电磁场中相对论电子自旋的动力学

在相对论量子力学中，相对论自旋算符无法唯一定义。此前已提出不同的恰当相对论自旋算符，例如 Foldy-Wouthuysen 型与 Pryce 型自旋算符，二者均与自由粒子 Dirac 哈密顿量对易并代表运动常数。在此我们考虑外电磁场中相对论电子自旋的动力学。我们使用两种不同的哈密顿量来推导相应的自旋动力学： (a) 存在外场时的 Dirac 哈密顿量，(b) 同一哈密顿量的半相对论展开。考虑 Foldy-Wouthuysen 与 Pryce 自旋算符，我们表明它们在外电磁场中导致不同的自旋动力学，这为区分其作用提供了可能。我们发现两种自旋算符的动力学均涉及自旋依赖与自旋无关项，但 Foldy-Wouthuysen 自旋动力学额外考虑了相对论粒子-反粒子耦合。我们得出结论：Pryce 自旋算符适于弱到中等外场中的相对论自旋动力学描述，而 Foldy-Wouthuysen 自旋算符更适于强场 regime。