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文档简介

3 电子自旋与Pauli原理1.自旋量子数S和自旋磁量子数ms波函数的定量描述 自旋角动量 自旋量子数 自旋角动量Z方向投影 自旋磁量子数 自旋磁矩 ge = 2.00232 电子自旋因子自旋磁矩Z轴投影 2 自旋的由来理论 一般说所需量子数 = 问题的维数,三维空间中 描写电子是充分的。但是Einstein提出相对论,指出时间是第四维,原子中电子速度接近光速, 应有四个量子数。相对论 + Schrdinger方程 = Dirac方程(四维)有第四个量子数。第四个量子数对应什么?经验 Uhlenback, Goud Smit, 提出电子具有不依赖于轨道运动的固有磁矩的假设。电子固有的角动量,的态也有角动量, 比做经典的自旋。引入自旋角动量 实验:Stern-Gerlach实验 碱金属原子(基态银)射线束,在磁场中分裂并发生偏移, 分裂总为偶数。(基态H)S轨道上仅有一个电子,且轨道磁矩分裂不是轨道磁矩, 而且轨道磁矩分裂为, 总为奇数。这里固有磁矩只有两个取向,顺磁场和逆磁场,大小一样。规定:自旋量子数 自旋角动量大小 自旋角动量在磁场方向的分量由方向的自旋量子数来决定 表示:态 态自旋平行空间分布: 自旋反平行 自旋磁矩 电子自旋固子看法:把电子的部分角动量看作是由于电子自旋而引起的,只不过是一种简化了直观图象。实际原因并不清楚。3电子的完全波函数,不能由 方程直接求出, 自旋波函数 为 的本征函数它们也是正交归一的, 线性组合可写为行列式, 4Pauli Exclusion Principle(1925)一个原子中不能两个电子同时处于四个量子数完全相同的状态,一个原子轨道中至多只能容纳两个自旋相反的电子, 任何多电子体系的电子完全波函数, 对于交换任意一对电子是反对称的。不仅对电子,对所有S=半整数的粒子, Fermi子: 中子, 质子, 子,某些核(中子+质子=奇数)=S=整数,零, Bose子:光子, 介子,氘核, 粒子5全同粒子电子是全同粒子(固有性质完全相同的微观粒子)交换标记不会改变电子密度, 所以当改变电子标记时, 必须不变, 即不变,或变号。定义交换算符,(1)本征值 (2)(3)由(1)(2)(3), 全同粒子的属性:由全同粒子的不可分辨性,其体系的状态函数交换其中两个粒子的坐标时,或者是对称的,或者是反对称的Bose 子是对称的Fermi 子是反对称的这种交换可有N!个, 可有N!个, 把这N!

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