大统一理论

众所周知,自然界存在着四种基本相互作用。即强相互作用,电磁相互作用,弱相互作用和引力相互作用。这四种相互作用的强度差别很大,如果把强相互作用的强度定为0.2,那末电磁相互作用强度大约是10-2,弱作用的强度则是10-5,引力相互作用强度最小,大约是10-40。此外这四种相互作用的性质也很不相同,引力和电磁相互作用力都与距离平方成反比,是所谓长程力,而强作用和弱作用力则是属于短程力,只在极近距离(亚核区域)内才起作用。 长期以来,人们相信自然界应满足简单性原则,因而希望能将上述四种差别很大的相互作用统一成一种相互作用,从而找到这四…     

《相对论、宇宙与时空》连载(11)——演化的宇宙

自然界存在4种相互作用(强作用、弱作用、电磁作用和万有引力作用),它们的强度相差很大.如果以强作用的强度定为1,则电磁作用为10-2,弱作用为10-14,而引力作用为10-39.引力相互作用与强、弱、电磁作用相比太微弱了,完全可以忽略不计.     

高能物理学de发展及其展望

高能物理学、亦称粒子物理学,是在原子、原子核和宇宙线的研究中诞生的.在原子的研究中发现了电子和光子,建立了量子力学和量子电动力学.量子电动力学是一种最简单的量子规范场论.以后提出的量子非阿贝耳规范场论是当前粒子物理基本理论的基础.在原子核的研究中发现了质子和中子,并且发现:除了二十世纪以前发现的万有引力相互作用和电磁相互作用以外,自然界还存在着另外两种基本相互作用:强相互作用和弱相互作用.这四种基本相互作用的强度可以用下列四个无量纲常数表达:     

弱相互作用中宇称不守恒效应的实验测定

宇称是粒子(或粒子系)在空间反射变换下的特征.如粒子(或粒子系)的波函数在空间反射变换下不变,它的宇称为偶.如果只是改变符号,它的宇称为奇.宇称守恒是指宇称的奇或偶不改变.这一假设是人们从宏观世界所意识到的对称性中提出来的.在1956年以前从来也没有被严格地检验过. 在四种普适相互作用(强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用仲,除引力相互作用外,弱相互作用是最弱的一种.强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用的无量纲的耦合常数分别为:1,1/137和 10-5根据测不准原理,实验上在往可以利用它们的衰变寿命来区分它们.前两…     

格点量子色动力学简介

 目前人类已经认识的自然界存在着四种基本相互作用,分别是:强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用。这四种基本相互作用描写了大到宇观的宇宙、小到微观的基本粒子的所有物理现象,其中当然也包括了我们日常生活中所常见的宏观物理现象。     

超弦

基本粒子物理(或称高能物理)的一个重要问题就是寻求各种相互作用力的统一理论.现在人们已经认识到自然界中存在着四种相互作用力:引力、电磁力、弱相互作用力和强相互作用力,而超弦理论就是关于这四种力的最新的,也是迄今为止最有希望的统一理论. 物理学家已经成功地将.电磁相互作用和弱相互作用统一起来了.包括强相互作用在内的“大统一理论”能成功地预言弱电统一理论中决定这两种力相对强度的参数,不过现在还缺少有关大统一理论的直接实验验证. 在某种程度上由于没有一个与量子力学原理自洽的引力理论,因此包括引力在内的统一理论的尝试…     

超弦理论——统一基本相互作用研究的最新进展

自然界存在的强、弱、电磁和引力相互作用看起来是完全不同的相互作用.如何去统一地描述它们,是科学家们数十年来不断探索的问题.近两年来,在以前研究的基础上,产生了所谓超弦(superstring)理论.初步结果表明,它可以避免以前理论中所存在的矛盾并具有最小的任意性.物理学家们相信,超弦理论有可能最终导致四种相互作用的统一. 1915年,爱因斯坦提出了新的引力理论——广义相对论.它将时间和空间统一为四维时空,而四维时空的几何性质决定了物体所受的引力作用.广义相对论第一次把物理的作用与时空的几何结构联系起来.这一观念对物理学后来的发…     

关于第五种力的讨论

正如我们所熟知的,引力、电磁、弱和强相互作用是自然界存在的四种基本相互作用.除了这四种基本的相互作用之外,还有没有新的基本力存在,是一个人们很感兴趣的问题.以往,在许多引力理论和统一理论的模型中,对于牛顿极限,质点的引力作用偏离了反平方定律.这种偏离是由于交换一种     

引力常数G及其测量

引力相互作用是物理世界的四种1)基本相互作用之一.它的耦合常数为引力常数G.本文将介绍近年来有关G的理论和测量的进展. 一、G又被重视起来了 引力常数G是人类测量得最早的基本物理常数.远在1798年,卡文迪什已经用扭秤测出了引力常数G,并且用它估计过地球的质量.由于引力相互作用是四种基本相互作用中最弱的一种,G的精确测量是非常困难的.G又没有什么用处[1],使得以后G的测量研究长期陷于停顿的状态.直到1969年,G的测量精度还几乎停留在卡文迪什的水平,只有三位有效数.有人分析甚至不超过1/500[2]. 近年来随着广义相对论理论研究的进展…     

用近距离引力实验检验粒子的洛伦兹对称性

正自然界存在着四种基本相互作用力:引力、强相互作用力、弱相互作用力和电磁相互作用力。目前,人们对自然界的描述基于两个成功的理论,即广义相对论和描述电磁、强、弱相互作用的统一理论。前者是一种经典理论,描述了一切宏观引力现象;后者是一种量子理论,描述了其他三种相互作用力。尽管这两种理论并未完全融合,但是人们相     

格点QCD研究冷核物理问题的若干最新进展

<正>1.引言现代物理学研究表明,自然界存在四种基本相互作用:引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用(图1)。其中,引力最早为人们所知,1687年牛顿在《自然哲学的数学原理》中首次阐述了万有引力定律;其次为电磁相互作用,1864年麦克斯韦提出了电磁场的基本方程组(麦克斯韦方程组),将电与磁统一起来,并预言了电磁波的存在。引力和电磁力作用于宏观世界,其效应可以在大尺度范围内观测到,所以最早进入人们的视野。20世纪以来,随     

第五种力

 第五种力是指自然界可能存在的一种基本相互作用(力),它不同于早已得到人们普遍承认的另四种基本力:强相互作用(或核力)、电磁相互作用、弱相互作用及引力相互作用,是近二十余年对引力规律的研究中发现的.大家知道,牛顿主要根据天体运动的经验规律,确立了引力定律:引力的大小与引力源的质量成正比,与距离的平方成反比.这一理论在取得辉煌成就的同时,一直受到人们反复的检验,特别是规范理论出现以后,更引起实验物理学家的广泛关注.     

弱作用与电磁作用的统一理论

弱作用与电磁作用理论又简称弱电统一理论.迄今所知道的物质间的基本物理作用共有四类,即引力相互作用、电磁相互作用、强作用和弱作用.前二种相互作用广泛地表现在宏观的物理过程中,因而比较早地为人类所认识.电磁作用还是固体、液体和分子的一切物理性质和化学性质的根源,在原子物理中起作用的也是电磁作用.强作用和弱作用是通过原子核物理的发展,在本世纪三十年代以后才为人们所研究.强作用使质子和中子结合成原子核,由于这种作用原子核才得以形成.弱作用则使中子变成质子加上电子和反中微子,它导致原子核的 衰变.以后人们又发现了大量其…     

弦上的世界

 人们所熟悉的任何一种物理理论,从麦克斯书的电动力学理论到爱因斯坦的广义相对论,从量子力学到标准模型理论和超引力理论,都把物质世界的基本组分粒子,像轻子、夸克、光子和引力子等,看作没有大小的点粒子或模模糊糊的类点粒子。     

暗物质理论研究

正粒子物理主要研究自然界基本粒子以及它们之间的相互作用。考虑电弱对称性破缺之前的粒子物理标准模型和引力,我们知道自然界存在四种基本相互作用:强、弱、超荷和引力相互作用。我们用对称性描述基本粒子和它们之间的相互作用,如庞加莱代数的两个Casimir算子描述了粒子的质量和自旋,引力相互作用是用广义坐标变换(或数学上说微分同胚变换)下的不变性来描述,强、弱和超荷相互作用是用规范理论来描述,其相应的规范群     

类In离子的能级结构参数的研究

在全相对论理论框架下,研究了类In等电子序(Ba VIII-Nd XII)低激发态组态5s~24f和5s`25p间的光谱性质.系统地研究了Breit相互作用和量子电动力学(QED)效应对能级的影响.离子Pr~(~(10+))附近出现相对论轨道4f-5p能级交叉,窄的能级间隔可以使得跃迁波长在现代激光范围,这可能设计成原子钟.计算得到Pr~(10+)基态和激发态磁偶极和电四极超精细结构常数.目前的计算结果可以为实验测量提供理论依据.     

基本物理常数的精密测量──它在物理学和计量学中的意义

基本物理常数是物理学的一些普适常数,据不完全的统计,约有三十几个,它们之间有着深刻的联系.选择独立的五个常数,可以表示所有其他基本常数或组合量.这五个常数是:电子电荷e,电子静止质量me,普朗克常数h,真空中光速c和阿伏伽德罗数NA.因为质量、电荷和作用是量子化的,其相应的常数为me、e和h.质量和能量相联系的常数是c,通过h从能量过渡到频率(时间)和长度单位.阿伏伽德罗数NA是联系宏观量与微观量的常数.通过me,e,h和c可以描述在量子电动力学范围内的微观物理学.加上NA又与宏观电动力学建立了对应的关系.因此,这些独立常数相当于物理学…     

夸克之间的色相互作用

 夸克和反夸克具有质量、电荷、弱荷和强荷(色荷),可以参与引力作用、电磁作用、弱作用和强作用四种基本相互作用.本文主要介绍夸克之间的强相互作用,即色相互作用.一、夸克的味与色目前确认夸克共有六种,即u、d、s、c、b、t,它们各有对应的反夸克,夸克的种类被形象地比拟为味道.六味夸克分为三代:(u、d),(c、s),(t、b).在强子中,同一代夸克以及不同代夸克之间,都可以通过交换中间矢量玻色子而发生弱相互作用,弱相互作用可以改变夸克的味道.但是,只在不同代的夸克之间,才有弱相互作用的混合效应.     

质子会不会衰变?

质子是人类最早认识的几个基本粒子之一。长期以来,由于实验上一直没有观察到质子衰变的现象,所以物理学家们也都相信质子是一种稳定粒子。然而近几年来,粒子物理学家又重新考虑质子是不是会衰变的问题,这个问题所以热起来是由于大统一理论的进展。 粒子之间至少存在着四种相互作用:强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。在粒子物理的实验中对前三者都可进行实验研究。引力作用由于太弱,在目前的粒子物理实验中,还难于直接观测。六十年代,美国科学家 Glashow, Wein5erg和巴塞斯坦科学家Salam分别独立提出了弱作用与电磁作…     

线性引力论的引力磁分量及其磁效应

根据广义相对论,弱场近似条件下引力场中不仅含有经典的牛顿引力场,还存在一种类比于磁场概念的引力"磁"场,引力磁场的命名借用了电动力学中磁场的概念.为了研究引力磁场的物理性质和它引发的一些关联效应,本文首先从线性爱因斯坦方程出发,利用相似变换的方法从方程的二级张量场中分解出了引力的"磁"分量并定义了引力磁场;在此基础上考虑了一种通有匀速流体的环状微管模型,通过电动力学的分析方法研究了远离微管区域的引力磁场分布特征,重点在计算过程中改进了以往对这类环状模型引力磁场的计算方法,表明了这类模型的引力磁场远场分布模式与磁偶极子磁场的远场分布类似;之后利用类磁场的性质研究了引力磁场的动力学特征,首次研究了测试粒子在线性时变引力磁场及余弦时变引力磁场中的运动规律,同时通过设计一种具有双层结构且通有加速流动流体的环状微管模型改进了前人对时变引力磁场中引力感应、惯性系拖曳现象的研究办法,从更清晰的角度用更简单的数学通过引力电磁理论研究和展示了引力感应现象和广义相对论中的惯性系拖曳现象.全文为引力磁场及其关联效应的研究提供了一些新的方法和思路.