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本章学习指导:

1.首要的是理解角动量算符的代数定义,在此基础上,结合实验数据,能够自然地理解自旋算符。

2.进一步理解到角动量算符相加后,仍然满足角动量算符的对易关系,因此仍然是是角动量算符。

3.由表象变换及角动量的特征理解耦合表象和非耦合表象之间的变换关系,即C-G系数。

4.由物理量,如自旋,量子化理解全同粒子存在的必然性,由全同粒子不可分辨性理解粒子全同性原理。

本章要点:

1. 自旋的实验基础及其物理本质;

2.自旋的表象及有关计算,升降算符的运用,自旋磁矩与磁作用能的计算;有磁场时态的演化。

3.角动量加法,用C-G系数表求出简单的耦合态矢量。

4.用磁矩与磁场作用能解释现象,如塞曼效应。

5. 深刻理解掌握粒子全同性原理,能熟练地算出体系的可能状态数及对于一个确定的状态写出其对称或反对称态函数。

自旋角动量是一切基本粒子的内禀属性,可由多分量(如旋量或矢量场)相对论波动方程自然地推导出。在非相对论量子力学范畴内,自旋是在实验的基础上作出的一个重要“假定”。自旋对物质结构有决定性的影响,事实上,正是由于粒子有自旋,才能将粒子分类为玻色子和费米子,才有玻色统计和费米统计,才有原子的壳层结构等。因此,透彻理解粒子的自旋并能正确熟练地计算是重要的。

角动量是相加守恒量。对于稍微复杂一些的体系,都必然涉及角动量的相加。这包括多粒子角动量相加,也包括单粒子的轨道角动量和自旋角动量的相加。同一个粒子系有不同角动量时,其能级往往也是不同的。关于角动量的严格而系统的理论论述属于高等量子力学的范畴。但鉴于角动量在应用上十分重要,本节将舍去严格的数学论述而给出某些结论性的简明论述。

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