联系无限大与无限小的一门学科──宇宙线物理学

宇宙线是在天体物理过程中产生的各种不同能量的微观粒子流.它们中间包括地球上已有的各种元素的原子核,其中氢核(质子)约占百分之九十,氦核(α粒子)占百分之九,其他原子核共占百分之一,γ射线、原初电子又占上述各种原子核的百分之一.宇宙线粒子的最高能量已达1020电子伏以上;这就是说,在一个直径不到微微米的粒子上集中了10个焦耳以上的能量.这比世界上现有加速器的能量高出几亿倍.但宇宙线的流强很弱,并且流强近似地随能量平方反比下降.在大气层顶部,每平方米面积上每小时大约飞来一个具有1014电子伏的粒子.由于空间磁场强度约为10-5高斯…     

如何正确理解氢原子的能量──折合质量的物理意义

当考虑原子核的运动，引进折合质量μ以后，氢原子的能量Ｅ＝μｖ２＋Ｕ（ｒ）表示电子相对于原子核运动的能量呢？还是表示氢原子在其质心参考系 中的能量？这显然是一个重要的问题，然而却存在不少混淆．本文证明：上式是整个氢原子在其质心参考系中的能量，并非电子相对于原子核运动的能量．一．三种不同的相对运动的能量     

参数微扰法计算氦原子基态能量

根据参数微扰法理论,选择有效核电荷数为z*=2-σ的两个类氢原子的ns态的波函数的组合,作为氦原子基态的1级至4级近似波函数.应用参数微扰法计算了氦原子基态4级近似能量.计算结果表明参数微扰法得到的氦原子基态4级近似能量与实验值的误差为ΔE=0.004922028e_s~2/a_0.     

用原子的发射光谱对氢原子、氦离子、氦原子内电子的运动瞬时速度和轨道半径的实测与研究

本文利用笔者发明的"原子内电子运动瞬时速度和轨道半径测量方法及其测量设备"(于2005年3月23日,由中华人民共和国国家知识产权局授予发明专利证书,发明专利号ZL00105041.9),对氢原子、氦离子、氦原子内旋转运动着的电子在发射不同频率的电磁波时的运动瞬时速度和轨道半径进行了实测与研究,首次实现了氢原子内电子运动参数的精确测量,氢原子的电子在发射(巴尔末谱线系)不同频率的电磁波时分别所对应的电子运动瞬时速度(km/s)是5173.9740,4899.4164,5510.2393,4673.4087,5860.4100,4313.0330;和分别对应的轨道半径(×10-12 m)是9.4640,10.5540,8.3440,11.6000,7.3770,13.6200.此结果与过去用其它方法实测的氢原子核间距离的一半32×10-12 m进行分析、比较,可以断定,用此方法测量的原子内电子运动瞬时速度和轨道半径数据是非常精确的.原子结构的动态"行星"模型图像第一次清晰地展现在人们的眼前;这标志着爱因斯坦与玻尔关于对"测不准原理"长期争论的结束;爱因斯坦的决定论观点取得了根本性的胜利.氢原子内旋转运动着的电子发射红、绿、兰、紫、紫外1、紫外2电磁波时,它所处的位置, 运动速度不同.每一个小周期内,电子发射两次电磁波.电子发射电磁波时,在一个位置上的运动速度较快,而在另一个位置上则较慢,即电子时而加快,时而又减慢;电子时而靠近原子核,进而又远离原子核,电子围绕原子核的旋转运动半径R 成周期性的变化;同时,电子旋转运动速度的大小也成周期性的变化,这正反映了原子的振动规律性.通过对氦离子、氦原子内旋转运动着的电子在发射不同频率的电磁波时的运动瞬时速度和轨道半径的实测、研究,发现氦原子的外层电子电离后,内层电子将作减速运动,并且内层电子的轨道半径将变大.氦原子内、外层电子在发射不同频率的电磁波时,所处的位置、运动速度均不相同;所发射的电磁波频率并非以其所在轨道半径的大小而成比例地增大或减小.实测证明电子发射电磁波频率的大小只取决于电子作减速运动的负加速度的大小.在每一个小周期内,电子发射两次电磁波,电子发射电磁波时,在一个位置上的运动速度较快,而在另一个位置上则较慢,即电子时而加快,时而又减慢;电子时而靠近原子核,进而又远离原子核,电子围绕原子核的运动半径R成周期性的变化,同时,电子旋转运动速度的大小也成周期性的变化.以上所测氢原子内电子的旋转运动轨道平均周期是0.79097372～1.98414850×10-17 s(注1飞秒=10-15 s);以上所测氦原子内电子的旋转运动轨道平均周期是4.764819～114.76487×10-22 s.     

原子核的手证对称性

手套有左右两只 ,ＤＮＡ有左旋右旋两种 ,许多分子也都有两个相互镜象对称的形式 ,通常称为左手形式和右手形式。现在 ,物理学家又发现原子核也有左手性和右手性两种模式。物理学家一直在寻找对称性和对称性破缺 ,从而揭示出基本的物理原理。最初 ,人们认为原子核是球形的 ,有着高度的对称性。后来实验发现原子核可以在很大程度上被拉长 ,甚至会像一支雪茄。2 0世纪 6 0年代 ,理论物理学家预言原子核可以有三轴形变 (即非轴对称形变 )———对称性进一步降低 ,但是一直都没有被实验证实。1997年 ,弗劳恩多夫 (Ｓ .Ｆｒａｕｅｎｄｏｒｆ)和孟…     

中微子质量之谜

中微子有无质量,苏、美科学家的实验结果不一致.为什么? 两年多以前,莫斯科的实验小组宣布中微子的质量至少不低于20eV.他们的结论得到爱沙尼亚科学院塔林实验小组的工作结果的支持[1].氚核(由一个质子和两个中子组成)β衰变为氦-3核(由两个质子和一个中子组成),当一个中子变为质子时,将释放出电子和中微子.莫斯科小组测量电子的能谱,从所得电子能量的极大值计算出中微子能量的极小值.从而得出中微子的质量;而塔林小组是用极灵敏的技术测量氚和氦-3质量之差,这一差值乃是中微子和电子在β衰变过程中所带走的总质量-能量.两个小组的实验结果…     

氦原子的基态波函数和库仑关联效应

通过比较基态氦原子的Hylleraas波函数与Roothaan-Hartree-Fock波函数和组态相互作用波函数的差异,利用图示的方法说明了Hylleraas波函数之所以精确原因在于其对电子之间库仑关联效应的正确描写,对Hylleraas波函数的分析表明库仑关联使两个电子倾向于出现在原子核的两边,据此提出的—个氦原子运动的简单模型也给出与实验吻合的基态能量.     

原子的超精细能级与光谱超精细结构

 原子是由原子核和核外电子构成的,原子核和核外电子都处在运动状态,具有能量.根据实验(例如光谱实验和夫兰克-赫兹实验等)和量子论研究表明,原子中电子(原子核也一样)的能量不是任意的,只能取一些不连续定值,即是量子化的.这些不连续的能量状态就是原子能级.     

人类能创造自己的太阳吗?

 科学家力图在地球上实现宇宙星体的能量反应并加以利用.人类能创造自己的太阳吗?答案是肯定的,而且前途乐观.世间万物无不享受着太阳的恩患.沐浴着太阳的光辉,地球才出现生命,形成繁荣的生物圈和万能的智慧圈,才进入今天的文明时代.人类自从从懂得使用火以来,开发能源的手段越来越多.本世纪三十年代,在核物理发展的早期科学家就已发现:四个氢原子核会聚合成一个较重的氦原子核,同时释放出巨大能量.不久,又发现这种轻核聚合反应是宇宙中星体能量的主要来源。     

新科学与新技术

中微子存在的直接证明从激发态原子核放射出来的α粒子和γ射线均具有严格的固定能量。但在β蜕变时,放射出来的电子则具有各种可能的能量,从零一直到标帜所予原子核的某个最大值为止。为了使这一事实与能量守恒定律以及原子核具有不连续的固定能阶相谐和,德国物理学家鲍里于1933年假定,在β蜕变时除了电子以外,同时还有另一种不带电的粒子从原子核中放射出来,它带走了一部分能量。这种粒子便称之为中微子。许多实验表明,别种核过程(K俘获,介子的蜕变)中,也一定有中微子参加。     

原子核的手证对称性

 手套有左右两只,ＤＮＡ有左旋右旋两种,许多分子也都有两个相互镜象对称的形式,通常称为左手形式和右手形式。现在,物理学家又发现原子核也有左手性和右手性两种模式。物理学家一直在寻找对称性和对称性破缺,从而揭示出基本的物理原理。最初,人们认为原子核是球形的,有着高度的对称性。后来实验发现原子核可以在很大程度上被拉长,甚至会像一支雪茄。20世纪60年代,理论物理学家预言原子核可以有三轴形变(即非轴对称形变)---对称性进一步降低,但是一直都没有被实验证实。     

类氢原子核质量对电子状态的影响

在孤立的两体复合系统中,讨论其中一体的变化如何影响另一体的状态,有助于了解单粒子混合态与纯态的关系.本文讨论5个孤立的一维类氢原子模型系统,原子核的质量互不相同.这5个两体(电子与原子核)复合系统的相对运动状态都处于纠缠态,其中电子状态都用约化密度矩阵表示的混合态描述.在原子核质量趋近无穷大的一维氢原子模型中,电子处于纯态.为比较这里的纯态和混合态,在位置表象中计算了这些混合态的纯度、它们分别与纯态的保真度、以及所有这些态的相干性.研究表明,原子核的质量越大,纯度和保真度越接近1,混合态的相干性与纯态的也越接近.这样的纯态及其相干性可以是这种混合态及其相干性的近似,并与原子核及库仑相互作用有关.     

高里德堡态氢原子与氦原子散射的高分辨研究

利用了氢原子飞渡时间谱实验方法对处于高n主量子数里德堡态的氢原子与氦原子的分子束散射过程进行了高分辨研究.测量了H(n)+He→H(n′)+He散射过程的散射微分截面.实验结果表明,产物主要分布在前向散射方向,在侧向也有一定的分布.在前向和侧向存在大量的振荡结构.同时详细的研究也表明,在上述的散射过程中往前散射的方向上,氢原子里德堡态主量子数n的变化并不是很大.实验结果得到了为理论上精确研究高n主量子数里德堡态的氢原子与氦原子的散射动力学的一套精细的实验数据.     

兰姆移位测量的进展

1947年,兰姆和雷瑟福从实验上发现,氢原子的2S1/2和 2P1/2能级之间有一微小差异:1057.8 GHz(109Hz);这就是著名的兰姆移位.它很快由量子电动力学(QED)得到解释:兰姆移位是由氢原子中单电于在原子核周围吸收和发射“虚光子”引起的. 理论指出,兰姆移位S近似地与原子序数Z4成正比     

原子序数为110的元素问世!?

苏联物理学家宣称他们造出了原子序数为110的目前世界上最重的元素,但美国和联邦德国的科学家们对此持怀疑态度. 尤里·奥冈尼西恩(Yuri Oganessian)和一个国际研究小组在莫斯科郊外的杜布纳联合核子研究所进行了以下两个实验:一个是用含有92个质子的铀236来轰击一束氩-40原子核,其核内有18个质子;另一个实验则是用含有90个质子的针原子核来轰击合有20个质子的钙-44.苏联科学家认为,轰击后的检测结果表明,由核裂变产生出来的原子核碎片在瞬间形成了一种含有质子数为110的新元素.他们还计算出这种新元素的半衰期为9ms. 联邦德国达姆士塔重离…     

原子核物理学简讯

意大利几位物理学家用罗馬附近弗拉司卡契的同步加速器进行实驗,在分析了数千张“扩散室”里获得的照片之后,发現了同位素氫—4;扩散室里充滿着9个大气压压力下的氦—4。新同位素氫—4的原子核內有3个中子和1个貭子。     

氦原子1sns组态能量及其相对论修正

利用Mathemtica语言开发了一套计算氦原子1sns组态能量的程序.提出了构造氦原子1sns组态波函数的新方法,利用Rayleigh-Ritz变分法对氦原子1sns(n=2—5)组态的非相对论能量进行了计算,并计算了其相对论修正值(包括质量修正、单体达尔文修正、双体达尔文修正、自旋-自旋接触相互作用修正、轨道-轨道相互作用修正),计算结果与实验值相当接近. 关键词： 氦原子 能量 变分法 Mathemtica程序     

锂原子基态能级的近似计算

将锂原子三电子哈密顿量H分解为H0(类氦锂离子与氢原子哈密顿量之和)与H′(微扰项),用微扰法计算体系的能量．在计算E0时涉及类氦锂离子能量,计算类氦锂离子能量时我们像求氦原子能量一样使用变分法,同时对计算结果作了讨论。     

用玻尔理论统一处理氢原子、电子偶素和氦原子基态能级

用玻尔氢原子理论处理氢原子和电子偶素基态的方法,在假定了氦原子基态的经典模型后,给出了氦原子基态能级和半径,并与实验和量子力学变分法计算的结果作比较,说明玻尔氢原子理论对氦原子基态能级的计算有一定的意义.     

实验室中获得密物质

科学家们昨天宣布,他们在加利福尼亚大学劳伦斯──伯克利实验室的加速器中首次观察到密物质.而人们一直认为这种密物质只存在于脉冲星、中子星及超新星这类崩溃了的恒星核中. 这一发现将有助于天体物理学家们进一步了解宇宙形成和恒星灭亡时所特有的超高温超高压条件下,物质的一些特性. 一切物质都能以各种不同的浓缩状态存在.人们一直相信原子核也是如此.而现在人们终于直接观察到了这一现象. 在伯克利实验室人们用一称为Bevalac的装置将重原子核加速到接近光速,然后用其轰击靶核时,得到这种密物质. 所有用于实验的原子核都取自于一种称…