费米子玻色子为什么要自旋?费米子、玻色子都是有自旋的不同特性,但他们为什么要有自旋呢?他们的自旋又和强、弱相互作用有什么关系呢?静观其变，爱因斯坦们，现身吧

费米子玻色子为什么要自旋?费米子、玻色子都是有自旋的不同特性,但他们为什么要有自旋呢?他们的自旋又和强、弱相互作用有什么关系呢?静观其变，爱因斯坦们，现身吧
费米子玻色子为什么要自旋?
费米子、玻色子都是有自旋的不同特性,但他们为什么要有自旋呢?他们的自旋又和强、弱相互作用有什么关系呢?
静观其变，爱因斯坦们，现身吧

费米子玻色子为什么要自旋?费米子、玻色子都是有自旋的不同特性,但他们为什么要有自旋呢?他们的自旋又和强、弱相互作用有什么关系呢?静观其变，爱因斯坦们，现身吧
这个是量子动力学里面的东西 关于为什么要自旋的问题的话这个问题现在还没有答案这得问造物主,这好比问宇宙的外面是什么这个问题占时没有答案的.
自旋为半整数（1/2,3/2…）的粒子统称为费米子,服从费米-狄拉克统计.费米子满足泡利不相容原理,即不能两个以上的费米子出现在相同的量子态中. 轻子,核子和超子的自旋都是1/2,因而都是费米子.自旋为3/2,5/2,7/2等的共振粒子也是费米子.
概述
费米子
费米子(fermion)：费米子是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子.费米子遵从泡利不相容原理[1].得名于意大利物理学家费米.根据标准理论,费米子均是由一批基本费米子,而基本费米子则不可能分解为更细小的粒.基本费米子分为 2 类：夸克和轻子.而这 2 类基本费米子,又分为合共 24 种味道 (flavour)：12 种夸克：包括上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、魅夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t),及它们对应的 6 种反粒子. 12 种轻子：包括电子 (e)、渺子 (μ)、陶子 (τ)、、中微子νe、中微子νμ、中微子ντ,及对应的 6 种反粒子,包括 3 种反中微子. 中子、质子：都是由三种夸克组成,自旋为1/2. 奇数个核子组成的原子核.(因为中子、质子都是费米子,故奇数个核子组成的原子核自旋是半整数.) 由全同费米子组成的孤立系统,处于热平衡时,分布在能级εi的粒子数为,Ni＝gi/（e^(α+βεi）+1）.α为拉格朗日乘子、β＝1/（kT）,有体系温度,粒子密度和粒子质量决定.εi为能级i的能量,gi为能级的简并度. 根据自旋倍数的不同,科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类.费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等)；而玻色子是像光子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2 费米子
等). 这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性.没有任何两个费米子能有同样的量子态：它们没有相同的特性,也不能在同一时间处于同一地点；而玻色子却能够具有相同的特性. 基本粒子中所有的物质粒子都是费米子,是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子)；而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)都是玻色子.费米子(fermion)：自旋为半整数的粒子.比如电子、质子、中子等以及其反粒子.它们符合泡利不相容原理,以及费米－狄拉克统计： 由全同费米子组成的孤立系统,处于热平衡时,分布在能级εi的粒子数为,ni＝gi/（e^(α+βεi）+1）.α为拉格朗日乘子、β＝1/（kt）,有体系温度,粒子密度和粒子质量决定.εi为能级i的能量,gi为能级的简并度.
编辑本段性质
在一组由全同粒子组成的体系中,如果在体系的一个量子态(即由一套量子数所确定的微观状态)上只容许容纳一个粒子,这种粒子称为费米子.费米子所遵循的统计法称为费米统计法.费米统计法的分布函数为式中n(ε)为体系在温度T达热平衡时处于能态ε的粒子数；α为温度和粒子总数的函数.
编辑本段由来
费米子,得名于意大利物理学家费米. 玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计,自旋为整数的粒子.玻色子不遵守泡利不 费米子
相容原理,在低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚.玻色子包括：.胶子-强相互作用的媒介粒子,自旋为1,有8种;光子-电磁相互作用的媒介粒子,自旋为1,只有1种这些基本粒子在宇宙中的“用途”可以这样表述：构成实物的粒子(轻子和重子)和传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、w和z玻色子).在这样的一个量子世界里,所有的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性：质量、能量、磁矩和自旋. 这四种属性当中,自旋的属性是最重要的,它把不同将粒子王国分成截然不同的两类,就好像这个世界上因为性别将人类分成了男人和女人一样意义重大.粒子的自旋不像地球自转那样是连续的,而是是一跳一跳地旋转着的.根据自旋倍数的不同,科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类.费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等)；而玻色子是像光子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2等). 这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性.没有任何两个费米子能有同样的量子态：它们没有相同的特性,也不能在同一时间处于同一地点；而玻色子却能够具有相同的特性. 基本粒子中所有的物质粒子都是费米子,是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子)；而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、w和z玻色子)都是玻色子.
编辑本段凝聚态
第六种物质形态诞生
人类生存的世界,是一个物质的世界.过去,人们只知道物质有 费米子
三态,即气态、液态和固态.20世纪中期,科学家确认物质有第四态,即等离子体态(plasma).1995年,美国标准技术研究院和美国科罗拉多大学的科学家组成的联合研究小组,首次创造出物质的第五态,即“玻色—爱因斯坦凝聚态”.为此,2001年度诺贝尔物理学奖授予了负责这项研究的三位科学家. 2004年1月29日,又是这个联合研究小组宣布,他们创造出物质的第六种形态———费米子凝聚态（fermioniccondensate）.消息传出,国际物理学界为之振奋.专家们认为,这一成果为人类认识物质世界打开了又一扇大门,具有重大的理论和实践意义,将成为年度重大科技成果之一. 研究小组负责人德博拉·金今年30岁,2003年获得美国麦克阿瑟基金会颁发的“大天才”奖.她表示,这项成果有助于下一代超导体的诞生.而下一代超导体技术可在电能输送、超导磁悬浮列车、超导计算机、地球物理勘探、生物磁学、高能物理研究等众多领域和学科中大显身手.
形态的区别
通常所见的物质是由分子、原子构成的.处于气态的物质,其分子与分子之间距离很远.而构成液态物质的分子彼此靠得很近,其密度要比气态的大得多.固态物质的构成元素是以原子状态存在的,原子一个挨着一个,相互牵拉,这就是固体比液体硬的原因. 被激发的电离气体达到一定的电离度之后便处于导电状态.电离气体中每一带电粒子的运动都会影响到其周围带电粒子,同时也受到其他带电粒子的约束.由于电离气体内正负电荷数相等,这种气体状态被称为等离子体态. 所谓玻色—爱因斯坦凝聚,是科学巨匠爱因斯坦在70年前预言的一种新物态.这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同,它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态.玻色—爱因斯坦凝聚态物质由成千上万个具有单一量子态的超冷粒子的集合,其行为像一个超级大原子,由玻色子构成.这一物质形态具有的奇特性质,在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域都有美好的应用前景.
创造
由于没有任何两个费米子能拥有相同的量子态,费米子的凝聚一直被认为不可能 费米子
实现.去年,物理学家找到了一个克服以上障碍的方法,他们将费米子成对转变成玻色子.费米子对起到了玻色子的作用,所以可让气体突然冷凝至玻色—爱因斯坦凝聚态.这一研究为创造费米子凝聚态铺平了道路. 目前,从事费米子凝聚态研究的科学家们秉承着“大胆假设、小心求证”的科学精神,慎重地向这块未知的科学领域推进.
编辑本段示例
夸克 轻子：包括电子、渺子、陶子及对应的反粒子、三种中微子及对应的三种反中微子. 中子、质子：都是由三种夸克组成,自旋为1/2. 奇数个核子组成的原子核.(因为中子、质子都是费米子,故奇数个核子组成的原子核自旋是半整数.) 由全同费米子组成的孤立系统,处于热平衡时,分布在能级εi的粒子数为,Ni＝gi/（e^(α+βεi）+1） .α为拉格朗日乘子、β＝1/（kT）,有体系温度,粒子密度和粒子质量决定.εi为能级i的能量,gi为能级的简并度. 根据自旋倍数的不同,科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类.费米子是像电子一样的粒子,有半整数自旋(如1/2,3/2,5/2等)；而玻色子是像光子一样的粒子,有整数自旋(如0,1,2等). 这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性.没有任何两个费米子能有同样的量子态：它们没有相同的特性,也不能在同一时间处于同一地点；而玻色子却能够具有相同的特性 基本粒子中所有的物质粒子都是费米子,是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子)；而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)都是玻色子.
good 既然问运算远离的话首先要说明的是这个是非常难的估计大学里面的真正的物理教授才知道运算过程 因为一切很复杂的要用到矩阵 模糊数学 统计 等等,还有就是你问的问题是量子力学里面的 所以就不能一平常的角度考虑这些问题,比如能量守恒定律这个只能在平常的物理适用但是一到量子物理这个也只能说是平均相等,能量是可以凭空产生的,但是总共凭空产生的能量和为0,在量子领域里面空间首先是泡沫状的,好比是海绵空间不是实体是有缝隙的,有些是微型白洞,但是非常小普朗克常数级别的但又瞬间消失一切都很奇妙,结合你上面的问题为什么他要旋转因为他要是不旋转就构不成现在的物质,非要问的话估计没人能打上来,就算是霍金估计也麻烦,还有就是在科学领域里面说深一点有些还是需要用神学来解释的,当年爱因斯坦也说过这样的话,就好比为什么宇宙为什么是这样的为什么不是那样的之类的话.宇宙的构成有人则理论和强人则理论.而费米子和玻色子又和这些东西很相像,费米子和玻色子,再说具体点里面又有夸克,夸克的相结合才可构成中子 电子 质子 说白了就是以电学的一些电位原理 1+1等于2 同性相斥异性相吸,你要问.1+1等于2 为什么说白了就是这样规定的,就好比他不能等于3 ,还有就是在学量子理论里面不能死钻牛角尖有些东西要是追根问底的话是没有答案的,这个学科只有在欧洲还可以,我们国家的那些物理学家出来国外的国内的都是混饭吃的,而且要结合哲学等等好多学科综合分析,并不是考数学和物理的那些就能出来答案的特别是量子物理,有兴趣你看看霍金的2本书 果壳中的宇宙 时间简史 再者就是一些科普类的书,最近看的书上说我们的宇宙是n唯的 至于为什么是n维你问那些专家他们也不知道,就这样创造的而已.

这个很简单. (说简单也简单, 说难也难). 量子场论中有个自旋-统计定理. 根据Lorentz群的拓扑性质, 满足因果性规律的粒子只能是自旋+1 或者-1 的, 即费米子或者玻色子.
实际上, 在2+1维空间(2维空间+1维时间)里, 是允许anyon出现的. anyon翻译为任意子, 它们的自旋性质是对易以后得到的结果不是+1或者-1, 而是exp{i q}.
所以简单的说,...

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这个很简单. (说简单也简单, 说难也难). 量子场论中有个自旋-统计定理. 根据Lorentz群的拓扑性质, 满足因果性规律的粒子只能是自旋+1 或者-1 的, 即费米子或者玻色子.
实际上, 在2+1维空间(2维空间+1维时间)里, 是允许anyon出现的. anyon翻译为任意子, 它们的自旋性质是对易以后得到的结果不是+1或者-1, 而是exp{i q}.
所以简单的说, 自旋-统计性质是由时空性质决定的. 如果要满足因果律(具体的说是任何可观测量满足因果律), 自旋性质就被决定了.
请参考: Mark Srednicki的量子场论. 在网上可以搜到.
Mark Srednicki
University of California, Santa Barbara

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超弦理论简介
物理学家一直认为自然界有对称,例如亏子与轻子也是三族,又或正反粒子,CPT守衡等等.但物理界并不如我们所想般对称,如CP不守衡,而最大之不对称(asymmetry)是费米子及玻色子之自旋性,费米子要自旋两个圈才可见回原本景象,而玻色子只需自旋一个圈.
物理学家建立了N=8的超对称理论(Supersymmetry / SUSY)统一费米子与玻色子,那是认为这个宇宙除了四...

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超弦理论简介
物理学家一直认为自然界有对称,例如亏子与轻子也是三族,又或正反粒子,CPT守衡等等.但物理界并不如我们所想般对称,如CP不守衡,而最大之不对称(asymmetry)是费米子及玻色子之自旋性,费米子要自旋两个圈才可见回原本景象,而玻色子只需自旋一个圈.
物理学家建立了N=8的超对称理论(Supersymmetry / SUSY)统一费米子与玻色子,那是认为这个宇宙除了四维之外,还有四维,这个八维宇宙叫超空间(superspace),然而这额外的四维不可被理解为时间抑或空间,八维宇宙是由费米子居住,物质可透过自旋由四维空间转入费米子居住之八维,又可由八维转回四维,即玻色子可换成费米子,费米子可转换成玻色子,它们没有分别,我们之所以看到它们自旋不同只不过是我们局限于四维而看不到八维的一个假象.
我打个譬喻,你在地球上只会感同到三维(上下前后左右),我们虽然知道时间之存在,然而我们眼睛看不到,眼睛只帮我们分析三维系统,然而有可能这个世界是八维,而因为眼睛只可分辨三维而你无法得知.
科学家称这些一对之粒子为超对称伙伴(supersymmetric partner),如重力微子(gravitino),光微子(photino),胶微子(gluino),而费米子之伙伴叫超粒子 (sparticle),只不过是在费米子前面加一个s,如超电子(selectron).可是我们知道费米子无论怎样转也转不出玻色子,亦没有发现费米子或玻色子转出来的超对称伙伴,例如电子就不是由任何已知玻色子转出来,假如每一玻色子或费米子都有其超对称伙伴,世界上之粒子数将会是现在的两倍.
有认为超对称伙伴质量比原本粒子高很多倍,只存在于高能量状态,我们处于安静宇宙是不能够被看见,只有在极稀有的情形下,超对称伙伴会衰变成普通的费米子及玻色子,当然我们尚未探测到超对称伙伴,否则就哄动啰!
然而在超对称理论背后,弦理论(strange theory)正慢慢崛起,它也是为了统一费米子玻色子.弦理论认为这个世界无论玻色子抑或费米子都是由一样东西－弦(string)所组成,弦就像一条绳子,不过事实上它们真的太小向前地,故它们形成粒状的粒子
The string tension in string theory is denoted by the quantity 1/(2 p a'), where a' is pronounced "alpha prime"and is equal to the square of the string length scale.
String theories are classified according to whether or not the strings are required to be closed loops, and whether or not the particle spectrum includes fermions. In
起初物理学家认为闭弦理论必须是十维,因为只有十维的闭弦理论方可被重正则化(Renormalization),重正则化是物理学家为解决量子电动力学中出现'无限'所用的一个巧妙手法,其中多个无限项问题都与自我作用(self-interation)有关,我举一个电子与电磁场之无限项例子:
电磁力之影响范围遵从平方反比定律,即1除距离之平方,电子与自己的距离是0,故影响自己之范围是1除0,等于无限,由于E=mc2,故电子质量岂非无限大!那和观察结果不乎.重正则化利用无限减无限得有限之方法计出电子质量(因为有限加无限也是无限).
荷兰物理学家Hendrik Kramers认为电子之质量是由两个质量-bare mass及infinite mass组成,利用麦斯威尔方程(Maxwell Equation)计出另一个电子质量,又是无限,用第二个质量减第一个质量,剩下的就是bare mass,即电子正常质量.
当然那不是样样东西都可以重正则化,你要好巧妙地把式定成:(无限)-(无限+少少)=(少少),否则答案会是零,或答案尚是无限,最成功的例子是利用重正则化解释兰伯移动(Lamb Shift),兰伯移动解释在一条轨道上之两粒不同态之粒子(旋上旋下)能量有少许分别,所以旋上电子变成旋下电子会放出21.11cm微波辐射.
事实上现今物理学上一个理论是否可行完全要看它是否可以被重正则化.
回答者：网友专家 Dyemn - 经理 四级 11-23 14:53
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超弦理论（特别是杂化超弦理论），是历史上首次对所有基本粒子和它们的相互作用（即自然中所有的力）提出的一个严肃认真的建议。下一步要从这理论中得出一些预言，并与基本粒子中已知的（或即将测到的）事实进行比较。比较后出现了一个惊人的结果：方程中得出了特征能量或质量（普朗克质量），这样，超弦理论开始直接显出一种近于完整的统一性。但是，与实验室中可探测现象的能量尺度相比较，等价于普朗克质量的能量，又太大了。这样，在实验室多少可以直接研究的基本粒子，统统属于超弦理论中的“低质量部分”（low-masssector）。
低质量部分
一群数量很大但又有限的粒子（例如100到200种），它们的质量低到在可预见的未来出现在加速器实验中。这些粒子和它们的相互作用构成超弦理论中的低质量部分。
所有其他粒子（它们有无限的数量）有巨大的质量，以至它们只能出现在虚效应里（例如量子虚交换时力的出现）。这些虚效应 （virtual effect）中有些可能具有关键的重要性，例如它们可以使爱因斯坦的引力理论成为超弦理论的一部分，而且不会出现不完美的无限性。
标准模型，包括3个费米子家族和它们的反粒子以及已知的12个量子，构成这个统一理论的低质量部分的一部分。引力子和零质量，显然也属于这个低质量部分，如其他已预言的粒子一样。
在物理学的历史上,超弦理论不但是迄今为止唯一的协调了量子力学与广义相对论的量子引力理论,而且提供了统一描写强,电磁,弱及引力等四种基本相互作用的可能性.1995年超弦理论经历了一次突破性的发展:Dirichlet-膜与弦论中各种对偶关系被揭示出来了.这一发现启动了弦论研究的世界性高潮,涌现出了许多重要的研究方向.例如雄心勃勃的"M理论"力图建立起11维的(非微扰的)理论框架,使目前的超弦理论作为它在10维非紧致时空的约化,使11维超引力理论作为它的低能经典极限."超弦唯象学"则力图建立起一个(3+1)维的超弦理论,使之成为10维超弦理论的低能极限,并为目前粒子物理学中的标准模型提供一个可靠的弦论背景.
超弦唯象学是超弦理论发展的主流方向之一.它立足于物理数学逻辑内在自治的超弦微扰论和久经实验考验的粒子物理学(唯象的)标准模型,通过寻找二者的联系,致力于发现超弦理论真正的真空.超弦唯象学的研究将极大地深化人们对时空结构和自然界基本相互作用的理解,是超弦理论最终接受物理实验检验的不可逾越的重要环节.1995年以前人们主要研究了杂化弦的唯象学.随着Dirichlet-膜的发现,现在的研究领域已经扩展到了所有的超弦微扰论.超弦唯象学的研究在国际上很热,美国和欧洲都有许多一流理论物理学家从事该领域的研究工作.然而在我国,就本人所知,只有为数不多的理论物理学家在超弦和M 埋论方面开展工作,且人员大多集中在中科院理论物理研究所,研究方向基本上都集中在M理论.这也许是因为国内的科研传统及有所为有所不为的取舍吧.

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自旋这个现象嘛...最先是为了满足实验的观测，也就是Stern-Gerlach实验中银原子束的分裂而人为地将粒子加上了这个空间的自由度，而这个自由度必需具有角动量的观测效应，角动量就要旋转嘛，所以我们叫它自旋，从字面上理解就是粒子内禀的旋转。它确实和经典的自旋有着本质的不同，因为如果将粒子按照经典的旋转而自转来构造自旋模型的话，会发现电子自旋的朗德因子是1而不是2，这显然与实验不符。所以楼上有人说...

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自旋这个现象嘛...最先是为了满足实验的观测，也就是Stern-Gerlach实验中银原子束的分裂而人为地将粒子加上了这个空间的自由度，而这个自由度必需具有角动量的观测效应，角动量就要旋转嘛，所以我们叫它自旋，从字面上理解就是粒子内禀的旋转。它确实和经典的自旋有着本质的不同，因为如果将粒子按照经典的旋转而自转来构造自旋模型的话，会发现电子自旋的朗德因子是1而不是2，这显然与实验不符。所以楼上有人说自旋就是旋转不全对，它具有角动量的观测特性，也就是旋转的特性，但是又不能按照经典模型来构造。我说它不全对是因为我们在做很多物理问题时，尤其是一些经典的凝聚态问题，比如说磁性，有时会把它当成了经典的旋转来处理，因为这样做比较方便，模型比较简单。楼上有人说对称性，这样理解比较直观，也很对，朗道的量子力学中说自旋就是粒子空间不同取向的自由度，差不多也就是这个意思吧。
后来害羞自闭的狄拉克同学为了满足电子薛定谔方程在相对论变换下的协变性，数学上自闭症一般执着地加上这个了一个自由度。具体做法是构造了一个矩阵放在了方程了，于是方程的解的自由度就乘了2，这样得到的方程就是狄拉克方程，薛定谔方程的相对论协变形式。狄拉克做事儿不爱与人交流，大家往往不知道他在想什么，但事实是往往狄拉克的工作做到最后，人们会发现他的思想才真正抓住了物理现象的本质。果然，后来人们神奇地发现，这个为了满足协变性而填上去的东西，就是之前实验中所发现的自旋。所以说，自旋的真正来源是我们首先肯定了薛定谔方程等量子力学基本假设的正确性，又肯定了狭义相对论的正确性，又这两个理论推出的一个粒子特性。这就是粒子为什么有自旋的原因：要让量子力学和狭义相对论都正确，它就必须有自旋。
如上所说，自旋是有为什么的，真正没有为什么的是物理中的基本假设，能从这些基本假设推出来的东西都不能说没有为什么，就像自旋，又相对论和量子力学的基本假设推出。但话说回来，任何事物问到最后都不会存在答案，就像假如你再问量子力学的五个基本假设为什么正确，那现在就没办法回答了，只能说这样假设与实验最接近。但物理的发展过程就是试图将为什么进行到底的过程，但恐怕永远也不会有到底的那一天。
物理学研究到最后都有哲学的气息，甚至有宗教的气息，哲学和宗教的思维方式与物理实际上有很大的相似特性。

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爱因斯坦不相信量子力学。。。