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量子数的应用与研究

2022.5.17

基本粒子包含不少量子数,一般来说它们都是粒子本身的。但需要明白的是,基本粒子是粒子物理学上标准模型的量子态,所以这些粒子量子数间的关系跟模型的哈密顿算符一样,就像玻尔原子量子数及其哈密顿算符的关系那样。亦即是说,每一个量子数代表问题的一个对称性。这在场论中有着更大的用处,被用于识别时空及内对称。

一般跟时空对称有关系的量子数有自旋(跟旋转对称有关)、宇称、C-宇称、T-宇称(跟时空上的庞加莱对称有关系)。一般的内对称有轻子数、重子数及电荷数。条目味有这些量子数的更详细列表。

量子数

量子数

值得一提的是较次要但常被混淆的一点。大部分守恒量子数都是可相加的。故此,在一基本粒子反应中,反应前后的量子数总和应相等。然而,某些量子数(一般被称为宇称)是可相乘的;即它们的积是守恒的。所以可相乘的量子数都属于一种对称(像守恒那样),而在这种对称中使用两次对称变换式跟没用过是一样的。它们都属于一个叫Z2的抽象群。

在弱磁场中,表征状态的量子数要增加总角动量磁量子数mj;在强磁场中,LS耦合解除,表征其状态的量子数是主量子数n、角量子数l、其磁量子数ml和自旋磁量子数ms;对于多电子原子(LS情形),单个电子的量子数不是好量子数,表征原子状态的量子数是总轨道角动量量子数L、总自旋角动量量子数S以及LS耦合的总角动量子数J。在分子物理学中,分子内部还有振动和转动,表征分子状态除了有电子态的量子数外,还有振动量子数和转动量子数。在核物理学和粒子物理学中,表征核和亚原子粒子的状态和性质有电荷、角动量、宇称、轻子数、重子数、同位旋及其第三分量、超荷、G宇称,等等。


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