Nicht nur Energien kommen in der Quantentheorie in Paketen daher. Auch andere Größen sind gequantelt – wie der Spin, mit dem das Magnetfeld von Teilchen verknüpft ist.

Ein klimatischer Exkurs: Im Winter ist Winter und im Sommer eben Sommer – nicht nur, weil es so im Kalender steht, sondern weil die Erde schief um die Sonne läuft. Ihre Drehachse ist um rund 23 Grad geneigt. Deswegen zeigt im Sommer die Nordhalbkugel zur Sonne und im Winter ist dann der Süden dran.

Prinzipiell ist aber auch jede andere Neigung der Achse denkbar: Wäre sie überhaupt nicht gekippt, gäbe es keinen Unterschied zwischen Sommer und Winter. Bei einer Neigung um neunzig Grad hieße Winter vollkommene Dunkelheit und Eiseskälte. Im Sommer würden dann der jeweiligen Pol verdampfen. Mit den mittelmäßigen 23 Grad haben wir es also ganz gut erwischt.

Mit der Erddrehung ist ein Magnetfeld verknüpft. Es zeigt in nahezu dieselbe Richtung wie die Drehachse. Auch dieses Magnetfeld könnte einen beliebigen anderen Einstellwinkel besitzen, wenn sich die Erde nur anders drehte.

Eine Sache der Einstellung: Die Materieteilchen können aus zwei Spineinstellungen wählen. Bei den massiven Wechselwirkungsteilchen sind es drei.

In der Quantenwelt ist es vorbei mit diesen Freiheiten. Auch Quanten wie Elektronen und Quarks haben ein Magnetfeld, das aus einer Eigenschaft hervorgeht, die Spin genannt wird. Der Spin kann jedoch nicht beliebig ausgerichtet sein.

Um eine Richtung anzugeben, braucht man eine Referenzrichtung. Den Winkel der Erdachsenneigung bestimmt man relativ zur Ebene, in der sich die Erde um die Sonne dreht. Bei den Magnetfeldern von Quanten gibt es eine solche ausgezeichnete Richtung nicht. Man kann die Ausrichtung eines jeden Magnetfeldes nehmen, um das Magnetfeld des Quants zu vermessen. Dabei zeigt sich Verblüffendes. Wohin man das äußere Magnetfeld auch zeigen lässt, bei Teilchen mit dem Spin 1/2 (Materieteilchen wie Elektronen und Quarks) gibt es nur zwei Möglichkeiten: Das Magnetfeld ist parallel zum äußeren Magnetfeld eingestellt oder entgegengesetzt. Bei massiven Wechselwirkungsteilchen (Spin 1) sind es drei. Der Spin kann also nicht beliebige Einstellungen einnehmen: Er ist gequantelt.