微觀粒子散射過程和反應過程中概率守恆的一種數學表述。微觀現象的根本特點是物質具有波粒二象性,L.V.德佈羅意建議使用波函數Ψ(x,t)描述系統的狀態,E.薛定諤正確地給出瞭波函數的運動方程,M.玻恩概率假設又給出瞭波函數的物理詮釋 (見量子力學)。如|Ψ(x,t)|2
這一等式又稱波函數的歸一化條件。波函數所滿足的運動方程可保證:在微觀粒子不能產生和湮沒時,如果在某時刻波函數滿足歸一化條件,則在任何時刻波函數都將保持歸一化,即概率守恒。這是微觀過程物質不滅的物理敘述。
微觀粒子數可變的普遍情形中,描寫系統狀態的波函數Ψ(t)隨時間的演化可通過U矩陣來描寫:
Ψ( t)= U( t, t 0) Ψ( t 0)這時概率守恒的要求表現為U矩陣必須滿足么正性條件:
U *( t, t 0) U( t, t 0)= U( t, t 0) U *( t, t 0)= 1因此U矩陣具有么正性是微觀運動過程概率守恒的充分必要條件。進行微觀散射或反應實驗時,測量都是在遠離微觀系統散射和反應的地點並在散射和反應過程後很長的時刻進行的,因此實際上要知道的是波函數的漸近行為,通常用S矩陣表述為Ψ(∞)=SΨ(–∞),式中 S=U(∞,–∞)。這時么正性條件為:
S * S= S S *= 1它反映瞭所有可能的始態和所有可能的終態的完備性和概率守恒的要求。
么正性的要求是一個普遍的要求,它並不依賴於相互作用的具體機制,因此根據么正性導出的推論也具有普遍性。根據S矩陣的么正性可導出光學定理:
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它把前向散射振幅的虛部ImT和總截面σt聯系起來。式中W為質心系總能量,q為質心動量。