高能物理学的进展

迄今为止,高能物理中已发现了数百种粒子.根据它们的性质,粒子可以分为三类:强子、轻子和媒介子.强子是参与强相互作用的粒子的总称,质子、中子、超子、π介子、K介子、J/ψ粒子等都属于这一类,此类粒子最多,占粒子种类的绝大部分.它们都是由层子或层子和反层子构成.轻子仅参与弱相互作用和电磁相互作用,不参与强相互作用,它们是电子、电子型中微子、μ子、μ型中微子、τ轻子、τ型中微子以及这些粒子的反粒子.媒介子是传递相互作用的粒子,如光子传递电磁相互作用;又如四年前发现的W±和Z0粒子是传递弱相互作用的中间玻色子;胶子是传递强…     

电磁力和弱力的统一

1983年标志着粒子物理发展史中特别引人注目的十年的结束.在从1973年开始的这十年中,有三个特别重要的,或许可以说具有历史意义的成就.它们是: 1.理论上与实验上实现了控制所有电磁现象和弱相互作用的力的统一. 2.认识到强相互作用粒子(核子、介子和其他强子)事实上是由称为夸克的更小的组分构成的,并发展了一种关于夸克之间作用力的初步理论. 3.承认存在着除了质量外其它性质几乎完全相同的三代基本粒子族.每一代包括两个夸克,一个带电轻子(电子、μ子和τ子)和一个中微子. 电磁力和弱力的这种统一理论与强相互作用的初步理论一起,称为“标…     

层子摸型和深度非弹性散射

我们在1966年提出的层子模型中主要的想法是所有的强子都是由属于微观领域更深一层次的粒子所组成。这种粒子可能具有很大的质量,在超强作用下结合成通常的强子。我们称这种粒子为层子。层子在强子内部的存在、运动和相互作用决定了强子的内部结构,但层子本身的结构问题是属于更下一层次的现象,因此在现有的能量范围内,层子可以被看作是一个点粒子。我们曾利用层子模型计算了强子的弱作用和电磁作用现象,结果指出在强子内部,电磁作用和弱作用的规律仍旧是正确的。这个模型和后来为处理电子和核子深度非弹性散射问题而提出来的部分子模型有很多共同点。     

北京谱仪实验物理成果

当前描述物质微观基本结构最成功的理论是粒子物理的标准模型,包括描述强作用力的量子色动力学,描述弱相互作用和电磁作用力的电弱理论。在量子色动力学方面,人们对夸克禁闭问题和低能非微扰性质还不能完全理解;在电弱理论方面,需要实验上提供更加精确的参数约束和检验。北京正负电子对撞机和北京谱仪实验是我国最早的大科学装置,也是目前国际上唯一运行在陶粲能量区域的高亮度实验装置,致力于在强子物理、量子色动力学的非微扰性质、电弱理论检验和寻找超标准模型的新物理等方面开展研究。文章将介绍北京谱仪多年来在实验上取得的科学成果,包括陶轻子质量精确测量、R值测量、奇特强子态研究和粲强子弱衰变测量等。     

中能核物理和粒子物理的一些有兴趣的问题

约在三十年前,粒子物理脱离核物理作为独立的领域兴起了。当时核物理的研究对象被认为是通过二核子相互作用而组成的多核子系统。那时,核物理学家正在阐明壳层结构,发现了集体运动模式,并基于有效的核子-核子相互作用力而发展一种微观的核理论,粒子物理学家也发现并把粒子分为重子、介子、轻子三大类,建立了强、电磁和弱的三种基本相互作用的理论。目前关于思考基本相互作用的主要倾向也分成三个范畴。首先是关于弱、电磁相互作用的统一理论,它把轻子和夸克家族密切联系起来,并把它们划分为不同的“代”,每一“代”内的成员之间的联系媒介是规范粒子也或许还有Higgs 粒子。     

层子模型里重子的分类

按照层子模型,所有的强子都是由层子和反层子组成的束缚态.提出这个模型是由于实验发现强子之间存在着SU(3)对称性.这种对称性表明这些强子是由性质非常接近的三种更微观的粒子所组成的结合态.当结合态中一种组成的粒子换成另一种组成的粒子时,结合态的性质基本上保持不变.组成各种强子的这三种更微观的粒子称为层子.目前实验上尚未看到自由的层子,因而,层子是否客观存在,自然就成为强子结构理论经常被提出的问题.     

超流3He中的双量子涡旋

我们所感受到的物质世界是由质子、中子、电子和光子组成的 .随着粒子物理研究的不断发展 ,人们认识到 ,除了上述四种宏观物质组元粒子之外 ,还存在上百种短寿命的粒子 .根据标准模型 ,最深层次的物质粒子共有 12种 (每种另有相应的反粒子 ) ,即 6种夸克 (夸克组成了质子、中子、介子等强子 )和 6种轻子 (包括电子、μ子、τ子等 ) .此外 ,还有一些力传递粒子 ,如传递电磁力的光子等 .上述理解涵盖强力、弱力和电磁力三种基本相互作用 ,但第 4种相互作用———引力未被包括在内 .其原因在于 :前三种力可用量子不连续的图像来描述 ,但引力却…     

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…     

关于中微子的电磁形状因子的测定

近年来高能电子在核上的散射直接肯定了核子具有一定的结构,实验并已较好地测出了质子和中子的电磁形状因子。但是,轻粒子的形状因子还没有测定。在轻粒子中,中微子的形状因子又是一个很有兴趣的问题。由于中微子只参与弱相互作用,所以对它的结构因子的理论分析可能较为简单。我们在工作中曾经指出,通过和电子(或μ介子)的弱相互作用,中微子将具有一定的电磁形状因子。初看起来,通过中微子v_e在电子上的散射,可以测定中微子的电磁形状因子。但是事实上,因为v_e和电子有一级的弱相互     

中微子质量之探索

 中微子是自旋为1/2的轻子,有电子中微子、μ子中微子、τ子中微子三种不同形态。由于中微子不带电,仅参与弱相互作用,不参与强相互作用和电磁相互作用,反应截面极小,所以很难在实验中观测到,对其质量的研究更是困难重重。探索中微子质量的意义中微子质量的研究对最微观的粒子物理规律和最宏观的天体物理、宇宙起源及演化都有重大意义,是探索粒子物理标准模型之外新物理的突破口与关键所在。在传统的粒子物理标准模型中,二分量中微子理论和轻子数守恒定律要求中微子静止质量为零。因为若中微子质量不为零,则根据爱因斯坦相对论,其速度必定低于光速,这样就会出现速度超过中微子的观察者。     

W粒子和Z粒子的发现

六十年代粒子物理学的重大进展之一是提出建立了弱相互作用和电磁相互作用的统一理论,即Glashow-Weinberg-Salam弱电统一理论。这个理论在1978年得到实验的证实而确立,但是这个理论最直接的实验证据则应是实验上发现传递弱相互作用的W粒子和Z粒子。 按照弱电统一理论,正如电磁相互作用由交换光子来实现,弱相互作用由交换带一个单位电荷的W粒子和交换中性的Z0粒子来实现。光子的静止质量为零决定了电磁相互作用为长程相互作用,W粒子和Z粒子的质量很重决定了弱相互作用为短程相互作用并且在低能实验中表现为远比电磁相互作用为弱。根据现…     

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…     

牛顿第三定律与动量守恒定律

关于牛顿运动三定律的内容及有关概念的论述,人们已阐述了很多,本文仅对第三定律及与之有关联的动量守恒定律作粗浅的讨论.一、牛顿第三定律是一条近似定律 牛顿第三定律,反映了物体间的相互联系,它指明了力来源于物体间的相互作用,而这种相互作用是完全对称的,即作用力和反作用力是沿着同一条直线上同时出现、同时变化、同时消失且同时属于同一种性质的力.近代物理学的研究表明,宇宙中只存在着万有引力、电磁力、弱力和强力这四种基本的作用力,而其余各种力都可以看作这些基本的作用力的复合表现.其中弱力和强力只在原子核的尺度10-15米范…     

暗物质模型简介

 粒子物理学的基本任务之一是探究宏观物质世界的微观起源。以粒子物理标准模型(二十世纪六七十年代)为代表性成就的二十世纪,是粒子物理学的黄金时期。在规范对称性的框架下,标准模型成功地统一了微观世界中(由夸克、轻子和传递相互作用的规范粒子组成)除引力之外的三种基本相互作用： 电磁相互作用(确切地说超荷相互作用)、弱相互作用和强相互作用。换句话说,从标准模型出发,几乎可以解释一切目前实验室微观物理现象。     

发现中间玻色子W~(±)和Z~0的实验

一、前 言 物质世界存在四种基本相互作用力:万有引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力.1967年Weinberg和Salam提出了弱电统一理论,从理论上预言了传递弱作用的带电中间玻色子W±和中性中间玻色子Z0的存在,以及它们和传递电磁作用的粒子──光子之间的内在联系.他们因此而获得了1979年诺贝尔物理学奖.但是,所预言的 W±和 Z0的质量很大,约为质子质量的 80倍和 90倍,所以直到七十年代中期,世界上最高能量的加速器还不能产生如此大质量的粒子.为了寻找W±和Z0,十几年来,欧美一些国家不惜化费巨资去建造巨型加速器对撞机和粒子探测装…     

质子是永恒不变的吗?

原子核里有质子和中子,它们都是重子.通常认为,自然界中重子数守恒,质子是绝对稳定的.因此,自然界中最轻的原子核氢核以及稳定区的其它各种原子核都是永恒不变的. 最近温伯格和萨拉姆提出的弱相互作用和电磁相互作用统一理论,取得了很大成功.许多物理学家正在研究进一步把强相互作用也包括进去的统一理论[1].他们认为夸克和轻子间存在联系,存在带夸克和轻子量子数的玻色子.在很高能量区域中,弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用将具有相同耦合常数,外推猜测玻色子质量在1015-1016电子伏特.这种理论的一个重要预言是,质子会通过交换上述玻…     

强子作为非拓扑孤粒子的SU(5)大统—模型(Ⅰ)

提出一种新的包含三代已知轻子与夸克的SU(5)大统—模型.按本模型,强子可看作由夸克形成的非拓扑孤粒子;轻子与夸克本质上是相同的,它们之间的差别是由对称性自发破缺造成的;在强子内部,夸克质量很小,其性质与已知夸克相同;在强子外部,夸克的性质与已知轻子相同,只是质量很重,并将很快衰变.本文除了定义严格守恒的电荷Q0、费米子数F0外,还在孤粒子内部定义了近似守恒的内色荷、内电荷、内费米子数.已知SU(5)大统—模型的(L-B)守恒相应于本模型的F0守恒.     

简析SU(3)群在粒子物理学中的应用

李群SU(3)理论,作为研究系统的对称性质的方法,在用来描写强子结构和强相互作用的对称性方面,所预言的很多性质都和实验事实相符合,取得了很大的成功。很多理论物理学家试图用更大的群对强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用进行统一描写,而这     

2004年诺贝尔物理奖介绍:渐近自由

描述粒子相互作用基本理论是标准模型，按照标准模型，强子是由夸克和反夸克通过色相互作用组成，色相互作用有一种特殊的性质：渐近自由，格罗斯、波利策和维尔切克由于确定地发现色相互作用的渐近自由性质获2004年诺贝尔物理奖。     

强子作为非拓扑孤粒子的SU（5）大统—模型（Ⅰ）

提出一种新的包含三代已知轻子与夸克的ＳＵ（５）大统—模型．按本模型，强子可看作由夸克形成的非拓扑孤粒子；轻子与夸克本质上是相同的，它们之间的差别是由对称性自发破缺造成的；在强子内部，夸克质量很小，其性质与已知夸克相同；在强子外部，夸克的性质与已知轻子相同，只是质量很重，并将很快衰变．本文除了定义严格守恒的电荷Ｑ０、费米子数Ｆ０外，还在孤粒子内部定义了近似守恒的内色荷、内电荷、内费米子数．已知ＳＵ（５）大统—模型的（Ｌ－Ｂ）守恒相应于本模型的Ｆ０守恒。