“電子可分裂”究竟是怎麼回事？

司 今（[email protected]）

據中國科技網報道，瑞士保羅·謝爾研究所實驗物理學家和德國德累斯頓固體和材料研究所理論物理學家領導的國際研究小組通過實驗發現，一個電子分裂成兩個獨立的準粒子：自旋子（spinon）和軌道子（orbiton）。這一結果發表在近日的《自然》雜誌上。

以往人們認為電子是一種基本粒子，無法分裂為更小部分。上世紀80年代，物理學家預言，電子以原子的一維鍊形式存在，可以分裂成3個準粒子：空穴子攜帶電子電荷，自旋子攜帶旋轉屬性（一種與磁性有關的內在量子性質），軌道子攜帶軌道位。1996年，物理學家將電子空穴和自旋子分開，自旋和軌道這兩種性質伴隨著每一個電子。

然而，新實驗觀察到這兩種性質分開了——電子衰變為兩個不同部分，各自攜帶電子的部分屬性：一個是自旋子，具有電子的旋轉屬性；另一個是軌道子，具有電子繞核運動的屬性，但這些新粒子都無法離開它們的物質材料。

研究人員用瑞士光源（Swiss Light Source）的X射線對一種叫做Sr2CuO3的鍶銅氧化物進行照射，讓其中銅原子的電子躍遷到高能軌道，相應電子繞核運動的速度也就越高。他們發現，電子被X射線激發後分裂為兩部分：一個是軌道子，產生軌道能量；另一個是自旋子，攜帶電子的自旋性及其他性質。Sr2CuO3有著特殊性質，材料中的粒子會被限制只能以一個方向運動，向前或向後。通過比較X射線照射材料前後的能量與動量的變換，可以追蹤分析新生粒子的性質。

實驗小組領導託斯登·施密特說：“這些實驗不僅需要很強的X射線，把能量收縮在極狹窄範圍，才能對銅原子的電子產生影響，還要有極高精度的X射線探測儀。”

“這是首次觀察到電子分成了獨立的自旋子和軌道子。現在我們知道了怎樣找到它們。下一步是同時產生出空穴子、自旋子和軌道子來。”理論小組領導傑羅恩·範德·布林克說，“在材料中，這些準粒子能以不同的速度、完全不同的方向運動。這是因為它們被限制在材料中時，性質就像波。當被激發時，波分裂為多個，每個攜帶電子的不同特徵，但它們不能在材料以外獨立存在。”

觀察到電子分裂將對一些前沿領域產生重要影響，如高溫超導和量子計算機。Sr2CuO3中的電子和銅基超導材料中的電子有著相似的性質，該研究為高溫超導研究提供了一條新途徑。此外，研究軌道子有助於開發量子計算機。“同時用自旋子和軌道子來編碼和操控信息，這可能是未來發展的方向。”英國牛津大學物理學家安德魯·波斯羅伊德說，“量子計算機的一個主要障礙是量子效應會在完成計算之前被破壞。而軌道子的躍遷速度只要幾飛秒（1飛秒=10的負15次方秒），這樣的速度為製造現實量子計算機帶來了更多機會。”（常麗君）

《科技日報》（2012-4-20 二版）

從上述實驗觀察可以看出：

1、電子衰變為兩個不同部分，各自攜帶電子的部分屬性：一個是自旋子，具有電子的旋轉屬性（一種與磁性有關的內在量子性質）；另一個是軌道子，具有電子繞核運動的屬性，但這些新粒子都無法離開它們的物質材料。

2、銅原子的電子躍遷到高能軌道，相應電子繞核運動的速度也就越高”。

康普頓散射實驗

對此實驗結果，我們的分析是：此實驗類似於宏觀自旋剛體的彈性碰撞，與康普頓散射原理基本相同，但物理學對康普頓散射的解釋沒有考慮電子、x光子的自旋性，我的解釋融了了它們這種屬性。

在微觀世界中，電子和x射線中的x光子都可以被看作為剛體，碰撞粒子（x光子）會將部分或全部平動動能傳遞給被撞粒子（電子），宏觀“剛體平面平行運動”的總動能是E= mv²/2+ Iω²/2，微觀剛體粒子的總動能也應是E= mv²/2+ Iω²/2，因此說：“自旋和軌道這兩種性質伴隨著每一個電子”。依據司今在《關於地球橢圓軌道和自旋變化成因的探討》一文中得出的結論：“作剛體平面平行運動的自由質點或粒子，當它受外力或外引力場影響時，它的總動能始終保持不變，但平動動能和自旋動能可以在總動能守恆下相互轉化”的結論，可以得出：從瑞士光源發出的X射線中的x光子，其平動速度為v,自旋角速度為ω，總動能就是E= mv²/2+ Iω²/2，當它進入Sr2CuO3的鍶銅氧化物中，並靠近其中銅原子區域、與銅原子核外電子“相撞”時，就同“銀河中心體—太陽—地球”三個自旋場體相互影響的運動形式一樣，實質是電子的自旋磁場與x光子的自旋磁場在銅原子核的大磁場下相互影響的運動變化表現的結果。

x光子：在總動能不變下，當x光子與電子“碰撞”時，其平動速度會減小，表現出平動速度減慢甚至不動的現象，這就是說x光子的“軌道性”減弱或消失；但其自旋速度會增大，而“自旋是一種與磁性有關的內在量子性質”，據司今在《物質的自旋與力的形成》一文中指出：“任何物質自旋都會產生磁荷，磁荷量的大小與它的自旋角速度成正比”。因此，x光子在與電子“碰撞”後，因平動速度減小、自旋速度就會相應增大，它就會表現出比原來較大的自旋磁荷量，並在其周圍形成較強的自旋磁場，從而自旋速度增強而占主導地位、平動速度減弱而佔次要地位，這就是該文中所突出的“自旋子”性。如果沒有考慮x光子在“碰撞”後仍保持一個獨立的粒子存在，那麼就只能象該文中所描述的那樣：電子被分裂成二個獨立的部分，這就是其中的“自旋子”部分。

“被撞”電子：在總動能不變下，因x光子對電子的“撞擊”，電子的平動速度會增大，故自旋速度就會相應減小，它從而表現出比原來較小的自旋磁荷量，並在其周圍產生較小的自旋磁場；這時，銅原子核對它的磁力效應減小，故它會產生遠離核的運動，即表現出“躍遷”現象，這就是該文所說的“電子繞核運動的速度也就越高”的現象，這就是平動速度增大的“軌道子”特性”。

從上分析可見：

1、該文所指的“自旋子”和“軌道子”分別是由自旋的x光子和自旋的電子“碰撞”後脫變而來的，不是由一個電子分裂出來的。“自旋子”特性就是x 光子“碰撞”後所表現出來的平動速度減小、自旋速度增大的特徵。“軌道子”特性就是電子被“碰撞”後所表現出來的自旋速度減小、平動速度增大的特徵。

2、量子力學和該文中所認為的“電子衰變為兩個不同部分，各自攜帶電子的部分屬性：一個是自旋子，具有電子的旋轉屬性；另一個是軌道子，具有電子繞核運動的屬性，但這些新粒子都無法離開它們的物質材料”是有偏差的。他們承認：“碰撞”前有x光子存在，但“碰撞”後就忽略了x光子的存在，這是不符合“物質量”守恆原理的，同時也違反了能量守恆原理。由此可見，量子力學不是一門描述微觀世界的完備的理論，它的很多“隨意假設”有時是違反物理學基本原理的，這正是它讓我們“迷惑了一個世紀”的根本原因所在！