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第第第一一一章章章粒粒粒子子子的的的运运运动动动和和和动动动力力力性性性质质质
§ 粒粒粒子子子的的的运运运动动动性性性质质质
3. 粒粒粒子子子的的的电电电荷荷荷
粒子的电荷是量子化的，即粒子的电荷都是最小单位的整数倍，电荷的最小单位是质子
的电荷，即
e = ( ± ) × 10−19C
电荷量子化是一个实验规律，可以通过测量质子和电子电荷数值上的差来进行实验检
验，假定中子电荷等于质子质子和电子电荷的代数和，现有实验结果给出：
| | − | |
qp qe −21
< 10 , (|qn| = |qp| − |qe|)
|qe|
这表明电荷量子化已经在相当高的精度下得到了检验，为什么会有电荷量子化？这是一
个理论上需要回答的重要问题。1931年Dirac首先指出，现有理论允许存在磁单极，磁单
极的磁荷g和任意一个粒子的电荷q满足关系
gq = n/2, n = 0, 1, 2, · · ·
这个结果表明，如果宇宙中存在磁单极，尽管只有一个，理论上就要求电荷一定量子
化。因此，寻找磁单极的实验研究就有重要的理论意义，到目前为止，还没能从实验上
确定磁单极的存在。
• 电荷是在一切相互作用下都守恒的一个守恒量，同时又是一种相互作用荷。因此，
对电荷的测量即可以利用它的守恒性，也可以利用它作为相互作用荷的动力效应。
• 目前已发现的粒子的电荷最大数值为2，典型的例子是∆重子，他的质量为m =
1232 ± 2 MeV，其有四种带电状态：
∆++(uuu), ∆+(uud), ∆0(udd), ∆+(ddd)
4. 粒粒粒子子子的的的自自自旋旋旋
所有的粒子都有自旋，自旋是量子化的，可以用一个数j来代表，j = 0, 1/2, 1, 3/2, 2, · · ·。
自旋量子化表现为：粒子自旋角动量绝对值的平方= j(j + 1)；粒子自旋角动量在任一方
向的投影取值为j, j − 1, j − 2, · · · , −j + 1, −j。
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所有的粒子按自旋分为两类，即费米子和玻色