寻找轴子的实验现状

一、引 言 从微观到宏观的所有自然现象都可以归纳为四类相互作用,即引力相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用[1]这四类相互作用的差别可以用表征它们的作用强度的常数来说明.上述四种相互作用的作用强度常数之比是 10-45:10-7:10-2:10.由干这四类相互作用的差别是如此之大,所以到目前为止,还没有厂个理论能够统一地用来描写它们,而只能用各种不同的理论或者模型分别去描写这四类相互作用.其中,只有描写引力相互作用和电磁相互作用的理论比较成功.经典电动力学和量子电动力学可以用于解释在目前实验观测所能达到的极限范围内(从…     

万有引力常数G精确测量实验进展

万有引力常数G是人类历史上引入的第一个基本物理学常数,其在理论物理、天体物理和地球物理等许多领域中扮演着重要角色.两百多年来,人们共测量出了200多个G值,但G的测量精度仍然是所有物理学常数中最差的,这一现象反映了测G工作本身的复杂性和困难性.本文简要概述了G值测量的意义和测G的历史,并结合自2010年以来国际上新出现的三个高精度测G实验介绍这一领域的研究进展,以及华中科技大学引力实验中心测G工作的最新动态.     

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.     

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     

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:     

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     

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…     

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…     

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…     

引力波探测和引力波天文学

 引力相互作用是目前人类已经认识的四种基本相互作用之一。广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的引力理论。     

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…     

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     

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     

双星并合揭示中子星结构

正上世纪最伟大的科学成就之一是建立了粒子物理标准模型,认为自然界存在强力、弱力、电磁力和引力这四种基本相互作用。尽管引力未被成功地量子化,但它可被爱因斯坦广义相对论很好地描述(参见本刊2018年第2期第98页);弱力和电磁力被电弱理论统一地刻画;强力的理论框架则是量子色动力学(QCD)。研究发现,在能标较高时,QCD具有渐近自由属性,并已被高能实验定量检验;然而在较低能标下,如何理解QCD     

基本物理常数概述及牛顿引力常数的测量

据不完全统计,基本物理常数有160余个之多,覆盖物理学各个领域。自国际科学技术数据委员会(CODATA)1973年首次发表国际推荐值以来,至今已发表了6次推荐值。文章介绍了基本物理常数的分类以及近期发表的基本物理常数领域的主要成就。这些成就及新的突破对物理学和计量学具有重要的意义。牛顿引力常数是测量万有引力的重要常数,具有深远的意义,但其数值极小,因此测量难度很大;二百余年来,科学家精益求精,不断更新方法,以求减小其测量的不确定度。     

从W~±和Z~0粒子的发现谈起(下)──规范理论的发展及其在粒子物理中的应用

二、规范理论在粒子物理研究中的应用 粒子物理主要研究组成物质世界的最基本单元是什么以及这些基本粒子之间相互作用和运动转化规律.利用对称性对粒子物理进行研究一直是一个重要方法,而且已经取得了很大进展.对认识粒子物理起了积极有效作用. 规范理论实质上也是一种对称性理论,它要求系统在一些么正么模群变换下具有不变性,即具有么正么模对称性.由于这种要求会自动给出粒子间相互作用形式,这就十分有利于粒子物理的研究.70年代以来,规范理论已经成为研究基本粒子的主要理论工具. 物理学家认为组成物质世界的基本粒子是轻子和夸克.轻子…     

爱因斯坦广义相对论在字宙尺度通过了严格测试

引力理论是我们理解宇宙的基础．鉴于它所适用的尺度范围极宽,对于理论正确性的验证也需要在不同的尺度范围进行．与其他种类的力相比,引力本征弱小．因此,相关实验在太阳系尺度所做出的结果,要比在地球实验室（例如,卡文迪什实验室）的结果更好．然而,在更为广阔的宇宙尺度范围,测试引力理论的研究却又会遇到新的困难．     

存在第五种力吗?

正目前已经认识到自然界存在四种基本作用力。引力即为其中之一,由广义相对论描述,且经受多种观测检验。然而,出于量子化引力或解释暗物质和暗能量等方面的考虑,一些学者推测会存在第五种力:间距r质量分别m_1,m_2的质点之间的势能为V_5(r)=-α(Gm_1m_2/r)exp[-r/λ],其中G为引力常数。这种力有两个特征参数:力程λ和作     

里德伯常数的历史回顾和新进展

里德伯常数是重要的基本物理常数.在原子物理学中,计算能级时离不开里德伯常数.许多常数都与它有联系,反映了光谱与原子结构之间的密切关系.它在基本物理常数的最小二乘法平差中,被列为辅助常数,是平差计算的基础.里德伯常数提出已经整整100年了.为了纪念这一重大成果,特作此文. 一、历史 回 顾 早在19世纪50年代,瑞典的光谱学家Angstrom通过火花放电的光谱观测,证实了Fraunhofer观察到的某些太阳谱线正是氢的谱线Ha,HB,Hr及H　 他精确地测量了这四根谱线的波长,有效数字达5—6位.1884年,瑞士的中学数学教师Balmer从投影几何得到启示,提…