[转载] 阿哈罗诺夫－玻姆效应 Aharonov-Bohm effect

最后更新 2022-01-20

转载自： 中国大百科全书

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   理论上预言磁矢势具有直接物理意义的量子相干效应。简称AB效应。

   英文名称

   Aharonov-Bohm effect

   所属学科

   物理学

   经典电动力学中，描述电磁场的电场强度E和磁感应强度B被认为是具有直接物理意义的物理量，它们确定了电磁场对电荷、电流的作用力，可被测量。关于电磁场的基本方程就是关于E和B的麦克斯韦方程组，根据  和 定义的电磁标势φ和矢势A是为了计算方便所引入的辅助量，它们具有一定的不确定性，因而不具备直接的物理意义。经典电动力学的这种观点与整个经典物理学中认为力才是具有直接物理意义的观点相一致。而量子力学中带电粒子在电磁场中运动的薛定谔方程的形式，源于对经典运动方程的正则表述，电磁标势和矢势出现在基本方程中，显示它们在物理上的实在性。

   基于这种考虑，1959年Y.阿哈罗诺夫和D.J.玻姆提出一个电子干涉实验，如图所示。S为电子束源，O为双孔屏。由于电子的波动性，电子束通过双缝分成两束，在接收屏上相干可得双缝干涉条纹（图a）。现在考虑在紧靠双缝的后面放置一个细小的通电密绕长螺线管，管外的磁感应强度B为零，但存在着环形的磁矢势A分布，因此通电密绕长螺线管外是一个非零势的零场区域。按照经典观念，由于螺线管外B=0，电子从螺线管的两侧穿过时，电子的运动不会受到任何影响，电子在屏上的干涉条纹不会有任何变化。但按照量子观念，磁矢势A具有直接的物理意义，可引起电子运动的可观察的物理效应。由于磁矢势A的存在可影响到电子波的相位，电子波从螺线管两侧穿过所附加的相位差为：

式中q为电子电荷；为约化普朗克常数；第一式中的两个线积分分别为沿路径1、2的积分；第二式中的第一个积分为矢势A沿绕通电螺线管的环路积分，第二个积分为磁感强度B沿环路面积的积分；Φ为通电螺线管内的磁通量，此相位差将引起电子波干涉条纹的移动（图b）。

电子干涉实验

   AB效应虽在1959年才正式提出，但W.埃伦贝格和R.E.西代基于半经典的处理方法，在更早的1949年，就已涉及类似的概念。AB效应提出来之后，引起物理界的重视，从1960年起得到了多个实验验证。其中1982年殿村等人的实验尤其令人信服。1985年R.A.韦伯等在介观尺度的金属环中观察到AB效应，说明电子在经受多次弹性散射后还保持着相位的记忆。

   除了上述关于磁矢势的AB效应之外，还有标势的AB效应。将两相干的电子束分别射入两个金属筒后，两筒上加不同的电势，而在电子越出筒之前撤销电势，再将两电子束会聚，同样会引起电子波干涉条纹的移动。

   另外，根据电磁理论的对偶性，将具有磁矩的通电密绕螺线管换成均匀带电细棒，用一束带有磁矩的中性粒子（如中子）从带电细棒的两侧沿不同路径通过后再会聚起来，也会获得不同的相位而产生干涉条纹的移动，这是1984年阿哈罗诺夫和A.卡舍尔提出的，简称AC效应。

   AB效应的重要性在于，它指出在量子力学中电磁势具有基本的物理意义。AB效应显示了量子相位因子的特殊重要性。量子相位概念是现代物理发展的主旋律之一，其基本概念几乎已渗透到物理学的各个领域。

转载自：

[1] 2022-01-20，阿哈罗诺夫－玻姆效应/Aharonov-Bohm effect/陈熙谋，沈瑞，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

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参考资料：

[1] 刘全慧，2010-10-05，最是难解电磁场 精选

https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-369794.html

[2] 刘全慧，2018-05-13，爱因斯坦，杨振宁，费曼和贝利如何解读麦克斯韦方程 精选

https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-1113718.html

[3] 刘全慧，2019-10-01，杨振宁先生2019年演讲的两个重点 精选

https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-1200338.html

[4] 刘全慧，2022-02-08，麦克斯韦方程对时空的要求----兼评物理学诺贝尔奖获得者索恩对相对论的理解 精选

https://blog.sciencenet.cn/blog-3377-1324495.html

[5] Chen Ning Yang （杨振宁）. The conceptual origins of Maxwell's equations and gauge theory [J]. 2014, 67(11): 45-51.

https://doi.org/10.1063/PT.3.2585

https://physicstoday.scitation.org/doi/full/10.1063/PT.3.2585

[6] 杨振宁, 汪忠. 麦克斯韦方程和规范理论的观念起源[J]. 物理, 2014, 43(12): 780-786.

https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLZZ201412001.htm

http://qikan.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=663477305

[7] Tai Tsun Wu （吴大峻）, Chen Ning Yang （杨振宁）. Concept of nonintegrable phase factors and global formulation of gauge fields [J]. Physical Review D, 1975, 12(12): 3845-3857.  15 December 1975

DOI:  https://doi.org/10.1103/PhysRevD.12.3845  

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.12.3845

[8] Freeman Dyson. A meeting with Enrico Fermi [J]. Nature, 2004, 427(6972): 297-297.

DOI: https://doi.org/10.1038/427297a

https://www.nature.com/articles/427297a  

[9] 中国大百科全书（天文学）[M], 太阳系内的引力定律 law of gravitation in solar system. 北京：中国大百科全书出版社，1980.

[10] 翟向华, 陈莉, 李新洲. 卡西米尔效应研究现状及展望[J]. 科学, 2011, 63(1): 8-11.  doi: 10.3969/j.issn.0368-6396.2011.01.003

http://www.cqvip.com/qk/71135x/201107/36478312.html  

https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/kx201101003

相关链接：

[1] 2023-07-14，“电磁学的实验再检验”：经典电磁学实验当代再检验的起因、意义要点

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395251.html  

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