近日，美國伊利諾伊大學的Gordon Baym及其研究團隊取得一項新進展。他們探究了β衰變及相關過程中的角動量守恒之謎。相關研究成果已于2024年11月19日在國際知名學術期刊《美國科學院院刊》上發表。

該研究團隊探討了電弱相互作用過程中角動量如何守恒的問題。為了盡量簡化數學描述，研究人員首先以圓極化光子與原子的彈性散射為例提出這一問題，其中散射后的光子自旋方向與原始光子不同，并指出這一現象也存在于全相對論框架下自旋1/2粒子與中心勢的散射中。

接著，研究人員考慮了逆β衰變過程，即一個中微子被原子核捕獲后發射出一個電子。在這個過程中，入射的中微子和最終的電子的自旋都與它們的動量方向相反，但電子的最終自旋方向與中微子的不同，看似出現了角動量的變化。然而，在所有這些情況下，最終粒子被測量之前，角動量實際上是守恒的。

角動量看似不守恒的現象出現在量子測量過程中，這是因為測量裝置本身在測量前并沒有一個明確定義的角動量，但它卻能夠在外部世界中被定位。研究人員將討論推廣到具有質量的中微子和電子，并同樣地研究了核β衰變和電子-正電子湮滅過程，從而能夠物理上直觀地推導出這些反應中的角度和螺旋度分布。