粒子のヘリシティは、スピンと特定の方向に沿ったその投影に関連する固有のプロパティです。私たちは友人や周りの人々を名前で識別し、呼びます。個人の名前は識別ツールです。 2 人の人物が同じ名前を持っていても、姓が異なる場合があります。これにより、お互いを簡単に識別できます。誰かの名前を知らない場合はどうなりますか？すべての人には独自の身体的特徴と行動があるため、代わりに身体的属性を説明します。原子の世界では、粒子をどのように識別しますか?もちろん名前で！実物大の物理世界で行うのと同じように、私たちは原子粒子をその特徴的な振る舞いによって識別します。
素粒子 (写真提供:Lorelyn Medina/Shutterstock)
スピン
各粒子にはスピンがあります。粒子の回転によってそのスピンが決定され、粒子に関する多くの洞察が得られます。スピンにも量と方向があります。スピンの値は整数または分数です。
こま (写真提供:sitaramdham/Shutterstock)
分数のスピン値を持つ粒子はフェルミオンです。整数のスピン値を持つ粒子はボソンです。したがって、任意の粒子は、そのスピン値に基づいて、フェルミオンまたはボソンに分類されます。
フェルミオンとボソン (写真提供:ShadeDesign/Shutterstock)
手を外側に伸ばして回転している自分を想像してみてください。次に、それらをすばやく体に近づけます。あなたは何を観察しますか？以前よりもはるかに速く回転していることに気付くでしょう。この現象は角運動量保存と呼ばれます。角運動量は、回転するすべての物体または粒子に存在します。したがって、回転している粒子も同様に角運動量を示すと結論付けることができます。粒子のスピン値は一意であり、その粒子の角運動量に関する情報を提供します。
角運動量保存を実証するバレリーナ (写真提供:Emre Terim/Shutterstock)
原子の内部
原子には軌道があり、そこに電子が存在します。各軌道には、その中に多くの軌道があります。軌道は道路/小道として想像できますが、軌道は乗り物であり、電子は乗り物の中の人です。電子は常にこれらの軌道にあります。道路上を移動する乗り物と同じように、オービタル(乗り物)が軌道上に並んでいます。軌道内の電子は特定のスピンを持っています。それらはしばしば軌道内で対になっています。電子が時計回りに回転している場合、対になっている他の電子は反時計回りに回転しています。したがって、電子は「+」記号と「-」記号で示される反対のスピンを持っています。これは、スピンが値と方向の両方を持っていることを示しています。
原子軌道 (写真提供:magnetix/Shutterstock)
ヘリシティ
ヘリシティは、回転する粒子が直線運動を示すときです。
直線方向に投影されたスピン (写真提供:mdpi.com)
スカイフライヤーのおもちゃは、扇子部分が本体から離れて回転するように設定されています。ここで、重力により、回転するファンも下に移動することがわかります。この瞬間、おもちゃには 2 種類の動きがあります。 1つは回転運動で、中心軸を中心に回転するときに見られます。もう一つは、地球の重力による直線運動です。これは、粒子で観察されるヘリシティに類似しています。
Sky-Flier Toy (写真提供:GO DESIGN/Shutterstock)
粒子は、その回転運動のためにスピンを持っています。スカイフライヤーのおもちゃと同様に、垂直方向に直線運動をします。スピンと直線運動は一緒にヘリシティを表します。ヘリシティは、粒子がヘリックスをトレースすることも意味します。
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左右のヘリシティ
ヘリシティには、左ヘリシティと右ヘリシティの 2 種類があります。
左右のヘリシティ
左ヘリシティは、左手の親指の法則によって記述されます。左手で粒子の動きの方向を示し、左手のカールした 4 本の指でスピンの方向を示します。親指は粒子の直線運動の方向を指しています。
左手の親指のルール (写真提供:Emre Terim/Shutterstock)
同様に、右ヘリシティは右手の親指の法則によって与えられます。右手の 4 本の指はスピンの方向に曲がり、親指はその粒子の直線運動の方向を指します。
右手親指の法則 (写真提供:fridas/Shutterstock)
粒子は時計回りに回転しているため、右手の親指の法則は、その直線運動の方向が下向きであることを示しています。したがって、粒子は右ヘリシティにあります。直線運動の方向が上向きに変化した場合、ヘリシティは左ヘリシティまたは左利きに変化しています。場合によっては、ヘリシティが時間とともに一定である場合もあれば、ヘリシティが変化する場合もあります。この変化は、相互作用する粒子の行動パターンを理解するのに役立ちます。ヘリシティの応用
ヘリシティは、粒子に関する多くの情報を提供してくれます。これは、科学者が相互作用する粒子の特性と性質を理解するのに役立ちました。ヘリシティは、粒子の性質を理解する上で重要な役割を果たします。ヘリシティは、反粒子の性質と挙動を理解するのにも役立ちます。
粒子と反粒子の識別
ヘリシティ パターンは、科学者が実験室での多数の物理的および化学的観察結果をよりよく理解するのに役立ちます。ヘリシティは、分子とその特性を研究するために化学の分野で一般的に使用されています。
