量子数 编辑
量子数描述量子力学中动力学上各守恒数的值。它们通常按性质描述原子电子的各能量,但也会描述其他物理量。由于任何量子系统都能有一个或以上的量子数,列出所有可能的量子数是件没有意义的工作,学习量子数与轨域也是。
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同位旋,为与强相互作用相关的量子数。1932年,海森堡为解释新发现中子的对称性而引入同位旋。对于强力相同而电荷不同的粒子,可以看作是相同粒子处在不同的电荷状态,我们用同位旋来描述这种状态。同位旋并不是自旋,也不具有角动量的单位。它是无量纲的一个物理量。之所以叫做“同位旋”,只是因为其数学描述与自旋很类似。
角量子数,即轨域角动量的量子数,通常用小写英文字母



l


{\displaystyle l}

来表示。从经典力学的概念可知,任何旋转体都有绕轴的角动量。它是一个矢量。当它不是连续变动时,会取不同的离散值,是量子化的。在原子物理中,这个量子数决定了电子云的形状。例如,电子所处的



s
,
p
,
d
,
f
,
g


{\displaystyle s,p,d,f,g}

分别对应的角量子数分别是



l
=
0
,
1
,
2
,
3
,
4


{\displaystyle l=0,1,2,3,4}

,其他情况以此类推。
在粒子物理学上,夸克模型是一种根据强子内价夸克种类的强子分类方案,而价夸克就是强子内的夸克和反夸克,它们是强子量子数的源头。夸克是“味”或八重道的基础,这个分类方案成功将1950至60年代所发现的的大量较轻的强子妥当编组。它在1960年代后期得到了实验确认,至今仍是一套既正确又有效的分类法。夸克模型在1964年分别由默里·盖尔曼和乔治·茨威格独立提出。时至今日,夸克模型已被标准模型所吸收,并成为了它的一部分,标准模型指的是已确立的强相互作用和电弱相互作用的量子场论。
磁量子数是描述电子运动的角量子数在



Z


{\displaystyle Z}

轴的投影的量子数
在粒子物理学中,代或世代是基本粒子的一种分类。各代粒子之间的相异之处仅为味量子数及质量,但它们所涉及到的基本相互作用种类都是一样的。
在原子物理学中,主量子数是表示原子轨域的量子数的其中一种,用小写拉丁字母




n



{\displaystyle \displaystyle n}

表示。主量子数只能是正整数值。当主量子数增加时,轨域范围变大,原子的外层电子将处于更高的能量值,因此受到原子核的束缚更小。这是波尔模型引入的唯一一个量子数。根据不同量子数可导致电子有不同能量值,称为能阶,且这些能量值呈离散分布,任两阶之间没有过度变化,故电子在不同能量间跳跃转换时,其能量变化不连续。
物理学中,荷可指不同的量值,例如电磁学中的电荷,或是量子色动力学中的色荷。荷对应于对称群中时不变的生成集,具体来说,对应于与哈密顿算符可交换的生成子。通常使用字母Q来表示荷,因此荷的不变性对应于湮灭交换子



[
Q
,
H
]
=
0


{\displaystyle [Q,H]=0}

,其中H为哈密顿算符。因此,荷与守恒的量子数有关;这些量子数即为生成子Q的本征值q。
在粒子物理学中,味或风味是基本粒子的一种量子数。在量子色动力学中,味是一种总体对称。另一方面,在电弱理论中,这种对称被打破,因此存在味变过程,例如夸克衰变或中微子振荡。
在量子力学里,泡利不容原理表明,两个全同粒子的费米子不能处于相同的量子态。这原理是由沃尔夫冈·泡利于1925年通过分析实验结果得到的结论。例如,由于电子是费米子,在一个原子里,每个电子都拥有独特的一组量子数



n
,

,

m




,

m

s




{\displaystyle n,\ell ,m_{\ell },m_{s}}

,两个电子各自拥有的一组量子数不能完全相同,假若它们的主量子数



n


{\displaystyle n}

,角量子数






{\displaystyle \ell }

,磁量子数




m






{\displaystyle m_{\ell }}

分别相同,则自旋




m

s




{\displaystyle m_{s}}

必定不同,它们必定拥有相反的自旋磁量子数。换句话说,处于同一原子轨域的两个电子必定拥有相反的自旋方向。
在粒子物理学上,夸克模型是一种根据强子内价夸克种类的强子分类方案,而价夸克就是强子内的夸克和反夸克,它们是强子量子数的源头。夸克是“味”或八重道的基础,这个分类方案成功将1950至60年代所发现的的大量较轻的强子妥当编组。它在1960年代后期得到了实验确认,至今仍是一套既正确又有效的分类法。夸克模型在1964年分别由默里·盖尔曼和乔治·茨威格独立提出。时至今日,夸克模型已被标准模型所吸收,并成为了它的一部分,标准模型指的是已确立的强相互作用和电弱相互作用的量子场论。