什么是微观粒子的自旋？——至今没有人讲清楚过，让我来用三言两语讲个一清二楚……

来源: 白云蓝天于 2023-12-23 16:17:17 [档案] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读：次 (3860 bytes)

粒子自旋，是量子力学中的一种很复杂的现象，也是一般人很难理解的一种现象，科学家采用一般人很难理解的公式演绎这种现象，而搞科普的也从来没有人能够向人们说明白自旋究竟是一种什么样的“玩意儿”。现在，就让本人用三言二语就把它说个一清二楚。
首先，粒子自旋，根本不是什么粒子的自转。粒子并不是球体，或者说不是完美的球体，所以没有轴心，就不存在绕轴自转，而且粒子不是宏观天体，宏观天体本是在旋转中形成的，具有初始角动量并因为角动量守恒原理而会始终保持旋转。
那么，没有自转的粒子为什么会被认为具有自转或自旋行为并被赋予了相应的角动量？问题就出在粒子具然有着宏观天体自转那样的角动量。最初，科学家通过电子与外部磁场相互作用的实验，观察到电子具有类似于经典角动量的效应，因此认为电子可能象宏观天体一样具有自转的行为。后来，人们逐渐认识到粒子并不是真正的球体，所以不可能象宏观天体那样自转，所谓的粒子的角动量并不是产生于粒子的自转，而只是粒子本身的一种基本属性，犹如质量、电荷等都属于粒子的基本属性一样。天体不再自转仍然会是原来的天体，但粒子不再“自转”就不再是粒子了，因为自转只是天体的一种外在行为，而自旋则是粒子的一种内在性质。虽然粒子并不会自转，但由于上述的历史原因，自旋这个概念被保留了下来。
粒子的自旋分为整数与半整数，由于纯粹出于量子力学原理，所以统称为自旋量子数。整数自旋主要有0, 1, 2，半整数自旋主要有1/2，3/2。所有的玻色子都是整数自旋，所有的费米子都是半整数自旋。胶子、光子、Z玻色子与W玻色子都是自旋1，希格斯子是自旋0，假想的引力子的自旋被预测为2。至于复合粒子，它的总自旋量子数决定了它是玻色子还是费米子。比如，质子与中子都是由3个夸克组成，两者都是半整数（3/2），所以是费米子；所有的介子都是由夸克-反夸克对组成，自旋量子数为整数，所以都是玻色子；所有质子与中子之和为双数的原子都是玻色子，所有质子与中子之和为单数的原子都是费米子。性质为玻色子的原子与性质为费米子的原子具有不同的量子效应。
具有不同自旋量子数的粒子具有不同的自旋状态：0具有一种状态；1具有-1、0、+1三种状态；2具有-2，-1，0，1，2五种状态；1/2具有+1/2、-1/2两种状态；3/2具有+3/2、+1/2、-1/2、-3/2四种状态。