Как точечные частицы передают друг другу угловой момент?

Спин связан с собственным магнитным дипольным моментом частицы, что делает частицу способной взаимодействовать с внешним магнитным полем. А именно, собственный дипольный магнитный момент$\vec\mu$частицы со спином$\vec{S}$можно найти через:

куда$g$это g-фактор , и$q$а также$m$– заряд и масса частицы. Обратите внимание, что частица может иметь магнитный момент без электрического заряда: например, даже если нейтрон электрически нейтрален ($q=0$), он имеет ненулевой магнитный момент вследствие своей внутренней кварковой структуры.

Что касается элементарных частиц с нейтральным электрическим зарядом, таких как нейтрино и фотоны, я не думаю, что они вообще могут изменять спин (или передавать угловой момент), поскольку их собственный магнитный дипольный момент либо равен нулю, либо очень мал*. На самом деле, я бы сказал, что нейтрино и фотоны движутся так быстро, что за время их жизни с ними мало что может произойти , кроме создания и уничтожения. Если это не так, я надеюсь, что кто-то из более знающих людей укажет на это.

* Насколько я знаю, могут ли они иметь магнитный момент, все еще является исследовательским вопросом.

Здесь есть некоторые недоразумения:

1) Согласно экспериментальным данным, электроны являются элементарными частицами. Они не состоят из частей. До сих пор не найдено никаких экспериментальных данных о преонах или вообще о субкомпонентах электронов или других лептонов. Конечно, это может оказаться ошибочным в будущем.

2) Спин точечной частицы соответствует собственному угловому моменту, который не может быть описан в терминах «вращения», так как точечная частица не может вращаться вокруг себя. Сказать, что электрон имеет конечный спин, не означает, что он на самом деле «вращается вокруг своего собственного центра». В самом деле, представление об электроне, «вращающемся вокруг собственного центра», совершенно бессмысленно, поскольку электроны элементарны и точечны.

Чтобы ответить на ваш вопрос:

1) Спин электрона имеет величину$1/2$в натуральных единицах. Это означает, что если бы вы могли изменить величину спина электрона, это был бы уже не электрон.

2) Однако вы можете легко изменить направление вращения электрона, просто применив магнитное поле. Поскольку электрон имеет также магнитный момент в том же направлении спина, спин выстраивается вдоль направления магнитного поля.

2+) Даже у частиц, имеющих конечный спин, но не имеющих магнитного момента, можно изменить направление спина, передав угловой момент от одной частицы к другой посредством взаимодействия (полный угловой момент, включающий спин частицы, равен сохраняется в любом физическом процессе)

Нейтральные заряженные объекты состоят из зарядов. Хотя суммарный заряд равен нулю, несовершенство пространственного расположения зарядов заставляет их взаимодействовать с электромагнитными полями.

Редактировать: 1) Нейтрино образуются во время ядерных реакций. Однажды созданные, они сохраняют свое направление вращения, которое не меняется с течением времени.

2) Фотоны не меняют своего направления, пока не будут уничтожены (или, вернее, если они не взаимодействуют с материей). Может ли Фотон изменить свой спин?

Поскольку электрон, кажется, не имеет каких-либо дефектов на своей поверхности, чтобы захватить и толкнуть, чтобы вращаться. Кажется, нет торчащих деталей, к которым можно было бы приложить крутящий момент.

Что касается неквантово-механического представления (заряды должны быть точечными частицами), я бы сказал, что вам не нужна какая-либо ручка, чтобы приложить крутящий момент к гладкому шару, вам просто нужно ударить его в любой точке вдали от центра масс.

Но не сравнивайте это для электронов, потому что

1. Электроны не идеальные сферы.
2. Электроны вращаются или нет, мы не знаем. Это не наблюдается с современными технологиями. Прочтите ответ Синитеко выше.

Спин частицы лучше понять с теоретико-групповой точки зрения. Он просто говорит вам, как частица, т.е. асимптотически свободное состояние вашей теории, трансформируется под действием симметрии вашей теории, симметрии Лоренца. Ну, на самом деле под двойным прикрытием, как объясняет Вайнберг в своей первой книге, именно поэтому нам разрешено иметь спиноры.

Электрон — это частица со спином 1/2, что означает, что он имеет две степени свободы, которые определенным образом трансформируются при вращении. Эти две степени свободы мы называем «Вращение вверх» и «Вращение вниз». Это просто способ обозначения двух квантовых состояний, которые может иметь электрон. Электрон может находиться в их суперпозиции:

Частицы, такие как электроны, взаимодействуют, и эти взаимодействия опосредованы частицами, которые также имеют спин, например, фотон. Опять же, спин означает, что они представляют собой набор квантовых полей, преобразующихся определенным образом. Фотон, например, называется «вектором» и имеет спин 1. Кажется, природе нравится сохранять спин во взаимодействиях, поэтому, если электрон взаимодействует с фотоном, он изменит свой спин на одну единицу. Вот и все. Его квантовое состояние изменится на другую суперпозицию.

Это не похоже на твердое тело с угловым моментом, к которому вы прикладываете крутящий момент. Вы можете изменить направление, применяя магнитные поля. Это потому, что есть энергия, связанная с выравниванием спина и магнитного поля.

Как точечные частицы передают друг другу угловой момент?

Их нет, потому что нет точечных частиц. Это математический миф. К сожалению, этому способствуют некоторые, казалось бы, авторитетные источники.

Я знаю, что квантовая физика говорит, что нельзя изменить величину спина точечной частицы.

Можете ли вы дать мне ссылку на это? Только это квантовая теория поля, а не квантовая теория точечных частиц. Электрон — это не какая-то точечная вещь, обладающая полем, это поле . В КТП это описывается как возбуждение электронного поля. В атомных орбитах электроны «существуют как стоячие волны» . Мы можем дифрагировать электроны. Электрон обладает магнитным моментом , эффект Эйнштейна-де Гааза демонстрирует, что «угловой момент вращения действительно имеет ту же природу, что и угловой момент вращающихся тел, как это понимается в классической механике».. Сказать, что электрон — это точечная частица, — это электромагнитный эквивалент того, что вы вывешиваетесь из вертолета, исследуя водоворот баржевым шестом, а затем, когда вы не чувствуете ничего твердого, утверждаете, что твердая вещь в середине должна быть очень-очень маленькой.

но остается вопрос, как изменить направление вращения.

Частица со спином ½ на самом деле не имеет направления вращения. Чтобы понять это, представьте себе диск, вращающийся по часовой стрелке. Теперь обойдите его сзади и обратите внимание, что теперь вы бы сказали, что он вращается против часовой стрелки. Затем я кручу его, как монету, так что получается два ортогональных вращения. В какую сторону крутится? В любом случае . Но заметьте, что я мог бы крутить его, как монету, другой рукой. Есть два пути.

Одним из возможных способов обмена угловым моментом точечных частиц является электромагнетизм, но как тогда нейтрально заряженные точечные частицы обмениваются угловым моментом?

Нейтральных точечных частиц нет. Фотон не имеет заряда, но имеет волновую природу, где E=hc/λ. Что касается массивных нейтральных частиц, взгляните на статью в Википедии о магнитном моменте нейтрона : «Существование магнитного момента нейтрона указывает на то, что нейтрон не является элементарной частицей. Чтобы элементарная частица обладала собственным магнитным моментом, она должна иметь оба вращение и электрический заряд» . Также посмотрите статью о нейтронах и посмотрите структуру и геометрию распределения заряда , а также распад свободного нейтрона и дифракцию нейтронов . Это волновая природа материи, а не ее точечно-частичная природа.

Поскольку электрон, кажется, не имеет каких-либо дефектов на своей поверхности, чтобы захватить и толкнуть, чтобы вращаться. Кажется, нет торчащих деталей, к которым можно было бы приложить крутящий момент.

Это правда. Он сферически симметричен. Я попытался описать это здесь . Как вы можете видеть из отрицательных голосов, людям, которые говорят вам, что электрон — это точечная частица , а «спин — это внутреннее свойство», это не понравилось. Но все отрицательные голоса в мире не заставят забыть это твердое научное доказательство. Убедитесь, что вы прочитали Goudsmit об открытии спина электрона :

«Когда настал день, мне пришлось рассказать Уленбеку о принципе Паули — разумеется, с использованием моих собственных квантовых чисел, — тогда он сказал мне: «Но разве вы не понимаете, что это означает? Это означает, что существует четвертая степень свободы». для электрона. Это означает, что электрон имеет спин, что он вращается».

В физику закралась странная маленькая непоследовательность. Вы можете увидеть это в этой старой статье Штерна-Герлаха в Википедии:

«Если это значение возникает в результате вращения частиц так, как вращается планета, тогда отдельные частицы должны были бы вращаться невероятно быстро. Даже если бы радиус электрона был столь же велик, как 2,8 фм (классический радиус электрона), его должен был бы вращаться со скоростью 2,3×10$^{11}$РС. Скорость вращения на поверхности превысит скорость света, 2,998×10.$^8$м/с, что невозможно».

Присмотритесь, и вы увидите ловкость рук. В нем говорится, что электрон не может вращаться, как планета, поэтому он вообще не может вращаться . Это неверно. Магнитный момент говорит, что это неправильно. Эффект Эйнштейна-де Хааса говорит, что это неправильно. Движение электрона в магнитном поле говорит о его неправильности. Конечно , она не вращается, как планета, это частица со спином ½. Это спинор с двумя ортогональными вращениями. Он вращается так, И он вращается таким образом, и И действует как множитель.