Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 24)

Moment động lượng hạt

Moment động lượng đơn giản là động lượng của cái gì đó đang quay xung quanh trục của nó hoặc chuyển động xung quanh cái khác, đừng nhầm nó với động lượng của chuyển động thẳng của nó trong không gian. Các hạt có thể có một moment động lượng thực L (một tính chất vừa bị lượng tử hóa vừa được bảo toàn trong các tương tác hạt), song các phép tính mô tả moment động lượng của một hạt cũng mô tả được một tính chất hạt khác gọi là “spin”. Điều này quan trọng bởi vì spin là một số lượng tử, một trong những thông số chính mô tả trạng thái của một hạt.

Dù tên gọi thế, song spin là một tính chất lạ, nó không ám chỉ chuyển động quay thật sự của vật chất, nhưng nó đem lại cho các hạt một moment từ theo kiểu y hệt như nó quay tròn vậy. Việc tính L bao gồm việc nhân một “toán tử vị trí” r với một “toán tử động lượng” p (toán tử là các công cụ được dùng để xử lí với các vector). Để tính moment động lượng toàn phần của một hạt (kí hiệu là J), chúng ta còn phải cộng thêm spin toàn phần S, vì thế moment động lượng toàn phần J = rp + S.

Chirality và đối xứng gương

Đối xứng quay giữ một vai trò quan trọng trong vật lí hạt. Các hệ trông y hệt như cũ sau phép quay 360 độ của hàm sóng của chúng được nói là có đối xứng gương, còn những hệ thay đổi được nói là có tính chiral. Hãy hình dung một electron với spin + ½. Nếu bạn quay hàm sóng của nó đi 360 độ, thì kết quả sẽ không y hệt như ban đầu, và spin đổi sang – ½. Các thay đổi này làm cho nó hành xử khác đi xét về các tính chất lượng tử lẫn các tương tác với các hạt khác. Một ví dụ tương tự là ảnh qua gương: nếu một vật không y hệt như ảnh qua gương của nó, thì nó cũng là chiral. Đa số các kí tự của bảng chữ cái, chẳng hạn, là chiral trong khi một số ít, như “A” và “H” có đối xứng gương.

Chirality có thể hoặc thuận trái hoặc thuận phải (ý nói cách quay hàm sóng), và “tính thuận” có một số hệ quả quan trọng. Ví dụ, chỉ những fermion thuận trái (tức là electron) hay phản fermion thuận phải (tức là positron) mới có khả năng tương tác với lực yếu gây ra phân hủy phóng xạ.

Y hệt như các amino acid được minh họa ở đây là chiral, với các hình thức thuận trái và thuận phải rạch ròi, các hạt hạ nguyên tử cũng có thể là chiral. Trong cả hai trường hợp, điều này có thể gây ảnh hưởng quan trọng đối với hành trạng của chúng.

Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender