基本粒子及其相互作用的标准模型

“标准模型”是用来描写一种量子理论的术语,这种理论包括了强相互作用理论(量子色动力学)和弱电统一理论.图中也把引力相互作用包括了进来,尽管它不属于标准模型.     

强相互作用理论的渐近自由--2004年诺贝尔物理学奖介绍

瑞典皇家科学院把2004年度的诺贝尔物理学奖授予了美国的戴维·格罗斯(David J. Gross),戴维·玻利泽(H. David Politzer),弗兰克·维里茨克(Frank Wilczek)三位理论物理学家,以表彰他们揭示出了强相互作用的'渐近自由'特性.文章按历史顺序,简要回顾了强相互作用理论--量子色动力学的基本"要素".介绍了理论上如何得出强相互作用"渐近自由"和"渐近自由"的含义,引述了实验检验理论上的"渐近自由"最典型和最新的情况,展示了强相互作用"渐近自由"的高度正确性.介绍了基于"渐近自由"的微扰量子色动力学.指出"渐近自由"的发现和证实是确立量子色动力学为描述强相互作用的正确理论的依据,同时列举了当前量子色动力学的"色禁闭"等一些前沿问题."渐近自由"的发现和证实确实深刻地影响了粒子物理,如量子色动力学成了标准模型的重要组成和导致相互作用的大统一理论等.     

强相互作用理论的渐近自由——2004年诺贝尔物理学奖介绍

瑞典皇家科学院把 2004年度的诺贝尔物理学奖授予了美国的戴维·格罗斯 (DavidJ. Gross),戴维·玻利泽(H. DavidPolitzer),弗兰克·维里茨克(FrankWilczek)三位理论物理学家,以表彰他们揭示出了强相互作用的 '渐近自由 '特性.文章按历史顺序,简要回顾了强相互作用理论———量子色动力学的基本“要素”.介绍了理论上如何得出强相互作用“渐近自由”和“渐近自由”的含义,引述了实验检验理论上的“渐近自由”最典型和最新的情况,展示了强相互作用“渐近自由”的高度正确性.介绍了基于“渐近自由”的微扰量子色动力学.指出“渐近自由”的发现和证实是确立量子色动力学为描述强相互作用的正确理论的依据,同时列举了当前量子色动力学的“色禁闭”等一些前沿问题.“渐近自由”的发现和证实确实深刻地影响了粒子物理,如量子色动力学成了标准模型的重要组成和导致相互作用的大统一理论等.     

耦合原子与腔场多光子相互作用过程中的量子信息传递

建立了"多耦合原子--腔"系统的多光子相互作用模型. 利用腔量子电动力学理论, 研究了原子与腔场相互作用过程中量子信息传递的特性, 分析了原子间耦合作用对量子信息传递的影响. 结果表明: 在一定的相互作用时间内, 量子信息可以在腔场与原子间可逆传递或保持, 原子间的偶极作用导致量子纠缠信息非完全传递和非完全保持.     

具有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的四量子比特海森堡XXZ模型中的热纠缠

研究四量子比特海森堡XXZ模型中配对纠缠的性质,在该系统中引入了Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用,通过求解配对纠缠度来讨论最近邻和次近邻两量子比特之间的热纠缠性质. 研究结果表明:对于铁磁和反铁磁两种情形而言,次近邻两量子比特之间不存在配对热纠缠;但在最近邻两量子比特情况时,DM相互作用和各向异性参数Δ对配对热纠缠和临界温度T_c都具有重要的影响,且随着温度T的增加,配对纠缠度逐渐减小直至消失. 因此,选择和调整合适的DM相互作用和各向异性参数,可以有效地控制和提高配对热纠缠. 关键词： 配对纠缠 XXZ模型')" href="#">XXZ模型 Dzyaloshinskii-Moriya相互作用     

交错Dzyaloshinskii-Moriya相互作用对反铁磁Heisenberg链纠缠的影响

主要研究了具有交错Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用的反铁磁Heisenberg链的纠缠.基于 density-matrix renormalization group(DMRG)的数值计算表明,交错DM相互作用消除了系统在外磁场H=2处的二级量子相变,从而量子纠缠反常行为也随之消失;同时纠缠范围的发散也被消除,意味着该模型因子化点的消失.交错DM相互作用导致系统在任意强场下也不会达到铁磁饱和状态,从而保持着自旋纠缠.交错DM相互作用有利于通过外场调控纠缠程度和纠缠范 关键词： Dzyaloshinskii-Moriya相互作用 量子纠缠 量子相变 纠缠范围     

两二能级原子在共同环境下的量子关联动力学

通过精确求解带有偶极-偶极相互作用的两个二能级原子与一个共同热库相互作用模型, 得到了两原子间量子纠缠和量子失谐(quantum discord)的解析表达式. 综合考虑了环境的非马尔可夫效应、原子间的偶极-偶极相互作用以及原子的本征频率同腔模中心频率之间的失谐量对两原子间量子纠缠和quantum discord的影响. 研究显示: 在非马尔可夫机制下, 且原子的本征频率与腔模中心频率是共振时, 当两原子初态处于纠缠态时, 原子间偶极-偶极相互作用可以显著抑制包括量子纠缠和quantum discord等量子关联的衰减, 更特别的是, 如果原子的本征频率同腔模中心频率有一定的失谐时, 利用原子间偶极-偶极相互作用可大大地延长两原子退纠缠的时间; 当两原子初态处于可分离态时, 从短时间来看, 原子间偶极-偶极相互作用可以提高量子纠缠和quantum discord振荡的振幅,而在长时间极限下, 原子间偶极-偶极相互作用不会改变量子纠缠和quantum discord达到的稳定值. 最后, 讨论了原子间偶极-偶极相互作用对量子纠缠和quantum discord动力学不同的影响. 关键词： 量子纠缠 量子失谐 共同环境 偶极-偶极相互作用     

具有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的一维随机量子XY模型中的纠缠特性

研究了一维随机量子XY自旋链中中心两量子位的纠缠特性,在该系统中引入了自旋间的交换耦合杂质、磁杂质和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用,并且杂质满足高斯分布关系.通过数值计算,求出了自旋的关联函数和平均磁化强度,给出了Concurrence的解析表达式.结果表明：高斯分布和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用对两量子位的纠缠有重要的影响,选择合适的交换耦合、外界磁场和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用参数,可以控制和提高中心两量子位的纠缠. 关键词： 纠缠 XY模型')" href="#">随机量子XY模型 高斯分布 Dzyaloshinskii-Moriya相互作用     

正多边形量子环自旋输运的严格解

研究了存在Rashba自旋轨道相互作用的正多边形量子环的自旋输运特性．采用量子网络的典型方法和Landauer-Büttiker电导公式,严格求解了电子通过正多边形量子环的散射问题,并得到了电导的解析表达式．通过数值计算和解析分析,进一步研究了量子环电导随电子波矢和自旋轨道相互作用强度变化的复杂形式,包括源于自旋轨道耦合相互作用的电导零点系列．特别地,还研究了正多边形环的边数趋近于无穷的极限情形,与直接采用圆环模型获得的结果完全一致． 关键词： Rashba自旋-轨道相互作用 量子网络 量子输运     

含有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的自旋1键交替海森伯模型的量子相变和拓扑序标度

利用张量网络表示的无限矩阵乘积态算法研究了含有Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用的键交替海森伯模型的量子相变和临界标度行为.基于矩阵乘积态的基态波函数计算了系统的量子纠缠熵及非局域拓扑序.数据表明,随着键交替强度变化,系统从拓扑有序的Haldane相转变为局域有序的二聚化相.同时DM相互作用抑制了系统的二聚化,并最终打破系统的完全二聚化.另外,通过对相变点附近二聚化序的一阶导数和长程弦序的数值拟合,分别得到了此模型相变的特征临界指数a和b的值.结果表明,随着DM相互作用强度的增强, a逐渐减小,同时b逐渐增大. DM相互作用强度影响着此模型的临界行为.针对此模型的临界性质的研究,揭示了量子自旋相互作用的彼此竞争机制,对今后研究含有DM相互作用的自旋多体系统中拓扑量子相变临界行为提供一定的借鉴与参考.     

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.     

与原子相互作用的相干光场的相位涨落和相干性的时间特性

根据Pegg-Barnett的相位理论和Glauber的光场相干性的量子理论,用dressed-atom态方法,研究了理想腔中与二能级原子相互作用的相干光场的量子相位涨落、量子相干性和光子数分布的时间特性。计算结果表明:在原子与光场的共振相互作用情形,原子的作用就象一个非线性滤波器;在描述光场的非相干性方面,光场的量子相位特性与量子相干性也是并协的。 关键词：     

两量子比特非线性相互作用模型中的量子关联

运用量子态变换的方法论证了两个qubit纯态中量子关联与纠缠的等价性.并利用三种带有横场的非线性相互作用模型研究了两个qubit体系中的量子关联.发现合适的横场对于最大量子关联态的获得、平均量子关联的提高都有着积极的作用.两个qubit体系获得最大量子关联时,不同模型,不同的横场,对应的量子态却各不相同.     

带有Dzyaloshinski-Mariya相互作用的两比特纠缠量子Otto热机和量子Stirling热机

研究了以带有Dzyaloshinski-Mariya(DM)相互作用的两比特自旋体系为工质的量子纠缠Otto热机和量子Stirling热机.两种不同热机在各自的循环过程中,通过保持其他参量不变,只有DM相互作用发生改变,从而分析热机循环中DM相互作用与热传递、做功以及效率等热力学量之间的关系.研究结果表明:DM相互作用对两种热机的基本量子热力学量都具有重要的影响,但量子Stirling热机由于回热器的使用,其循环效率会大于量子Otto纠缠热机的效率,甚至会超过Carnot效率;得到了量子Otto纠缠热机和量子Stirling热机做正功的条件.因此,在这两个纠缠体系中,热力学第二定律都依然成立.     

带有三体相互作用的XXX自旋链模型的隐形传态

本文研究了基于一个带有多体相互作用（XZY-YZX型和XZX+YZY型）的三比特XXX海森堡自旋链模型的量子隐形传态. 首先求出该模型的本征值和本征态, 然后再以它在热平衡态下的纠缠为量子信道进行隐形传态并求出保真度的表达式. 分别分析了不带三体相互作用和仅带一种三体相互作用及同时带两种三体相互作用的XXX模型的保真度与外磁场和温度的关系, 得知仅带有XZX+YZY型三体相互作用的铁磁质海森堡XXX模型的隐形传态质量最好, 并且工作时需要的外界磁场最小、 温度相对较高, 在实验上容易实现.     

带有三体相互作用的XXX自旋链模型的隐形传态

本文研究了基于一个带有多体相互作用（XZY-YZX型和XZX+YZY型）的三比特XXX海森堡自旋链模型的量子隐形传态. 首先求出该模型的本征值和本征态, 然后再以它在热平衡态下的纠缠为量子信道进行隐形传态并求出保真度的表达式. 分别分析了不带三体相互作用和仅带一种三体相互作用及同时带两种三体相互作用的XXX模型的保真度与外磁场和温度的关系, 得知仅带有XZX+YZY型三体相互作用的铁磁质海森堡XXX模型的隐形传态质量最好, 并且工作时需要的外界磁场最小、 温度相对较高, 在实验上容易实现.     

Kerr相互作用下量子相干性分布和量子信息流动

本文针对Kerr相互作用下系统中量子相干性的动力学分布进行了研究.所讨论系统包含两个没有相互作用的原子,每个原子都被囚禁在各自的光腔中,同时光腔被充满了非线性Kerr介质.研究发现非线性Kerr相互作用能够增加两原子间的量子相干性,而且增大的幅度会随着Kerr相互作用强度的增加而得以提高.其次,借助迹距离的方法,还探讨了非线性Kerr相互作用对于原子与光腔之间的量子信息流动的影响,发现Kerr相互作用可以加快量子信息回流到原子子系统中,抑制原子子系统与其余子系统间的量子信息交换,阻碍量子信息在系统中不同子系统间的流动,从而保护原子子系统中拥有的量子信息.     

Ba原子6pns(J=1)自电离态光谱的理论计算

采用一个13通道多通道量子亏损(MQDT)模型对Ba原子6pns(J=1)自电离态的光谱进行了计算,并获得了它们的理论计算光谱.通过分析它们的自电离态光谱的特性,对6pns(J=1)自电离系列之间的组态相互作用现象进行了解释.     

物质结构在夸克-轻子层次上的动力学规律和研究发展趋势

文章综述了粒子物理中标准模型理论的历史发展、面临挑战以及未来的发展趋势.目前阶段物质结构最小组成单元是夸克和轻子,量子色动力学是描述夸克-胶子之间强相互作用的基本理论,它具有渐近自由和夸克禁闭的特点.量子色动力学和电弱统一理论一起构成粒子物理中标准模型理论.标准模型理论成功同时也面临两大挑战:对称性破缺的本质和夸克禁闭难题,这意味着标准模型理论需要发展和突破.人们期望粒子物理学、天文学和宇宙学交叉发展联手解决物质结构和早期宇宙研究中面临的难题,最终揭示超出标准模型的新物理规律.     

纤锌矿GaN/ZnO 量子阱中的界面声子及其电声相互作用

根据介电连续模型和单轴晶体模型研究了纤锌矿量子阱中的界面声子模及其电声子相互作用的Fröhlich哈密顿。我们计算和讨论了纤锌矿GaN/ZnO单量子阱中的界面声子的色散关系和电声相互作用的耦合强度。色散曲线充分体现了纤锌矿晶体的各向异性;四支界面声子模出现在两个能量区域中,分别是：[ , ]和[ , ]。界面声子模出现消失的现象,光学声子模之间存在能量交迭区域。我们的结果也阐述了纤锌矿GaN/ZnO单量子阱中每支声子模与电子相互作用的对称性和耦合强度。