近日，美国伊利诺伊大学的Gordon Baym及其研究团队取得一项新进展。他们探究了β衰变及相关过程中的角动量守恒之谜。相关研究成果已于2024年11月19日在国际知名学术期刊《美国科学院院刊》上发表。
该研究团队探讨了电弱相互作用过程中角动量如何守恒的问题。为了尽量简化数学描述，研究人员首先以圆极化光子与原子的弹性散射为例提出这一问题，其中散射后的光子自旋方向与原始光子不同，并指出这一现象也存在于全相对论框架下自旋1/2粒子与中心势的散射中。
接着，研究人员考虑了逆β衰变过程，即一个中微子被原子核捕获后发射出一个电子。在这个过程中，入射的中微子和最终的电子的自旋都与它们的动量方向相反，但电子的最终自旋方向与中微子的不同，看似出现了角动量的变化。然而，在所有这些情况下，最终粒子被测量之前，角动量实际上是守恒的。
角动量看似不守恒的现象出现在量子测量过程中，这是因为测量装置本身在测量前并没有一个明确定义的角动量，但它却能够在外部世界中被定位。研究人员将讨论推广到具有质量的中微子和电子，并同样地研究了核β衰变和电子-正电子湮灭过程，从而能够物理上直观地推导出这些反应中的角度和螺旋度分布。
