¿Una Buckyball gira como un electrón o como una pelota de béisbol?

La diferencia fundamental entre el giro de un electrón y el de una pelota de béisbol es que el electrón es (hasta donde sabemos) una partícula puntual. Por lo tanto, no puede girar en el sentido habitual, donde las partes individuales se mueven en relación con el centro de masa; decimos que su momento angular es intrínseco . La magnitud$\lvert\vec{S}\rvert^2$del momento angular intrínseco de una partícula$\vec{S}$es fijo, que es el sentido en el que un electrón tiene "solo un" estado de espín. (La dirección no es fija, así que, como dices, el giro puede ser hacia arriba o hacia abajo).

Una buckyball, como una pelota de béisbol, tiene una estructura interna; los átomos de carbono se pueden poner en movimiento alrededor del centro de masa, dándole un momento angular. (Los fermiones dentro de los átomos de carbono tienen un momento angular intrínseco, pero en el estado fundamental de la molécula estos se anulan). La magnitud del momento angular de la bola de Bucky$\vec{J}$no es fijo, por lo que en este sentido es más como una pelota de béisbol.

Pero el momento angular está cuantizado, y aunque esto es completamente irrelevante para una pelota de béisbol, tiene consecuencias medibles incluso para moléculas grandes como los fullerenos. El momento angular total obedece$\lvert\vec{J}\rvert^2 = \hbar^2 J(J+1)$, dónde$J$es un número entero (suponiendo que su buckyball tiene un número par de fermiones, por ejemplo, 60${}^{12}$átomos de C), mientras que la proyección en cualquier eje está restringida a números enteros de$-J$a$+J$.

La energía cinética asociada con la rotación es$\frac{\lvert\vec{J}\rvert^2}{2I}$, dónde$I$es el momento de inercia, por lo que esto implica pasos (desigualmente espaciados) en la energía permitida. para c$_{60}$,$I$es lo suficientemente pequeño como para que estos pasos se hayan medido usando espectroscopia Raman .