03.05 正负电子的波函数一样么?

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我们知道,描述基本相互作用的理论是相对论性量子场论。根据相对论性量子场论,任何粒子都存在与之对应的反物质。比如说,电子其反物质是正电子,而光子的反物质却是自身。那么,为什么电子的反物质不是自身呢?这个原因就说来话长了。

首先我们要回到狭义相对论的一个重要关系式:质量-能量-动量关系式。质量我们可以设置为正实数(在物理意义上是毫无疑问的),能量能否设为正实数呢?不一定!原因是能量不同于质量,能量是一个可以把任意能量值作为零点能的物理量,因此能量可以为负数!问题是负能量的粒子是什么粒子?最先遇到这个问题的是二十世纪二十年代中后期的量子物理学家们,他们大部分都认为地将负能粒子扔掉了。只有一个人认为这种粒子客观存在,他就是英国物理学家狄拉克。狄拉克认为负能粒子是一种和正常粒子不同的粒子,他将之命名为“反粒子”。电子是有反粒子的,而且与它自身不同。原因是电子有电荷,而反电子——现在叫正电子——是与电子电荷相反的粒子,因此二者注定不同。这一点可以从狄拉克方程的二次量子化里得到。在狄拉克提出正电子不久,意大利物理学家马约拉纳提出了一种正反粒子同体的费米子——马约拉纳费米子。马约拉纳费米子是不带电的中性费米子,因此它的正反粒子没有本质区别。

光子和马约拉纳费米子的情况类似,作为中性玻色子,光子的反粒子也是自身。

关于电子,要提的就是一个很最重要的物理概念:电荷共轭变换——也就是C变换。电子有电性,但是我们要求负电子的负电性在电荷共轭变换下变成正电性!那么,这就导致电子的二次量子化中,负电子的产生算符在电荷共轭变换下会变成正电子的产生算符。消灭算符类似。这一点说明两件事情:第一,正负电子的波函数不同;第二,正负电子的波函数可以通过某种变换联系起来。


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如果粒子都由自旋物理量定义,且粒子的自旋物理量是二阶张量。则正反粒子由协变和逆变张量定义。当正反粒子碰撞“粘结”时,相当于协变张量与逆变张量的缩并运算,成为零阶张量的能量。另外,粒子在这种定义下还有一种形态,即混合张量下的粒子。目前,马约拉纳型粒子很可能就是混合张量型粒子。

比如,光子照射正电子,还是正电子。反物质存储目前想到的是磁约束存储。由玻色子隔离可能也行。

原子核中的多个质子、中子粘结都靠胶子粘结产生强力,实际上就是协变、逆变和混合自旋张量的缩并运算。即强力来自自旋张量的缩并运算。

那么,猜测电磁力来自自旋张量源的时空守恒,即张量源下的高斯黎曼形式。这需要进一步思考。采取磁场强度物理量的引入方式。


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