引用：講談社BLUE BACKS 量子の世界を見る方法 「スピン」とは何か 村上洋一 編・著
電子のスピンにはアップとダウンの2種類の状態がある。
スピンと磁石は深い関係がある。
シュテルン＝ゲルラッハの実験：
高温の炉からランダムな方向に飛び出した銀電子ビームは、スリットを通り抜けるとy方向に進むものだけが選ばれて、ビームに垂直なz方向に磁場を持つ磁石の間に入り、スクリーンで検出される。
その結果、z方向に上下対称に二つに分かれた位置で観測された。
銀の原子番号は47で、主量子数n=1からn=4のd軌道までのすべての軌道が電子で占有されるならば、合計46個の電子が入ることができ、残る47番目の電子は、主量子数n=5の最外殻の軌道に入る。
内側の殻に入った46個の電子の磁気モーメントを足すと、厳密にゼロになる。
（電子が軌道量子数lをもつ(2l+1)個の状態のすべてを占有していた場合、軌道磁気モーメントは相殺してゼロになる。）
したがって、銀電子の磁気モーメントは47番目の電子によるが、s軌道という軌道量子数l=0の軌道に収容されているので、軌道磁気モーメントはゼロになる。
以上のことから、この実験で見つかった磁気モーメントは、47番目の電子自体の何らかの角運動量が原因と考えられる。
この未知の磁気モーメントを生じさせる角運動量を「スピン角運動量」略して「スピン」と呼ぶ。
その後、同様の実験がリチウム原子や水素原子を使って行われ、z方向に上下対称に二つに分かれることが確認された。
スピン状態の数は2個で、軌道角運動量の場合と異なり、偶数個の状態をもっている。
もし、スピン角運動量が√(s(s+1))h~という大きさをもち、そのz方向の成分が、h~ms(ms=-s,-S+1,...,s-1,s)というような値をもつとするならば、2つの状態の数を生じるためには、量子数として自然数ではなく、s=1/2という値を考える必要がある。（h~はプランク定数を2πで割ったもの、エイチバー）
そうすると、スピン量子数s=+-1/2h~
スピン角運動量の大きさは：
√(1/2(1/2+1))h~ = √(3/4)h~
ms=-1/2, 1/2 の2つの状態は、スピン磁気モーメントの2つの値をもつ状態に対応している。
結局、原子の中の電子の状態は、主量子数n、軌道量子数l、磁気量子数m、スピン磁気量子数ms の4つの量子数によって記述される。
すべての素粒子はスピンをもつ。
物質を構成する粒子はスピン1/2
クォーク（アップ、ダウン、チャーム、ストレンジ、トップ、ボトム）
レプトン（電子、ミュー粒子、タウ粒子
電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノ）
力を媒介する粒子はスピン1
ゲージ粒子（グルーオン、光子
Zボソン、Wボソン）
重さを与える粒子はスピン0
ヒッグス粒子
陽子のスピンは1/2：構成要素のスピンと軌道角運動量との和
クォークのスピン + グルーオンのスピン + クォークの海のスピン + それぞれの軌道角運動量
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引用：磁性の原因 山形大学講義
核の周りの電子の周回運動によって磁場ができている。
＊すべての物質には反磁性がある：
外から磁場が加わると、その磁場を打ち消す磁場ができるように電子の周回運動が変化する。
＊電子自体が磁石：
電子は+1/2または-1/2のスピン量子数をもっている。
一つの軌道にはスピン量子数の符号が異なる2個の電子が入るが、こうなるとスピンがキャンセルされて磁石の性質を失う。
不対電子をもつ物質はスピンがキャンセルされないので、常磁性または強磁性を示す。
wikipedia:
不対電子（ふついでんし、英: unpaired electron）とは、分子や原子の最外殻軌道に位置する対になっておらず、電子対を作っていない電子のこと。共有結合を作る共有電子対や非共有電子対に比べ、化学的に不安定であり、反応性が高い。有機化学においては、不対電子を持つ、寿命の短いラジカルが反応経路を説明するのに重要な役割を果たしている。
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引用：理化学研究所 陽子内のグルーオンのスピンの向きを決定
陽子や電子、素粒子は「スピン」という地球の自転に似た固有のスピン角運動量をもっている。
スピンには上向きと下向きがある。
陽子の内部は、クォークとグルーオンから構成されている。
陽子スピンは1/2で、クォークとグルーオンのスピン角運動量と、クォークとグルーオンの軌道角運動量の合計になる。
グルーオン・スピンの向きは陽子スピンの向きと同じ。
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光子のスピンは、大きさが1で、進行方向に向かって右回り（時計回り）が+1、左回りが-1で、横波の円偏光に対応する。
スピン0の縦波光子は観測されない。
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引用：https://engineer-education.com/magnetic-material/
磁気の源は電子のスピンです。スピンには原子核の周りを回る公転と自分が回る自転がありますが、自転が支配的です。
たくさんある電子のスピンの向きが偏っていると磁気を帯びますし、偏ってないと帯びない。
通常は原子番号の順にエネルギー順位の低い殻の内側から順序よく埋まっていき、電子は逆向きのスピンがペアになるよう入っていくので、磁気モーメントは小さくなります。
原子番号20番までは電子スピンは正方向が来たら次は負方向と順番にバランスよく軌道に埋まっていきましたが、21Sc（原子番号21のSc）からはそうはいきません。原子番号21番から25番までは５つの軌道に同じスピンの方向でどんどん入ってきます。それから26番から30番まで反対向きの電子が入ってきます。
つまり21番から29番のところが非常にスピンモーメントがアンバランスな形になります。それを「遷移金属」と呼び、同じような性質を持っています。
例外がありますので、補足しておきます。
24Crは 4s23d4 ではなくd軌道5個で準安定のため 4s13d5 となり、29Cuも 4s23d9 のはずですが、d軌道10個で安定となりたいので 4s13d10 となっています。
そのようなわけで26Fe、27Co、28Niなどは強磁性の性質を持つのです。
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引用：https://www.magnetics.jp/tech-info/b_magnet/
鉄やコバルトなどは強磁性体と呼ばれており、原子そのものは永久磁石になっています。しかしながら、それら原子はいくつかの集団（小さな永久磁石の塊）をつくり、”磁区”を形成しています。この磁区は磁極の向きがバラバラであるために、鉄全体としては磁力は打ち消されており永久磁石とはなっていません。
ここで、鉄（原子番号26）に弱い磁界をかけると鉄原子の磁石は外部の磁界に対して敏感に反応するために、鉄原子の磁石は一斉に磁界と同じ方向に磁極を向けます。その結果、磁区はなくなり鉄全体が磁石になるのです。ここで、磁界を取り去ると、再び磁区ができ磁石ではなくなります。
磁石が鉄につくのは、磁石が発生した磁力（磁界）により、鉄が磁石になっているためです。例えば、鉄製のクリップに磁石を近づけると、クリップは磁石となって磁石にくっつきます。また、磁石にくっついたクリップはそれ自体が磁石に変化するので、他のクリップを引き付けるのです。
作りたての磁石材料は磁区を作って磁力を打ち消しあっています。この磁石材料を形成している鉄などの強磁性体の原子磁石は外部の磁界に敏感に反応して磁極の向きを変えます。
永久磁石では鉄原子が簡単に磁極の向きを変えないような工夫がなされており、外部から磁界をかける作業（着磁）により磁区をなくしてしまったあとは、外部磁界を取り除いても元の磁区構造に戻らずに”永久”に磁石になります。
例えば、永久磁石の１つであるNd-Fe-B (ネオジム-鉄-ホウ素)磁石では、ネオジム原子（原子番号60）が鉄原子の磁極の向きを特定の方向に固定するのです。
永久磁石は磁界により磁区をなくしたあと、磁界を取り去っても磁区ができず、自ら磁力を発生し続けます。
鉄原子だけだと磁極の向きはふらふらしていますが、ネオジム原子にはそれを抑える働きがあります。
宇宙から飛んでくる１次宇宙線は大気中の原子核と衝突して中性子などの２次宇宙線を生じる。その中性子がN14/7と衝突すると放射性炭素C14/6が生じるが、C14の半減期は5.7*10^３年でベータ崩壊するので、大気中のC14とC12の比はほぼ一定に保たれる。一方、植物はC14を光合成で取り込むので生きている間は体内のC14とC12の比は一定であり、死ぬとC14の取り込みがなくなり、時間とともに減少する。
これを式で表現すると、古代の標本の年代tは、C14/C12の比の古代の標本と生きている標本との比をR、C14の半減期をT、として
R=(1/2)^(t/T) となる。
この式から、t/T=log[底(1/2)]R=lnR/ln(1/2)
したがって、t=T*lnR/ln(1/2)=約T*lnR/(-0.6931)
では例題：ある古い木片のC14/C12の値が、生きている木と比べて0.71倍だった。この木が生きていたのは何年前か。
答： t=5.7*10e3*ln0.71/(-0.6931)
=5.7*10e3*(-0.3425)/(-0.6931)
=2816
つまり2816年前と推定される。
それじゃ早速やってみよう。