自由粒子是在微觀尺度下不受力的粒子，不受任何約束，因而會自由移動，在運動中不改變能量。由于事實上不存在絕對不受力的粒子，所以自由粒子是一個理想的物理模型。在物理學中，自由粒子是不被位勢束縛的粒子，在經典力學中，一個自由粒子所感受到外來的凈力是0。
簡介
自由粒子是不受力所以運動相對而言比較自由的粒子，是科學家為了研究粒子而提出的物理模型。在運動中，粒子能量不會發生改變。如果一個粒子的能量大于在任何地點的位勢，不會被位勢束縛，則稱此粒子為自由粒子。更強版的定義還要求位勢為常數。在一維空間分為幾個區域，只有在每個區域內位勢為常數；在區域與區域之間，位勢不相等，則稱此粒子為半自由粒子。
通過科學家的研究發現，強核力有一個叫做漸進自由的性質，即強核力的強度與距離成反比。當兩個粒子貼近時，強核力幾乎消失。強核力是四種基本力中最強的、作用距離最短的一種力。在正常能量下，強核力確實很強，它將夸克緊緊束縛在一起。但是，大型粒子加速器的實驗指出，在高能下強相互作用力變得弱的多，夸克和膠子的行為就像自由粒子那樣，來回游走。
古典自由粒子
古典自由粒子的特點是它移動的速度是不變的。它的動量是粒子的質量乘以速度，能量是質量乘以速度平方的一半。
非相對論性
描述一個非相對論性自由粒子的含時薛定諤方程式有一個平面波解，這表明自由粒子的波函數在位置或動量方面都是局部性的。動量的期望值是約化普朗克常數乘以波向量，能量的期望值是約化普朗克常數乘以角頻率。波的群速度等于粒子的經典速度，而波的相速度是粒子經典速度的一半。自由粒子的波函數以波包函數表示，通過傅立葉變換，可以推導出在任何時間的波函數。
相對論性
相對論性的自由粒子的量子行為需要用特別的方程專門描述，如克萊因-戈爾登方程描述中性的，自旋為零的，相對論性的自由粒子的量子行為，而狄拉克方程描述相對論性的電子（自旋為1/2）的量子行為。
參閱
- 態疊加原理。
- 無限深方形阱。
- 有限深方形阱。
- 有限位勢壘。
- 球對稱位勢。
- Delta位勢阱。
- Delta位勢壘。
- 波包。
參考資料 >