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##最新研究表明，电子有望被再分为三种粒子( 三 )


##最新研究表明，电子有望被再分为三种粒子
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元激发和准粒子的概念 ， 是Landau在他的流体量子理论中首先引入的 ， 这是固体量子理论的重要概念 ， 已逐渐发展为元激发物理 。
固体是由大数量(数量级1029/m3)有较强相互作用的微观质粒(分子、原子或离子 ， 电子等)组成 ， 它们的运动是互相关联和互相制约的集体运动 。按照量子力学的描述 ， 这样的集体运动在固体内形成一种波动和相应的波场 。在处于接近基态的低激发态时 ， 在简谐近似下 ， 这种激发的波动可看作一系列频率不同的平面波 ， 这些平面波相应于具有一定能量和动量 ， 并且满足某种色散律的准粒子 。
这样的处理 ， 将有较强相互作用的多粒子系统 ， 变成为许多独立准粒子的集合 ， 故可用统一的方式描述固体的性质 ， 而且使问题的处理大为简化 。
##最新研究表明，电子有望被再分为三种粒子
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值得注意的是 ， 元激发和准粒子是用量子力学处理多粒子系统时人为引入的概念 ， 并不是真实的微观粒子 ， 它们不能脱离固体而单独存在；而且 ， 随着温度升高或强的外部激发 ， 系统将处于高的激发态 ， 准粒子数随之增大 ， 因此准粒子系统的粒子数是不守恒的 ， 元激发之间的相互作用就渐显重要 ， 从而对固体性质有重要影响 。
元激发和准粒子一般有二种类型 。一种是Bose型元激发 ， 相应的准粒子是玻色子 ， 如声子、转子、磁振子(自旋波量子) ， 等离激元、激子等；另一种是Fermi型元激发 ， 相应的准粒子是费米子 ， 如准电子、空穴子、极化子等 。实际上极化子是电子和声子耦合的复式元激发 ， 复式元激发最为重要是光子-TO声子的极化激元和激子-TO声子的极化激元等 。随着固体非线性行为研究的深入 ， 非线性的元激发-孤子正在步入各个研究领域 。
元激发和准粒子的概念 ， 是固态量子理论发展的里程碑 ， 应用的范围涉及表面物理、非晶态物理 ， 以及材料科学、信息科学 ， 能源科学等许多研究领域 ， 非线性元激发已引起物理学家的广泛重视
有了上面的铺垫 ， 我们来看这个新闻：一个由瑞士保罗·谢尔研究所实验物理学家和德国德累斯顿固体和材料研究所理论物理学家领导的国际研究小组通过实验发现 ， 一个电子分裂成两个独立的准粒子：自旋子（spinon）和轨道子（orbiton） 。这一结果发表在近日的《自然》杂志上 。
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以往人们认为电子是一种基本粒子 ， 无法分裂为更小部分 。上世纪80年代 ， 物理学家预言 ， 电子以原子的一维链形式存在 ， 可以分裂成3个准粒子：空穴子携带电子电荷 ， 自旋子携带旋转属性（一种与磁性有关的内在量子性质） ， 轨道子携带轨道位 。1996年 ， 物理学家将电子空穴和自旋子分开 ， 自旋和轨道这两种性质伴随着每一个电子 。
然而 ， 新实验观察到这两种性质分开了——电子衰变为两个不同部分 ， 各自携带电子的部分属性：一个是自旋子 ， 具有电子的旋转属性；另一个是轨道子 ， 具有电子绕核运动的属性 ， 但这些新粒子都无法离开它们的物质材料 。
研究人员用瑞士光源（Swiss Light Source）的X射线对一种叫做Sr2CuO3的锶铜氧化物进行照射 ， 让其中铜原子的电子跃迁到高能轨道 ， 相应电子绕核运动的速度也就越高 。他们发现 ， 电子被X射线激发后分裂为两部分：一个是轨道子 ， 产生轨道能量；另一个是自旋子 ， 携带电子的自旋性及其他性质 。Sr2CuO3有着特殊性质 ， 材料中的粒子会被限制只能以一个方向运动 ， 向前或向后 。通过比较X射线照射材料前后的能量与动量的变换 ， 可以追踪分析新生粒子的性质 。


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