什么是电子自旋

发布网友 发布时间：2022-05-05 14:04

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热心网友 时间：2022-06-27 14:34

自旋是什么？谈自旋必须先谈旋转，与旋转相关的是角动量，根据诺特理论，旋转不变性意味着角动量守恒，角动量包括两部分：轨道角动量与自旋角动量(M_IJ)。轨道角动量与能量-动量密度张量相关，自旋角动量与自旋表示矩阵相关。在洛仑兹变换下，轨道角动量与自旋角动量都是协变张量，但在时空平移下，轨道角动量发生变化,不再协变，自旋角动量仍是不变的，所以自旋角动量是内禀特性。
对于轨道和自旋角动量都可以用两个不变常数张量提取为复矢量，我们关心的是自旋角动量情形：即s_α'=-(σ_-α')^IJ*M_IJ=(M_23+M_14,M_31+M_24,M_12+M_34,0)及s_α=-(σ_+α)^IJ*M_IJ=(M_23-M_14,M_31-M_24,M_12-M_34,0)；可是自旋还有一种定义，即四维自旋矢量s_I=ε_IJKL*M^JK*U^L=(M_23,M_31,M_12,0),当U=(0,0,0,1)时.所以s_I=1/2(s_α'+s_α).这便是两种自旋定义之间的关系，当粒子速度不为零时，两种自旋定义之间也有相应的关系，不过稍复杂一些，事实上它们是自旋不同侧面的反映。
对于S_α'，S_α有很有趣的地方，对于中微子S_α'≠0，S_α=0与反中微子S_α'=0，S_α≠0;对于电子S_α'≠0，S_α≠0。与中微子只有右旋，反中微子只有左旋及电子左旋、右旋同时有相对应。
以上考虑的都是经典情形，下面考虑量子情形，此时轨道角动量J与自旋角动量s都成了算符，并且有以下关系：J×J=iJ，J^2=J(J+1);S×S=iS，S^2=s(s+1).我们仍只关心自旋角动量算符，S_α'，S_α此时也成了算符，根据有本书中讲到类似的同位旋情形（那本书忘了，只记得那本书只讲出了结论，却没有证明），有以下结论：S_α'，S_α就是自旋算符。
自旋一般常用自旋矩阵表示，S为矩阵，S×S=iS，S^2=s(s+1)，并且此自旋关系是洛仑兹不变的。可以有多种方法去构造或猜测得到任意s自旋的自旋矩阵。
一、按教科书中角动量耦合的理论，定出各个CG系数，然后得到自旋矩阵，不过根据我自己的理解，教科书中角动量耦合的理论似乎只研究整自旋情形，不包括半整自旋情形。所以此方法可以得到所有整自旋矩阵的一种具体表示。
二、最原始的方法，求解硬算，外加猜测试探，从简单到一般找出自旋矩阵，这个方法可以得到所有自旋矩阵的一种具体表示。
三、从Penrose任意旋量方程理论出发，利用全对称性，外加试探简化，可以很容易得到所有自旋矩阵的一种推广的泡利矩阵表示，此时相应度规很有意思，是与组合学相关。
四、从以上得到的结果，再作一个表象变换，可以得到某些纯虚的反交换表象，从而可使相应度规为δ_ab，从而得到简化。
五、通过整旋量分析，外加猜测试探，可以得到一个纯虚的全整数的2自旋矩阵。
所以自旋可以通过各种不同的方面对它进行描述，但它的本质是什么？仍不是很清楚，我有过这样一个想法：比如电子自旋是否可以认为是此电子自转角动量及由此电子引发的正负虚电子对自转角动量的总和。

热心网友 时间：2022-06-27 14:35

这个概念，是一个纯粹的量子力学概念。 用经典的这些旋转啊，自转啊，都会导致误解。 因为它不能通过近似找到我们经典物理学的相对应的量。
你只要明确，它是一个粒子的基本属性就可以了。 如果对电子的自旋在空间的一个方向上进行测量，会得到两个分立的值；而且它是有方向的，一个朝着测量的方向，一个背着测量的方向。 甚至这样比喻我感觉更贴切，就像人具有男和女两中性别一样，或者假象说电子有“黑”，“白”两种颜色一样，只是这种属性具有一些可以和其他属性相关联的量，比如它可以和电子的运动相耦合，造成测量这些量的时候会与经典不一样。
呵呵，这么说就可能也有些糊涂，这要彻底说清楚只能认真学习量子力学，才知道这究竟是个什么玩意。 自旋确实是个动力学的物理量，量纲和角动量是一样的，但不是一般的，因为旋转引起的角动量。

热心网友 时间：2022-06-27 14:35

自然界基本粒子按照自旋的不同可以分为波色子和费米子。自旋为整数的是波色子，而半整数倍的为费米子。比如电子1/2，引力子2等等，有趣的是参与相互作用的中间传播过程的粒子都是波色子，而剩下的都是费米子。自旋只是一种物理性质，就好像质量、速度一样，但它不是自转的意思，可以计算电子如果自转的话表面会超过光速，也就违背狭义相对论。自旋的说法不过是借用一个比喻，就好像量子色动力学和味动力学里提到的色和味来表示物理性质一样。