giro. É claro que para este efeito se manifestar, estou supondo que elétrons e prótons obedeçam a "minha" equação do elétron. E esta equação sugere que tanto elétrons quanto prótons possuem, em sua estrutura interna, uma característica a se expressar vetorialmente e muito provavelmente relacionada a um giro em torno de si mesmos, ou seja, um "spin clássico". O spin quântico seria então um artefato matemático a adaptar-se a este duplo efeito: o "spin clássico" mais a característica up ou down e relativa à posição da órbita do elétron em relação à órbita do próton.
Em química existe algo muito parecido a que se dá o nome de isomeria. Em física de partículas existe a expressão quiralidade, mas creio que esta seja utilizada apenas para partículas únicas e não para complexos elétron-próton.
Ao passarmos um feixe de determinado átomo por um campo magnético, e assumindo que estes pares de átomos, a diferirem pela quiralidade, tenham comportamentos diferentes, seria de se esperar uma separação do feixe em dois outros, cada um com 50% dos átomos do feixe primitivo. Isto foi feito por Stern e Gerlach em 1924 com a prata e me parece que alguém já fez isso com feixes de hidrogênio (já li essa experiência em algum lugar, mas não sei se seria experiência de pensamento ou de fato).
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Cópia, com ligeiras modificações, de artigo postado nos news uol.carreiras.fisica e uol.educacao.ciencia em 12/jul/2001
Vide também, relacionado a este tema: Uma curiosa coincidência.
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Spintrônica
Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
A spintrónica (português europeu) ou spintrônica (português brasileiro) (um neologismo para "eletrônica baseada em spin"), também conhecida como magnetoelectrônica, é uma tecnologia emergente que explora a propensão quântica dos elétrons de girar (spin em inglês) assim como fazer uso do estado de suas cargas. O spin por si só é manifestado como um estado de energia magnético fracamente detectável caracterizado com "spin para cima" e "spin para baixo".
O uso convencional do estado eletrônico em semicondutores possui razões puramente binárias, onde o estado ou fluxo do elétron representa apenas 0 ou 1, e a faixa de oito bits pode representar um número entre 0 e 255, mas apenas um número de cada vez. Bits quânticos spintrônicos (conhecidos como qubits) exploram o estado "spin para cima" e "spin para baixo" como superposições de 0 ou 1 intrinsicamente, então, um registrador de dois qubits spintrônicos poderia ter oito estados possíveis ao invés de quatro.
Graças à Spintrônica foi possível reduzir por exemplo o tamanho dos discos rígidos, porém aumentando a capacidade de armazenamento.
A Spintrônica também está presente nas novas memórias de computador, chamadas de memórias RAM Random Access Memory - Memória de acesso aleatório. Há alguns anos estão sendo estas novas memórias desenvolvidas sob o nome de MRAM Magnetoresistive Random Access Memory. O propósito desta nova memória é armazenar dados que seriam perdidos caso o computador fosse desligado. O usuário então poderia religar o computador e continuar digitando o documento texto específico que ele estava trabalhando.
Pesquisadores acreditam que além do armazenamento de dados, a Spintrônica pode ser aplicada aos semicondutores, criação de processadores para computadores quânticos, entre outros.
Existe diversas aplicações, mas o ponto forte pesquisado é a utilização do "entrelaçamento" quântico que existe entre os elétrons assim sendo possível transmitir uma informação apenas com o gasto de energia de produzir o primeiro pulso ("girar" um elétron, mudar a orientação do seu spin), pois a partir deste pulso toda a cadeia ligada a este elétron ira responder da mesma forma mudando a orientação do seu spin e não gastando energia a mais para isso.
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Depois que Jesus exaltou o valor do amor ao próximo, narrando a Parábola do Bom Samaritano, partiu com os discípulos para a cidade de Betânia. No caminho, depois de profundas reflexões, João aproximou-se do Mestre e considerou: 
" A ciência sem a religião é paralítica, e a religião sem a ciência é cega ". Albert Einstein
