Wie übertragen Punktteilchen Drehimpuls untereinander?

Der Spin ist mit dem intrinsischen magnetischen Dipolmoment des Teilchens verbunden, wodurch das Teilchen in der Lage ist, mit einem externen Magnetfeld zu interagieren. Nämlich das intrinsische magnetische Dipolmoment$\vec\mu$eines Teilchens mit Spin$\vec{S}$zu finden über:

wo$g$ist der g-Faktor , und$q$und$m$sind die Ladung und die Masse des Teilchens. Beachten Sie, dass ein Teilchen ein magnetisches Moment haben kann, ohne eine elektrische Ladung zu haben: zum Beispiel, selbst wenn das Neutron elektrisch neutral ist ($q=0$), hat es aufgrund seiner internen Quarkstruktur ein magnetisches Moment ungleich Null.

Bei Elementarteilchen mit neutraler elektrischer Ladung, wie Neutrinos und Photonen, glaube ich nicht, dass sie den Spin ändern (oder den Drehimpuls übertragen) können, da ihr intrinsisches magnetisches Dipolmoment entweder null oder sehr klein ist*. Tatsächlich würde ich sagen, dass Neutrinos und Photonen so schnell reisen, dass ihnen während ihres Lebens nicht viel passieren kann, außer dass sie erzeugt und zerstört werden. Wenn dies nicht korrekt ist, hoffe ich, dass eine sachkundigere Person darauf hinweist.

*Soweit ich weiß, ist es noch eine Forschungsfrage, ob sie ein magnetisches Moment haben können.

Hier liegen einige Missverständnisse vor:

1) Elektronen sind nach bisherigen experimentellen Erkenntnissen Elementarteilchen. Sie bestehen nicht aus Einzelteilen. Bisher wurden keine experimentellen Beweise für Präonen oder allgemein für Unterkomponenten von Elektronen oder anderen Leptonen gefunden. Natürlich könnte sich das in Zukunft als falsch erweisen.

2) Der Spin eines punktförmigen Teilchens entspricht einem Eigendrehimpuls , der nicht mit „Spinning“ beschrieben werden kann, da ein punktförmiges Teilchen nicht um sich selbst rotieren kann. Zu sagen, dass Elektronen einen endlichen Spin haben, bedeutet nicht, dass sie sich tatsächlich "um ihr eigenes Zentrum drehen". Tatsächlich ist die Vorstellung, dass sich ein Elektron "um sein eigenes Zentrum dreht", völlig bedeutungslos, da Elektronen elementar und punktartig sind.

Zur Beantwortung Ihrer Frage:

1) Der Spin eines Elektrons hat eine Größe$1/2$in natürlichen Einheiten. Das heißt, wenn man die Größe des Spins eines Elektrons ändern könnte, wäre das kein Elektron mehr.

2) Sie können die Spinrichtung eines Elektrons jedoch leicht ändern, indem Sie einfach ein Magnetfeld anlegen. Da das Elektron auch ein magnetisches Moment in der gleichen Richtung wie der Spin hat, richtet sich der Spin entlang der Richtung des Magnetfelds aus.

2+) Auch bei Teilchen, die einen endlichen Spin, aber kein magnetisches Moment haben, kann man die Richtung des Spins ändern, indem man durch Wechselwirkung Drehimpuls von einem Teilchen auf ein anderes überträgt (der Gesamtdrehimpuls, der den Spin des Teilchens enthält, ist in jedem physikalischen Prozess konserviert)

Neutral geladene Objekte bestehen aus Ladungen. Obwohl die Nettoladung Null ist, führen Unvollkommenheiten in der räumlichen Anordnung von Ladungen dazu, dass sie mit elektromagnetischen Feldern interagieren.

Bearbeiten: 1) Neutrinos werden während Kernreaktionen gebildet. Einmal erzeugt, behalten sie ihre Drehrichtung bei, die sich im Laufe der Zeit nicht ändert.

2) Photonen ändern ihre Richtung nicht, es sei denn, sie werden zerstört (oder genauer gesagt, es sei denn, sie interagieren mit Materie). Kann Photon seinen Spin ändern?

Als Elektron scheint es keine Unvollkommenheiten in seiner Oberfläche zu haben, um zu greifen und zu drücken, um sich zu drehen. Es scheinen keine Teile hervorzustehen, auf die man Drehmoment anwenden kann.

Was eine nicht-quantenmechanische Ansicht betrifft (Ladungen sind Punktteilchen), würde ich sagen, dass Sie keinen Griff benötigen, um ein Drehmoment auf eine glatte Kugel auszuüben, Sie müssen sie einfach an einem beliebigen Punkt außerhalb des Massenmittelpunkts schlagen.

Aber vergleichen Sie es nicht mit Elektronen, denn

1. Elektronen sind keine perfekten Kugeln.
2. Elektronen drehen sich oder nicht, wir wissen es nicht. Es ist mit der aktuellen Technologie nicht beobachtbar. Lesen Sie dazu die obige Antwort von Siniteco.

Der Spin eines Teilchens wird aus gruppentheoretischer Sicht besser verstanden. Es sagt Ihnen nur, wie sich ein Teilchen, dh ein asymptotisch freier Zustand Ihrer Theorie, unter der Symmetrie Ihrer Theorie, der Lorentz-Symmetrie, transformiert. Nun, eigentlich unter seiner doppelten Hülle, wie Weinberg in seinem ersten Buch erklärt, deshalb dürfen wir Spinoren haben.

Ein Elektron ist ein Spin-1/2-Teilchen, was bedeutet, dass es zwei Freiheitsgrade hat, die sich unter Drehungen auf bestimmte Weise umwandeln. Diese beiden Freiheitsgrade nennen wir „Spin up“ und „Spin down“. Sie sind einfach eine Möglichkeit, die zwei Quantenzustände zu bezeichnen, die ein Elektron haben kann. Das Elektron kann sich in einer Überlagerung von ihnen befinden:

Nun interagieren Teilchen wie Elektronen, und diese Wechselwirkungen werden durch Teilchen vermittelt, die ebenfalls einen Spin haben, wie das Photon. Wieder bedeutet der Spin, dass es sich um ein Bündel von Quantenfeldern handelt, die sich auf eine bestimmte Weise transformieren. Das Photon zum Beispiel wird als "Vektor" bezeichnet und hat Spin 1. Die Natur scheint den Spin bei Wechselwirkungen gerne zu erhalten, wenn also ein Elektron mit einem Photon wechselwirkt, ändert es seinen Spin um eine Einheit. Das ist es. Sein Quantenzustand ändert sich in eine andere Überlagerung.

Es ist nicht so, dass es einen starren Körper mit Drehimpuls gibt, auf den Sie ein Drehmoment anwenden. Sie können die Richtung ändern, indem Sie Magnetfelder anlegen. Dies liegt daran, dass mit der Ausrichtung des Spins und des Magnetfelds eine Energie verbunden ist.

Wie übertragen Punktteilchen Drehimpuls untereinander?

Sie tun es nicht, weil es keine Punktteilchen gibt. Das ist ein mathematischer Mythos. Leider wird es von einigen scheinbar maßgeblichen Quellen gefördert.

Ich weiß, dass die Quantenphysik sagt, dass man die Größe des Spins eines Punktteilchens nicht ändern kann

Können Sie mir dafür eine Referenz nennen? Nur ist es Quantenfeldtheorie, nicht Quantenpunkt-Teilchen-Theorie. Ein Elektron ist kein punktförmiges Ding, das ein Feld hat, es ist ein Feld. In der QFT wird es als Anregung des Elektronenfeldes beschrieben. In Atombahnen existieren Elektronen "als stehende Wellen" . Wir können Elektronen beugen. Ein Elektron hat ein magnetisches Moment , der Einstein-de-Haas-Effekt zeigt, dass „der Spin-Drehimpuls tatsächlich von der gleichen Natur ist wie der Drehimpuls rotierender Körper, wie er in der klassischen Mechanik vorgestellt wird“.. Zu sagen, das Elektron sei ein punktförmiges Teilchen, ist das elektromagnetische Äquivalent dazu, aus einem Helikopter zu hängen, einen Whirlpool mit einer Barge-Pole zu untersuchen und dann, wenn man nichts Festes fühlen kann, zu behaupten, dass das feste Ding in der Mitte sehr, sehr klein sein muss.

aber es bleibt immer noch die Frage, wie man die Drehrichtung ändert.

Ein Spin-½-Teilchen hat nicht wirklich eine Spinrichtung. Um dies zu verstehen, stellen Sie sich eine Scheibe vor, die sich im Uhrzeigersinn dreht. Gehen Sie jetzt um die Rückseite herum und beachten Sie, dass Sie jetzt sagen würden, dass sie sich gegen den Uhrzeigersinn dreht. Dann drehe ich es wie eine Münze, also hat es zwei orthogonale Drehungen. In welche Richtung dreht es sich? In welche Richtung auch immer . Aber beachten Sie, dass ich es mit der anderen Hand wie eine Münze hätte drehen können. Es gibt zwei Wege.

Eine Möglichkeit, wie Punktteilchen Drehimpuls austauschen können, ist Elektromagnetismus, aber wie tauschen dann neutral geladene Punktteilchen Drehimpuls aus?

Es gibt keine Neutralpunktteilchen. Ein Photon hat keine Ladung, aber Wellennatur, wobei E = hc/λ. Was massive neutrale Teilchen betrifft, werfen Sie einen Blick auf den Wikipedia-Artikel über das magnetische Moment von Neutronen : „Die Existenz des magnetischen Moments des Neutrons zeigt an, dass das Neutron kein Elementarteilchen ist. Damit ein Elementarteilchen ein intrinsisches magnetisches Moment hat, muss es beides haben Spin und elektrische Ladung" . Sehen Sie sich auch den Neutronenartikel an und sehen Sie die Struktur und Geometrie der Ladungsverteilung zusammen mit dem Zerfall freier Neutronen und der Neutronenbeugung . Es ist die Wellennatur der Materie, nicht die Punktteilchennatur der Materie.

Als Elektron scheint es keine Unvollkommenheiten in seiner Oberfläche zu haben, um zu greifen und zu drücken, um sich zu drehen. Es scheinen keine Teile hervorzustehen, auf die man Drehmoment anwenden kann.

Das ist richtig. Es ist kugelsymmetrisch. Ich habe versucht, es hier zu beschreiben . Wie Sie an den negativen Stimmen sehen können, mochten die Leute, die Ihnen sagten, das Elektron sei ein Punktteilchen und "Spin ist intrinsisch" , es nicht. Aber all die Ablehnungen der Welt werden diese harten wissenschaftlichen Beweise nicht verschwinden lassen. Lesen Sie unbedingt Goudsmit über die Entdeckung des Elektronenspins :

„Als der Tag kam, an dem ich Uhlenbeck das Pauli-Prinzip erklären musste – natürlich mit meinen eigenen Quantenzahlen – da sagte er zu mir: ‚Aber siehst du nicht, was das bedeutet? Es bedeutet, dass es einen vierten Freiheitsgrad gibt für das Elektron. Es bedeutet, dass das Elektron einen Spin hat, dass es rotiert.“

Es gibt eine seltsame kleine Nicht-Sequitur, die sich in die Physik eingeschlichen hat. Sie können es in diesem alten Stern-Gerlach-Artikel auf Wikipedia sehen:

„Wenn dieser Wert dadurch entsteht, dass sich die Teilchen wie ein Planet drehen, dann müssten sich die einzelnen Teilchen unglaublich schnell drehen. Selbst wenn der Elektronenradius 2,8 fm groß wäre (der klassische Elektronenradius), seine Oberfläche müsste sich mit 2,3 × 10 drehen$^{11}$Frau. Die Rotationsgeschwindigkeit an der Oberfläche würde die Lichtgeschwindigkeit von 2,998 × 10 überschreiten$^8$m/s und ist somit unmöglich."

Schauen Sie genau hin und Sie werden die Fingerfertigkeit sehen. Es besagt, dass das Elektron nicht wie ein Planet rotieren kann, also kann es überhaupt nicht rotieren . Das ist falsch. Das magnetische Moment sagt, dass es falsch ist. Der Einstein-de-Haas-Effekt sagt, dass er falsch ist. Die Elektronenbewegung in einem Magnetfeld sagt, dass sie falsch ist. Natürlich rotiert es nicht wie ein Planet, es ist ein Spin ½ Teilchen. Es ist ein Spinor mit zwei orthogonalen Drehungen. Es dreht sich auf diese Weise UND es dreht sich auf diese Weise, und das UND fungiert als Multiplikator.