【物理学中的手性  15.】

（15.  基本粒子的手性自旋②）

       按照量子力学，自旋是量子化的。首先表现为自旋角动量的大小是量子化的，其次是它的方向也是量子化的。

       ①自旋角动量的大小是普朗克常数 的整数倍或半数倍，这个倍数为自旋量子数。自旋量子数为半整数的粒子叫费米子，绝大多数的费米子的自旋量子数都是1/2，如电子、质子、中子、中微子、A超子、Σ超子、Ξ 超子等粒子的自旋量子数都等于1/2，只有少数费米子例外，如Ω超子的自旋量子数等于3/2。自旋量子数为整数的粒子叫玻色子，介子都是玻色子，如π介子、Κ介子和η介子的自旋量子数都等于0；光子也是玻色子，它的自旋量子数为1。由偶数个核子组成的原子核也是玻色子，如α 粒子是由两个质子和两个中子组成的，它的自旋量子数等于0，所以是玻色子。

       ②其次说它的方向量子化：即相对于某个特殊方向，自旋角动量只能指向几个不连续的方向。例如在外磁场中，磁场方向就是一个特殊方向，对于自旋量子数等于1的玻色子（如光子），可以有三个方向，即顺磁场、逆磁场和垂直于磁场的方向； 对于自旋量子数为1/2的费米子，自旋角动量在外磁场中只能有两个方向，要么和磁场方向相同，要么和磁场方向相反，见下图1。

 当粒子运动时，运动方向（即动量方向）就是一个特殊方向，此时用螺旋度来表示粒子的自旋方向和动量方向之间的关系。对于费米子，如果粒子的自旋方向和它的动量方向相同，则螺旋度为+1，并称其为右手螺旋粒子，简称右旋粒子；如果其自旋方向和它的动量方向相反，则螺旋度为-1，并称其为左手螺旋粒子，简称左旋粒子；从下图2可看出，右旋粒子的“自转”方向和动量方向的关系符合右手定则，左旋粒子符合左手定则。这样，正如人的左右手一样，费米子的左旋粒子和右旋粒子互为镜像，又不能完全重合，因而是手性对称的。所以在空间反演下，费米子的螺旋度会改变符号，即左旋粒子会转变为右旋粒子，反之亦然。

  在自由飞行的同一种费米子组成的粒子束中，如果其中左旋粒子和右旋粒子各占一半，则该粒子束是未极化的，或者说是手性对称的。如果其中左旋粒子多于右旋粒子，或者右旋粒子多于左旋粒子，则该粒子束是部分极化的，或者说是部分手性的，并且前者称为左旋粒子束，后者为右旋粒子束。如果粒子束中所有粒子全是左旋的，或全是右旋的，则该粒子束是完全极化的，或者说是完全手性的。显然，对粒子束而言，极化和手性的概念是等同的，实验物理学中正是通过测量极化度来量度粒子束的手性。

                                         丰都智愚河畔环境技术工作室