Los núcleos atómicos rotan sobre sí mismos (espín) y presentan un momento angular que viene dado por la expresión \begin{equation}\label{ec1} L=\sqrt{I(I+1)}\hbar \end{equation} El momento angular depende del número cuántico I (número cuántico del momento angular o espín nuclear), que puede tomar diferentes valores dependiendo del tipo de núcleo, I=0, 1/2, 1, 3/2, 2, 5/2, 3,.....

El cálculo del número cuántico de espín para un núcleo se realiza sumando los espines de protones y neutrones desapareados. Por ejemplo, el hidrógeno tiene I=1/2, al estar formado por un sólo protón.

Los estados cuánticos de espín permitidos vienen dados por $m_I$, que toma los siguientes valores \begin{equation}\label{ec2} m_I=-I, -I+1, ...., I-1, I \end{equation} El número de valores que toma $m_I$ para un valor dado de I son $2I+1$. Así, para un núcleo con I=1/2 existen dos estados cuánticos posibles de espín dados por $m_I=-1/2, 1/2$. Un núcleo con I=1 tiene tres estados cuáticos de espín permitidos $m_I=-1, 0, +1$. En ausencia de campo magnético los estados cuánticos de espín están degenerados.

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