主量子數和电子偶素

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主量子數和电子偶素之间的区别

主量子數 vs. 电子偶素

在原子物理学中，主量子数（principal quantum number）是表示原子軌域的量子数的其中一种（其他还包括角量子数、磁量子数和自旋量子数），用小写拉丁字母\displaystyle n表示。主量子数只能是正整数值。当主量子数增加时，軌域範圍变大，原子的外层电子将处于更高的能量值，因此受到原子核的束缚更小。这是波尔模型引入的唯一一个量子数。根據不同量子數可導致電子有不同能量值，称为能階，且這些能量值呈離散分布，任兩階之間沒有過度變化，故電子在不同能量間跳躍轉換時，其能量變化不連續。 作为类比，我们可以先想象一个附載电梯的多樓层建筑。这个建筑具有整数的楼层数，电梯只能停在某一层楼，而不能停在两层的中间。此外，电梯只能移动整数个层高（假定电梯正常工作）。我们可以把楼层的层数和主量子数相类比，楼层数或主量子数越大，所具有的势能越大。 不过以樓層作类比無法完整呈現電子能階的獨特性質：. 电子偶素或稱正電子素（Positronium）是一个电子与一个正电子组成的亚稳定的束缚态(e+e-)，化学符号是Ps。最早由麻省理工学院物理学家Martin Deutsch在1951年发现。 由于电子和正电子最终会湮灭产生光子，电子偶素的半衰期是很短的。根据电子与正电子自旋状态的不同，电子偶素主要分为两种。单态(1S0，自旋相反，总自旋为0)即仲电子偶素(para-positronium，简记为p-Ps)，三重态(3S1，自旋同向,总自旋为1)即正电子偶素(ortho-positronium，简记为o-Ps)。在真空中，单态的电子偶素半衰期为125ps，之后湮灭产生两个光子(511keV)；三重态电子偶素半衰期为142ns，湮灭产生三个光子，有时会产生多个光子。光子总能量为1022keV，即电子和正电子的总质量。 在介质中，三重态电子偶素的半衰期会相应变化，这就给人们提供了研究物质性质的一种手段。利用正电子或电子偶素研究物质内部性质已经成为一个应用非常广泛的学科。它主要利用电子偶素在介质中的湮灭时间谱图（Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy，简称PALS）的拟合为测量手段，而且是一种非破坏性的方法。 D D * D.

电子

电子（electron）是一种带有负电的次原子粒子，通常标记为 e^- \,\!。電子屬於轻子类，以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。轻子是构成物质的基本粒子之一，无法被分解为更小的粒子。电子带有1/2自旋，是一种费米子。因此，根據泡利不相容原理，任何兩個電子都不能處於同樣的狀態。电子的反粒子是正电子（又称正子），其质量、自旋、帶电量大小都与电子相同，但是电量正負性与电子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅，在這過程中，生成一對以上的光子。 由电子與中子、质子所组成的原子，是物质的基本单位。相对于中子和质子所組成的原子核，电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1836倍。当原子的电子数与质子数不等时，原子会带电；称該帶電原子为离子。当原子得到额外的电子时，它带有负电，叫阴离子，失去电子时，它带有正电，叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量，导致正负电量不平衡时，称该物体带静电。当正负电量平衡时，称物体的电性为电中性。靜電在日常生活中有很多用途，例如，靜電油漆系統能夠將或聚氨酯漆，均勻地噴灑於物品表面。 電子與質子之間的吸引性庫侖力，使得電子被束縛於原子，稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子，會交換或分享它們的束縛電子，這是化學鍵的主要成因。当电子脱离原子核的束缚，能够自由移动时，則改稱此電子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在許多物理現象裏，像電傳導、磁性或熱傳導，電子都扮演了機要的角色。移動的電子會產生磁場，也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。 根據大爆炸理論，宇宙現存的電子大部份都是生成於大爆炸事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的。例如，當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面，許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅，或者，會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。 在實驗室裏，精密的尖端儀器，像四極離子阱，可以長時間局限電子，以供觀察和測量。大型托卡馬克設施，像国际热核聚变实验反应堆，藉著局限電子和離子電漿，來實現受控核融合。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子電漿。 電子被广泛應用于電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等领域。.

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自旋

在量子力学中，自旋（Spin）是粒子所具有的内稟性質，其運算規則類似於經典力學的角動量，並因此產生一個磁場。雖然有時會與经典力學中的自轉（例如行星公轉時同時進行的自轉）相類比，但實際上本質是迥異的。經典概念中的自轉，是物體對於其質心的旋轉，比如地球每日的自轉是順著一個通過地心的極軸所作的轉動。 首先對基本粒子提出自轉與相應角動量概念的是1925年由、喬治·烏倫貝克與三人所開創。他們在處理電子的磁場理論時，把電子想象为一個帶電的球體，自轉因而產生磁場。後來在量子力學中，透過理論以及實驗驗證發現基本粒子可視為是不可分割的點粒子，所以物體自轉無法直接套用到自旋角動量上來，因此僅能將自旋視為一種内禀性質，為粒子與生俱來帶有的一種角動量，並且其量值是量子化的，無法被改變（但自旋角動量的指向可以透過操作來改變）。 自旋對原子尺度的系統格外重要，諸如單一原子、質子、電子甚至是光子，都帶有正半奇數（1/2、3/2等等）或含零正整數（0、1、2）的自旋；半整數自旋的粒子被稱為費米子（如電子），整數的則稱為玻色子（如光子）。複合粒子也帶有自旋，其由組成粒子（可能是基本粒子）之自旋透過加法所得；例如質子的自旋可以從夸克自旋得到。.

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