Page 172 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

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μsa 在磁场 B 的作用下趋向与 Lsb 重合，形成自旋反平行的 ea -eb 电子偶素（见图 9-13b）。
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因此，当靶电子确定时，ea -eb 电子偶素是自旋平行还是自旋反平行，取决于入射电子的自
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旋角动量或自旋磁矩的空间取向，图 9-13a、b 两种 ea -eb 电子偶素的电子散射路径可呈轴
对称分布（即散射的方位角不同）。
当入射电子的动量 Pυa 一定时，散射电子的散射角ϕ主要由靶电子的运动状态所决定，
散射电子的方位角则与自旋磁矩μsa（或自旋角动量 Lsa）的空间取向有关。靶电子是靶原子
的外层轨道电子，靶电子的运动状态是某个轨道能级的定态，入射电子和靶电子的碰撞是一
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个自由电子和一个定态电子的碰撞，碰撞时形成 ea -eb 电子偶素本质上是一种量子纠缠，
即自由电子（入射电子）和定态电子（靶电子）发生纠缠，自由电子的自旋将变得与定态电
子的自旋相同或相反（见图 9-13）。定态磁场可产生定向磁偏转，出射电子由定向磁偏转
而被散射到某个特定的散射锥面附近，集中分布在一个特定的散射立体角内。不同定态的靶

电子（或不同的晶面簇）形成不同的散射锥面和散射立体角，因此，在散射空间中，散射电
子的分布信息实际上反映了靶原子（或靶晶体）内部的结构信息，而且这种信息的“复制”
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和“转移”是通过量子纠缠实现的，即通过 ea -eb 电子偶素的形成将靶晶体的结构信息“复
制”为散射电子的运动状态，并通过散射过程将这种内部的结构信息“转移”为散射空间中
散射电子的分布信息。
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通常情况下，入射电子和靶电子碰撞时所形成的 ea -eb 电子偶素是不完全的，也就是
说，碰撞电子对的自旋角动量（或自旋磁矩）可能并非完全平行或反平行。因入射电子和靶
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电子的碰撞是非接触碰撞，在非接触的情况下要形成完全的 ea -eb 电子偶素，前提条件是
碰撞电子必须充分靠近，这就要求入射电子的速度要足够大，且瞄准距离要足够小。在完全
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的 ea -eb 电子偶素（即自旋完全平行或反平行的电子偶素）中，出射电子的出射路径可能
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刚好落在特定的散射锥面上，而在不完全 ea -eb 电子偶素（即自旋不完全平行或反平行的
电子偶素）中，出射电子的出射路径并非落在散射锥面上，而是分布在散射锥面附近的空间
立体角内。出射电子的动量 P 取决于随机电偏转和定向磁偏转效应，其中， P 的大小由
 a  a
随机电偏转决定， P 的方向（散射方向）主要由定向磁偏转决定。随机电偏转效应取决于

a
碰撞电子对的叠加电场 E，定向磁偏转效应取决于碰撞电子对的叠加磁场 B。由于叠加磁场
B 是靶电子周围磁场 Bb 和入射电子周围磁场 Ba 的叠加，其中，Bb 取决于靶电子的轨道能级，

Ba 取决于入射电子的速度υa。由此可见，定向磁偏转的散射立体角的大小和方向主要取决于
靶电子的轨道能级和入射电子的速度υa。在戴维孙-革末的电子-晶体衍射实验中，当加速电
压一定时，入射电子的速度υa（或动量 Pυa）的大小是确定的，所有靶电子的轨道能级是确
定的，我们可以通过改变入射电子的入射方向从而改变散射锥面的空间位置分布。当入射方
向和加速电压确定时，只有入射电子的自旋磁矩μsa（或自旋角动量 Lsa）的空间取向和瞄准
距离 b 是不确定的，电子散射路径的不确定性主要由μsa 和 b 的不确定性产生。
微观粒子的衍射是一种普遍存在的物理现象。自戴维孙-革末的电子-晶体衍射实验之后，
对于中子和质子也成功地进行了类似的衍射实验。1929 年完成了氢、氦原子束衍射实验。
1999 年观察到 C60富勒烯的衍射，而 C60 的质量达 720u。2013 年有实验证实，质量超过 10000u

的分子也可产生衍射现象。微观粒子的衍射现象可能都与磁场的量子化及其定向磁偏转有关，
所有微观粒子（包括基底粒子和各种复合粒子）都有自旋和自旋磁矩，如果靶粒子周围磁场
是量子化的，则量子化磁场产生的定向磁偏转可导致粒子衍射现象的发生。双缝干涉现象的
产生机制可能也是如此，当两条缝的间距较大时，缝间磁场可能不是量子化磁场，因此没有

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