量子场论中,狄拉克旋量(英语:Dirac spinor)为一双旋量,出现在自由粒子狄拉克方程的平面波解中:
- ;
自由粒子的狄拉克方程为:
其中(采用自然单位制)
- 为相对论性自旋½场,
- 是狄拉克旋量,与波矢为的平面波有关,
- ,
- 为平面波的四维波矢,而为任意的,
- 为一给定惯性系中的四维空间坐标。
正能量解所对应的狄拉克旋量为
其中
- 为任意的双旋量,
- 为泡利矩阵,
- 为正根号
源自狄拉克方程的推导
狄拉克方程的形式为:
-
推导出4-旋量 前,可先注意矩阵α与β的值:
-
此二为4×4矩阵,与狄拉克矩阵有关。其中0与I为2×2矩阵。
下一步则是找出下式的解:
- ,
此处可将ω分为两个2-旋量:
- .
结果
将上方资料带入狄拉克方程,可得
- .
此矩阵方程实际上是为两条联立方程:
-
-
对第二条方程求 的解,可得
- .
对第一条方程求 的解,可得
- .
此解可展示粒子与反粒子的关系。
细节
2-旋量
2-旋量最常见的定义为:
-
与
-
泡利矩阵
泡利矩阵
-
利用前述知识可计算出:
-
4-旋量
粒子
粒子具有正能量。选择4-旋量ω的归一化使得 。这些旋量标记为u:
-
其中s = 1或2(自旋向上或向下)。
明确地写,其为
-
反粒子
具有“正”能量 的反粒子可视为具有“负”能量而逆着时间行进的粒子;因此,将粒子案例的 与 增加一负号可得到反粒子的结果:
-
在这里我们选择了 解。明确地写,其为
-
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参考文献
- (英文)Aitchison, I.J.R.; A.J.G. Hey. Gauge Theories in Particle Physics (3rd ed.). Institute of Physics Publishing. September 2002. ISBN 0-7503-0864-8.
- (英文)Miller, David. Relativistic Quantum Mechanics (RQM) (PDF): 26–37. 2008 [2015-04-09]. (原始内容存档 (PDF)于2020-12-19).