标题：AB效应
AB效应
实验这个实验是，两束同相位的电子，通过一个磁线圈，到屏上成像。磁场不改变，而磁矢势变化时，屏上的成像有变化。 
表明在某些电磁过程中，电磁场的场强已不能有效地描述带电粒子的量子行为，当电磁场不变，而磁矢势变化时，也可以出现可以观测的物理效应。证明AB效应主要就是证明，电磁场的矢势有直接的可观测的物理效应。
AB效应研究
论文1959年，阿哈勒诺夫（Y.Aharonov）和玻姆（D.Bohm）发表一篇论文②，该论文认为，在电子运动的空间中，无论是否存在电磁场，电子波函数的位相都会受到空间中电磁势的影响。由此他们做出结论，在量子理论中，电磁势要比经典电磁理论中的电场与磁场强度更有意义。
他们同时建议了几种能证实上述理论的实验途径，图1所示就是其中的一种。
入射电子束在A点被分为两束，磁场B处于与图面垂直的螺线管中。两支电子束在观察屏S处相遇形成干涉。在电子经过的路径上，磁感应强度为零，但是磁矢势A却不为零。正是由于磁矢势的存在，使两束电子产生了附加位相差，该值恰好为电子路径包围磁通量的e/h倍。他们认为，改变B值，影响磁通量，将使位相差改变，电子的干涉图样就会受到影响。同样，如果在两束电子的路径上各加一只金属筒，当电子进入筒时，在两筒上加不同的电势，电子出离筒后，即将电势撤消，电子束也会因电势的不同产生附加位相差，导致干涉图样变化。发表这一理论的时候，阿哈勒诺夫正在美国南卡罗莱纳大学物理与天文学系及以色列特拉维夫大学物理系任教。阿哈勒诺夫很善于研究那些通常被人们忽视的物理现象。他所预言的一些效应先后被实验证实，由于具有重要意义，都在物理界引起不小的波澜。AB效应就是其中一个，是他与任教于伦敦大学的玻姆共同提出的。实验证实1960年，AB效应被钱伯斯（Chambers）实验证实。随后，美国、联邦德国、意大利等几个实验小组也陆续进行了类似的实验，都支持了这一预言。尽管如此，由于电子的波长很短，限制磁场的区域很小，螺线管半径不但必须很小，长度还要无限长，这些条件很难得到实验保证，因而有人对实验结果的可靠性表示怀疑。直到80年代中期，日本物理学家用超导材料将磁场屏蔽以后，所证实的AB效应才被物理界普遍接受。AB效应的证实对物理学的影响是深远的。本世纪初，相对论与量子论的问世，给人类对物理世界的认识带来了崭新的图象与观念，使物理学发生了天翻地覆的变化。然而，麦克斯韦电磁理论却仍然保持原有风貌，似乎不受其影响。这一点却也不难理解，因为麦克斯韦方程自身的协变性，使其天然地与相对论的要求和谐一致。此外，这一方程又能满足电磁波量子性的要求。然而，深究起来，在经典电磁理论与量子理论之间，也有一点不一致，这就是所谓的AB之争。两个基本量从表面看来，AB之争所涉及的似乎只是两个物理量的问题。在经典电磁理论中，描述场的两个基本量是电场强度和磁感应强度，电标势是在电场基础上，利用环路积分引入的，它具有物理意义，虽然数值不唯一，却是可以实验测量的。磁矢势却不同，虽然它也是在磁场的基础上引入的，却不具有明确的物理意义，数值不唯一，也不能实验观测。因此，在经典电磁理论中，常把作为描述磁场的基本量，纯属于为计算方便而引入的过渡量或辅助量。本质在量子电动力学中，A和B的地位则皆然相反。出现在方程中的电磁量是Φ和A，而不再是E与B。A与B相比，A成为第一位的物理量。A与B哪一个更为本质的问题，在本世纪20年代量子理论创建时即被提出，直到1959年才被阿哈勒诺夫及玻姆所解决。 
AB效应表明，描述磁场的矢量与磁场相比，是更为本质的。这一点仅能通过量子效应才能显现出来。对固体材料AB效应的观察是近几年来的事。最初观察的是线度很小的金环。金环的直径0.8μm，宽0.4μm，附在硅片上。沿直径接入电极后，通过电流测量金环的电压。整个实验在0.06K的超低温下进行。垂直环面加入磁场，电子沿金环的各一半，分两路流出。在汇合处，两路电子波产生干涉，由合振幅的模即可确定磁阻。实验结果发现，金环磁阻随磁场周期性地变化。振荡周期与样品面积的乘积，恰好与AB效应所要求的h/e值相等，从而证实了固体材料中，电子波的量子干涉AB效应。AB效应的观测，很自然地涉及到纳米物理学的进展。观测到该效应的前提条件是电子波能现出可观测到的相干性。在真空条件下，电子束的干涉比较容易观察到，然而在固体材料中，电离杂质与晶格的振动都能破坏材料的理想周期性，因而造成电子散射。由于电离杂质的质量比电子大得多，对电子静电作用的结果，离子受影响较小，电子却偏离了原来方向的运动而发生散射。这种散射属于弹性散射，它虽然能使电子波的位相发生变化，却不改变电子波的相干性；然而，晶格振动造成的散射，涉及声子的发射与吸收，属于非弹性散射，将严重地影响电子波的相干性。可见，若能在固体材料中观察到AB效应，对材料的纯度要求并不高，但对材料的线度有一定的要求。因为电子必须在受到非弹性散射之前，也即在连续两次非弹性散射发生之间，穿过样品。根据电子的平均自由程时间，可以计算出电子波相干长度λ。一般金属在温度1K下，相干长度可达μm数量级。在现代科技条件下，制造长度在μm以内、线宽在几十个nm以内的环状样品已不困难，因而这一领域的研究得以迅速发展。当材料的线度L≤λ时，材料内将可能包含10^8～10^11个原子，因此，无论观测的对象、观测的手段以及观测的量值（如电流或电压等）都仍属于宏观范畴。然而实验的结果却能反映电子的波动性和体系微观物理的规律，这再一次表明，纳米结构物理学研究的特殊意义。它开辟了用宏观领域的研究方法与概念探讨微观物理规律的新途径。继续发展AB效应的研究仍在继续发展中。由于电磁场是一种最简单的U(1)规范场，人们很自然地会联想到，是否能把AB效应推广到其它规范场中。华裔美籍物理学家杨振宁和吴大峻曾在一篇论文中讨论过杨—米尔斯SU(2)规范场的AB效应问题。而阿哈勒诺夫和卡谢又于1984年根据电与磁的对偶性，提出了AC效应的预言。提出与证实AC效应的提出与证实，是纳米物理学的又一重要进展。它由阿哈勒诺夫与在特拉维夫大学的同事卡谢（A.Casher）共同提出来的，用他们两人姓氏的第一个字母，简称为AC效应。阿哈勒诺夫与卡谢认为，如果存在有磁场作用的AB效应，根据电与磁的对偶性，一定会存在着一种AB效应的对偶效应。在电磁场的张量相对论理论中，电磁场张量Fuv应有16个分量。由于这一张量的反对称性，四个对角元素为零外，两侧对称量等量反号，所余的独立分量即只有6个，这就是3个电场分量与3个磁场分量。根据张量理论，电场与磁场互为对偶场，当电与磁量按一定规则互换时，对应的物理规律相互对偶。这样，在相应的AB效应示意图中，把螺线管替换成一条垂直图面的无限长带正电线，把电子束替换成中子束。中子不带电，却由于其自旋而具有磁矩，令中子束中，每个中子的磁矩与带电线平行。AB效应中，电子不受磁场力；AC效应中，中子不受电场力。AB效应中，由于磁矢势的存在，引起电子相移；AC效应中，将由于电势Φ的存在，引起中子相移发生。阿哈勒诺夫与卡谢还预言，中子相移的大小，与荷电线的带电密度成正比，对于一般的荷电线密度，他们估算结果，相移约为1.5mrd。1989年，他们的这一预言被墨尔本大学、密苏里大学和纽约州立大学组成的联合研究组所实验证实。实验中使用的带电线为45kV的细丝高压正电极，而中子束来源于反应堆。由于很难获得磁偶极矩顺向排列的极化中子束，他们把非极化的中子束加了补偿措施，以消除非极化的影响。先使中子束通过一个狭缝，经过单晶硅片分为两束通过带电线的两侧附近，再经第二片单晶硅片折射，改变方向后相交。分别用两台3He正比计数器测量。为使中子数累计到理论所要求的10^7个，整个实验持续了几个月。最后测得相移为2.19±0.52mrd，这个结果证实了AC效应的存在。