科学家谈物理—自旋 所有的粒子都有确定的自转性质;如果换成在另一个沿粒子运动方向以比粒子更高的速度运动的系统上 来观察,这时粒子

自旋 所有的粒子都有确定的自转性质,称为粒子的自旋.粒子自旋角动量可 以用一个自旋量子数 J 来定量描写,亦即角动量大小的平方等于 J(J+1)乘 约化普朗克常数的平方.粒子可以按自旋量子数 J 的取值分为两类: J 取非负整数 0,1,2,…时是玻色子; J 取非负整数加二分之一 1/2,3/2,5/2,…时是费米子. 粒子自旋角动量在运动方向的投影称为粒子的螺旋度.量子力学规律普 遍给出,自旋量子数为 J 的粒子的螺旋度可以取 J, J-1, …-J+1, 等 2J+1 -J, 个值.如果换成在另一个沿粒子运动方向以比粒子更高的速度运动的系统上 来观察,这时粒子的运动方向反过来了,粒子的螺旋度的值也将变号.但是 如果粒子的静止质量为零,则这种粒子只能以真空光速运动,并且其螺旋度 只能取 J 和-J 两个值.由于不可能通过换一个新的参考系统来观察而得到粒 子的螺旋度改变符号,这两个螺旋度状态实际上是互相独立的. 电子,质子,中子,中微子的自旋都是 1/2,其中电子,质子,中子都 有两个螺旋度,中微子的静止质量是零,实际上螺旋度只有-1/2 一个值.光 子,W 粒子,Z 粒子的自旋都是 1,其中 W 粒子,Z 粒子都有三个螺旋度,光 子的静止质量是零,螺旋度只有 1 和-1 两个值.π介子的自旋为零,当然只 有一个螺旋度.现在已经发现的粒子中具有的最大的自旋量子数 11/2. 重子数 电子是最轻的带一个单位负电荷的稳定粒子,质子则是带一个单位正电 荷的稳定粒子.电荷守恒要求电子如果能衰变的话,这个单位负电荷不能消 失,必须转移到衰变后产生的某个粒子上去,但是电子本身已经是带一个单 位负电荷的最轻的粒子,这样电荷守恒实际上决定了电子的稳定性.