1 概述

基本粒子自旋的物理实质是什么仍然是问题，目前，物理学界一般认为，电子等基本粒子是一团质量和电荷均匀分布的实体，电荷、质量、尺度以及诸如自旋等内禀属性都是固定不变的。我们知道，这种认知对基本粒子自旋的实质不能做出解释，不能给出自旋的物理图象，以内禀属性为由无法深究。然而，一般来说，既然自旋是物理规律，就应当有物理图象。粒子物理发展到现在，已经在提出电子是否有内部结构的问题，如果有，又如何通过实验验证呢？

2 一种电子自旋的物理图象

本文作者在参考文献[1]里根据推导狭义相对论的两个原理在逻辑上推导出的结果，认为比电子更小尺度的物质质点由于作超光速运动导致空间卷曲而自然形成的圆周运动的波包，且运动圆周的半径是量子化的。设质点运动的线速度为v，则

k=0,1,2,…，c 为真空中的光速。由此式知道质点运动的线速度v 为 πc的半奇数倍，是量子化的。

这种质点在没有受到中心力场的吸引作用而形成的圆周运动似乎不可思议，借鉴广义相对论时空弯曲的思想可以推断这也是因为空间弯曲所形成的效应。但是，两者使空间弯曲的机制又是不同的，这个机制是什么，如何定量地表述这个卷曲的空间及其与物质的相互关系需要进一步研究探索，本文暂且不深入这个问题。

设物质质点做圆周运动的半径为r，则[1]

L 是长度，可以任意选定，一旦选定，则r 是量子化的。文献[1] 认为这个物质质点做圆周运动形成的波包就是粒子物理学所研究的基本粒子，从宏观角度看r 是基本粒子的半径，这就解释了基本粒子尺寸不会连续变化从而保持大小不变的问题。另外，基本粒子内部的轨道角动量l 为

m 为粒子的质量。由此可知，物质质点的轨道角动量是某个值的半奇数倍，这是自然得到的结果。我们知道费米子的自旋角动量是普朗克常数 ?的半奇数倍，为此，笔者在文献[1]中认为，费米子的自旋角动量的根源就是物质质点做线速度超光速运动而形成的圆周运动，至少粒子自旋角动量的半奇数可以得到解释。式（3）中的轨道角动量l 就是粒子的自旋角动量。至此，基本粒子自旋的图象就清晰了。

如果基本粒子是带电的，如电子，则与自旋角动量l 相应的便有自旋磁矩 μl，l 与 μl之间有固定的比例关系：

e 为电子电量，me为电子质量。

电子自旋最初的物理图象是这样提出来的，为了解释光谱的精细结构，乌伦贝克及古兹密特提出了电子的自旋概念。提出自旋概念时假设电子是质量和电荷均匀分布的球体，象地球自转那样也在绕着一个轴做机械旋转，可是，在其他人随后的计算中即发现了问题：如果把电子看成是质量和电荷均匀分布的球体，要使得自旋角动量达到测量数据 ?/2，或者自旋磁矩达到一个玻尔磁子，则当电子绕其轴旋转时，其表面的切向线速度要大大超过光速，这是为相对论所不允许的。最后，这个电子自旋的物理图象就被放弃了。其实，最初提出的这个自旋的物理图象，即使不考虑与相对论不相容的问题，也解释不了自旋的量子化、半奇数和同一种基本粒子大小一致等问题。

然而，从物理学的另外一些概念的发展史可以得到启发，如光就被提出过粒子说和波动说的物理图象，两种学说都能解释一部分现象，在不断争论和持续深入的实验数据支持下反复改进，粒子说和波动说交替成为主流观点，逐渐逼近实际。现代的光粒子和光波已经不再是最初的粒子和波，因此，可以考虑是否把电子自旋最初提出的图象改进之后能得到正确的结果，文献[1]提出的图象就是一种改进的粒子自旋的物理图象。这个图象不是想象出来的，而是通过逻辑推导出来的结果。

3 电子半径的量子化

通过文献[1]的推理可以知道，所谓的基本粒子并不是一团物质均匀分布的实体，而是一个比基本粒子更小的物质质点做超光速运动而形成圆周运动的波包。质点做的这个圆周运动是内在属性的运动，故此，这个物质质点的轨道角动量就成了内禀的自旋角动量。

根据式（3），电子的自旋角动量有两个可变参数k、r，说明，电子的自旋角动量是可以有一些变化的，文献[1]还用此式来估算电子的半径。取k=0，则电子半径re关系式为

?为普朗克常数。代入数字计算得re=米，是目前物理学界对电子半径所估计值的42.5 倍。或者说k=21，电子的半径

就约等于现代的估值。本文把k=0 是电子态叫电子基态，k=21 的电子态叫电子常态。在电子常态下电子的自旋角动量。如果物质质点的旋转速度发生变化，使得k=20，则电子的自旋角动量也会相应发生变化，，变化量 Δ l =remeπc。由此可见，粒子的自旋角动量不是此前认为的那样完全固定的，是可以改变的。如果自旋角动量发生变化，自旋磁矩就发生相同比例的变化。

文章来源：《电子元器件与信息技术》 网址: http://www.dzyqjyxxjs.cn/qikandaodu/2021/0728/1419.html