Saturday, January 11, 2014

tw01 spin01 「自旋」,但其實它與旋轉一點也沒有關係。以電子為例,它在磁場中會呈現兩互相獨立狀態之一,一者其磁矩與磁場同向,一者其磁矩與磁場反向,前者的能量較低。若無磁場,則其狀態是兩態的兼態


「自旋」,但其實它與旋轉一點也沒有關係。以電子為例,它在磁場中會呈現兩互相獨立狀態之一,一者其磁矩與磁場同向,一者其磁矩與磁場反向,前者的能量較低。若無磁場,則其狀態是兩態的兼態



釋說新語之二十四 儀性與奇偶性



劉源俊

基本粒子有兩個重要性質是古典物理裡找不到相應性質的,那就是spinparity。這兩個詞的翻譯煞費思量。

先說spin。這詞一般依照字面意思譯為「自旋」,但其實它與旋轉一點也沒有關係。以電子為例,它在磁場中會呈現兩互相獨立狀態之一,一者其磁矩與磁場同向,一者其磁矩與磁場反向,前者的能量較低。若無磁場,則其狀態是兩態的兼態。用量子物理裡的術語說,是:電子的spin quantum number ½,其沿著磁場方向的角動量分量為 ½或﹣½

換言之,電子遇磁場時,其取向截然二分。這一性質用spin來描述實是一不幸。中文如何寫才好呢?我想到古書上所說的『太極生兩儀,兩儀生四象,四象生八卦。』「象」與「卦」因與四和八扯上關係,已被借用來翻譯「象限」(quadrants)與「卦限」(octants);準此,何不利用「儀」與二的關係來翻譯spin呢?於是說:電子有「兩儀性」,其「儀數」(spin)為 ½;電子在磁場裡有兩種「儀態」,一為「上儀」(spin up),一為「下儀」(spin down)。Spinor自然譯為「儀量」。

此說還可推廣:質子、中子等「重子」(baryons)與緲子、中微子等「輕子」(leptons)的儀數也是 ½;夸克的儀數也是½;但π介子在磁場裡只有一種狀態,儀數則是0;氘核12D有「三儀性」,它在磁場裡可有三種狀態,儀數是1。狀態數與儀數s的關係是2s1。惟光子例外,其儀數雖為1,但因以光速進行,只呈兩種狀態(沿著進行方向的角動量分量或為,或為 ﹣)。

質子與中子的質量相近,可視為同一類粒子─核子(nucleon)的兩種狀態。於是又可定義「同類儀」(isospin):核子的同類儀數為 ½,π介子的同類儀數為1,…。此詞一般譯為「同位旋」,實是大謬不然。

再談parity。一系統的parity,指的是其「運態幅」(state amplitude)在空間座標倒置變換下變號或不變號的性質。如果交互作用具左右對稱性,則系統的運態必然或為「奇性」(odd parity,例如π介子本身),或為「偶性」(even parity,例如氫原子基態)。此一性質最恰當的稱呼當是「奇偶性」,亦屬「對立詞」。

1956年,華裔物理學家李政道與楊振寧提出:在弱作用中,奇偶性可能不守恆(奇性態可能變為偶性態,偶性態可能變為奇性態),若如此則微小世界裡會有左右不對稱(「宇不稱」)的現象。經吳健雄等人的及時實驗證實,他們獲得了1957年的諾貝爾獎。一般將奇偶性譯為「宇稱」,不恰當,應予更正。

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