自旋-1/2

Template:Unreferenced Template:NoteTA Template:量子力学 在量子物理中，自旋$\frac{1}{2}$表示一粒子所具有的內稟角動量（自旋）為$\frac{\hslash }{2}$，$\hslash$是約化普朗克常數，其中包括了電子、質子、中子、中微子與虧子(夸克)。自旋-$\frac{1}{2}$粒子在量子統計上屬於費米子，並遵守包立不相容原理。

對自旋$\frac{1}{2}$粒子進行自旋性質的量子測量會得到兩個值。有兩個結果肇因於所存有的向量空間的維度。自旋$\frac{1}{2}$粒子的自旋量子態可以用一種兩個維度的複數值向量來描述，稱之為二元旋量。利用這種表示法，量子力學中的算符可寫成2乘2(2 x 2)的複數厄米矩陣。

自旋投影算符$S_z$意義上代表了沿著$z$方向對自旋做的測量：

$S_z=\frac{\hslash }{2}{\sigma }_z=\frac{\hslash }{2}\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& -1\end{array}\right)$

$S_z$算符有兩個本徵值——$\pm \frac{\hslash }{2}$，有各自對應的本徵向量：

$\left(\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right)=|s_z=+\frac{1}{2}⟩=|\uparrow ⟩$

$\left(\begin{array}{c}0\\ 1\end{array}\right)=|s_z=-\frac{1}{2}⟩=|\downarrow ⟩$

其構成描述自旋之希爾伯特空間的完整基底，即自旋的態可用這兩個態的線性組合來代表。這兩個態方便上稱之為「自旋向上」（Template:Lang）與「自旋向下」（Template:Lang）。

自旋算符S有些特質和角動量算符L相同，但其他特質則不相同。

可為自旋$\frac{1}{2}$物體建構升降算符；其遵守和其他角動量算符相同的對易關係(交換關係)。

自旋投影算符的旋轉的兩個本徵值與前面相同(相應於測量的可能結果)，但本徵向量則不同——為向量自旋算符$𝐒\cdot \hat{n}$；其中$n$是一個順沿投影方向的單位向量，而

$𝐒=\frac{\hslash }{2}\mathit{\sigma }=\frac{\hslash }{2}({\sigma }_x\hat{x}+{\sigma }_y\hat{y}+{\sigma }_z\hat{z})$。

這些$\sigma$為包立矩陣或稱包立旋量。

參閱

• 自旋-軌道作用

外部連結

• 聖地牙哥加州大學物理系關於自旋的視聽教學