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物质起源-电旋论
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电旋论量子物理模型系列之(3)自旋的物理模型

(2016-03-28 22:43:47)
分类: 量子物理

量子力学中,自旋是粒子所具有的内禀角动量引起的,虽然有时会与古典力学中的自转相类比,但实际上本质是迥异的。古典意义中的自转,是物体对于其质心的旋转,比如地球每日的自转是顺着一个通过地心的极轴所作的转动。

对于像光子、电子、各种夸克这样的基本粒子,理论和实验研究都已经发现它们所具有的自旋无法解释为它们所包含的更小单元围绕质心的自转(参见经典电子半径)。由于这些不可再分的基本粒子可以认为是真正的点粒子,因此自旋与质量、电量一样,是基本粒子的内禀性质。

 

从电旋论的角度来看,自旋是一种量子态,按照量子态的物理模型,它也应当是一种四维进动。由于这是一种四维运动,所以我们无法用三维空间中的转动来描述它。

 

下面我们用电子的自旋为例来解释自旋磁矩是怎样形成的。这里涉及到电子的内部结构的假定,通过这种设定,我们就可以解释电子的自旋现象。

假定电子由两个部分组成,一个部分质量很大,我们称之为电子的重质部,另一部分质量很轻,称为电子的轻质部。

阴极共享位等效于一个单位的负电荷,阳极共享位等效于一个单位的正电荷,

电子的重质部含有一个单位的负电荷,有一个阴极共享位和一个阳极共享位。所以综合起来,电子的重质部含有一个单位的负电荷。电子的轻质部不含电荷,有一个阴极共享位和一个阳极共享位,所以综合起来,电子的轻质部不显电性。这样就有两种不同的质量共享方式:

第一种:重质部的阴极共享位和轻质部的阳极共享位结合,此时重质部不含电荷,轻质部含有一个单位的负电荷。当电子运动时,电子重质部和轻质部质量共享位发生电旋对进动导致含负电荷的电子轻质部围绕重质部作类似电子云样的运动。我们称这种情况为电子正向自旋。

 

第二种:重质部的阳极共享位和轻质部的阴极共享位结合,轻质部的负电荷与重质部的正电荷中和,此时重质部含有两个单位的负电荷,轻质部含有一个单位的正电荷。当电子运动时,电子重质部和轻质部质量共享位发生电旋对进动导致含正电荷电子轻质部围绕重质部作类似电子云样的运动。我们称这种情况为电子反向自旋。

 

  由于轻质部的运动速度除了具有和重质部相同的直线运动速度以外,还具有由电旋对进动产生的四维空间运动,速度远大于重质部的运动速度,所以电子因为运动产生的自旋特性(也就是自转磁矩)由它的轻质部所含的电性决定。  以相同速度运动的这两种类型的电子在相同的磁场环境下一定会产生不同的偏倚。就如同施特恩-格拉赫实验所显示的那样。这样的电子自旋,你不能说出电子本身的旋转方向,却能够通过它的磁场将之区分出来。

   对于其他的基本粒子的自旋也可以做类似的分析。

 

 

 

 

 

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