玻色子自旋的意义是什么？

要理解自旋，首先要了解场。你知道什么是标量场吗？标量场是在空间和时间的每一点上都有值的物理场。就是这样…只是一个数字值。举个简单的例子，你可能会看到一张显示不同地方气压的天气图。你可以很容易地想象气压可以在任何地方测量，在地图上的每一点。在海拔上也一样，所以你可以在三维空间的每个点上加上一个数字。你当然可以测量气压随时间的变化，所以现在你有了一个跨越三个空间维度和时间维度的数字域。这是一个标量场。

接下来，有一个向量场。向量场也是空间和时间中每一点上的一个数，但它也有方向。时空向量场的一个例子是经典电磁场（麦克斯韦理论）。一个更直观的例子是另一张显示风的天气图：在每个点上，都有一个小箭头，不仅表示风的速度，还表示它的方向。

为了让事情更复杂一点，让我提一下曲率。想想地球的表面。想象一个箭头放在赤道上，指向北方。你可以滑动那个箭头而不改变它的方向。但如果你先把箭头向东滑动，然后一直滑到北极，然后再回到赤道上原来的位置，它就不再指向北方了。这就是曲面的特征。但是还有其他的路径不改变箭头的方向（例如，将箭头向东移动，然后再向西移动）。为了知道箭头到底发生了什么，我需要知道我把它从原来的位置移开的方向，以及它回到原来位置的方向。这两个方向实际上是两个向量。或者在更复杂的情况下，一个更一般的量，一个张量。张量也可以描述非平凡材料的内部剪切和粘度。无论如何，如果你给时空中的每一点分配一个这样的张量，你就得到了一个张量场。爱因斯坦的引力理论就是以这样一个场为特征的（时空的度规，它决定时空曲率，就像我用地理地球仪作为例子描述的那样，但是四维的）。

标量，向量，张量。现在我们继续讲量子理论。当我量子化一个场论时，我最终得到了该场论的单位激励，在适当的情况下，我可以将其解释为粒子。粒子可能有角动量，也可能没有。它固有的角动量叫做自旋。但就像经典角动量一样，自旋定义了一个方向;旋转轴，如果你愿意的话。

标量场就是一个数。数字没有方向。因此，相应的量子不可能有角动量。这些是自旋为0的粒子。所以一个标量场，量子化，产生自旋为0的粒子。

向量场是一个数字和一个方向。当你量子化它时，你得到的量子每个可以承载一个单位的旋转。这可以是正负1;或者0，如果没有净旋转。这些量子是自旋1的粒子。

现在事情变得非常奇怪和抽象。三维旋转可以用代数来描述。但这是一种基本实体不是数字而是旋转的代数。三维空间中的旋转有一个非常特殊的性质：它们可以被分解成更基本的东西，也就是旋转的平方根。每一个空间旋转都可以由两个可能的物体来表示，所以这些物体的总和被称为空间旋转的“双重覆盖”。你猜怎么着：在量子理论中，有可能构建一个由旋转的平方根组成的场，然后将其量子化。这个场在每一点上也有大小和方向，但它不像矢量;它的行为就像一个向量的“平方根”（这有一个精确的，但更专业的含义）。量子的旋转量是正负1/2。这些是自旋1/2的粒子（费米子）。它们与积分自旋粒子（玻色子）的本质区别在于两个费米子永远不可能处于相同的状态;它们相互抵消（费米统计）。相反，处于相同状态的两个玻色子会相互增强（玻色-爱因斯坦统计量）。

最后，你可能已经猜到与张量场相关的量子每个都携带两个单位的角动量。它可以是0±1±2。这些是自旋2的粒子。

所以简短的版本是这样的：标量场->自旋0粒子（无自旋）；矢量场->自旋1个粒子（每个粒子的角动量单位;三种可能的自旋态）；旋量场（矢量的平方根）->半单位角动量（费米子；两种可能的自旋态）；张量场：自旋2粒子（最多2单位角动量;五种可能的自旋态）。

所以当有人告诉你希格斯粒子是自旋为0的粒子时，你马上就知道它实际上是标量场的激发。或者当题目告诉你W或Z是自旋1的粒子，你就知道它们是时空向量场的激发。自旋1/2和自旋2也是如此。其他的自旋也是可能的，这就导致了更复杂的几何物体附着在时空中表示场的每一点上，但我们知道基本粒子的自旋都是0、1/2、1或2。