一个探索中的新的物质的统一的图像：最小的超对称的大统一理论

介绍了一种正在探索中的新的物质统一的图像，指出这一理论涉及粒子物理的基本问题以外，并和宇宙认，宇宙结构问题密切相联系，还回顾了１９７２年在云南落雪山上所观测到的一个长寿命带电的重粒子的事例，指出这一事例有可能成为进一步探索这些理论问题的重要线索，作者们还怀念曾对云南站大云雾室建造有贡献的几位师长们。     

反物质和暗能量

 上个世纪,人类在探索宇宙奥秘和物质基本结构及其相互作用的道路上取得了辉煌的成就,建立了描述微观世界的粒子物理标准模型和描述宇观世界的大爆炸宇宙学标准模型。粒子宇宙学将微观世界和宇观世界、粒子物理学和天文学结合起来,研究早期宇宙这一极端条件下的物理规律,探讨基本粒子的相互作用的统一。近代宇宙学研究表明,在宇宙演化过程中经历了暴涨(Inflation)阶段。基于粒子物理的标量场理论,暴涨宇宙学不仅为经典大爆炸宇宙模型中的初始条件和疑难给予了答案,而且提供了一个描述宇宙大尺度结构成因的合理理论,并为近年观测所支持。     

μ子寿命测量实验

根据粒子的平均寿命测量原理,采用大面积塑料闪烁探测器和可编程逻辑器件设计了宇宙线μ子寿命测量的实验教学装置,使用该装置可实现对宇宙μ子寿命的直接测量.通过该实验,可使学生对高能物理理论、高能粒子探测器、高能粒子探测技术和数据获取、处理有整体的理解和认识.本文从实验教学内容和教学方法上对μ子寿命测量实验进行了探讨.     

经典粒子和量子微观粒子的运动轨道

用量子力学传播子讨论了经典粒子和量子微观粒子沿着不同轨道对传播子的贡献．通过这样的计算可以清楚地看到为什么经典粒子只是沿着满足最小作用原理的轨道，即经典轨道运动，而对于量子微观粒子沿着许多条路径都有可能．这篇短文将一些教科书中的讨论用具体的数学表达出来，使得读者更容易理解．计算表明，对于质量较大的经典粒子，沿着非经典轨道对传播子的贡献和它周围的临近轨道有强烈的抵消．只有在经典轨道附近对传播子的贡献才不为零．对于量子微观粒子没有这种差别，它可以沿着多种可能的轨道运动．     

强相互作用系统的对称性及其破缺

本文简要介绍对称性及其破缺的概念和基本的数学上所说的幺正对称性等的微观粒子实现，从而为利用抽象的数学描述物理问题奠定基础。本文还简要介绍早期宇宙强相互作用物质演化过程的对称性及其破缺，尤其是可见物质质量的产生(比如DCSB)以及强相互作用等基本相互作用的规范对称性和破缺，为有意向探讨早期宇宙强相互作用物质演化的青年学者和研究生提供必要的知识储备，并打开一扇窗口。同时，还简要讨论原子核的对称性及其破缺，尤其是作为强相互作用多体系统的束缚态研究中的基本理论方法、(多粒子)壳模型及相互作用玻色子近似模型(IBM)、集体运动的描述及集体运动模式演化(形状相变)的研究方法及进展简况，提供一些在基本理论方法与前沿研究课题之间建立桥梁的实例。     

量子计算机模拟幽灵粒子

正在量子力学领域,看似广袤空寂的宇宙真空中,却充满了无数幽灵般的粒子。这些粒子在有与无的两种状态间变化反复。量子力学认为,在微观层面宇宙呈现的是一个模糊的超现实世界,而虚拟粒子对包括一个粒子和一个反粒子,它们在真空条件下时隐时现,并对周围环境产生影响。量子计算机可以呈现在地球环境下难以形成的高能状态下粒子的行为,这张图是     

多缝衍射的计算机模拟与演示

利用一个多缝衍射模型模拟光和微观粒子的干涉衍射现象。该模型可演示光的双干涉、ｎ缝衍射及色散现象;也可演示微观粒子的单、双缝衍射,物质波的概率特性及粒子从量行为到经典行为的过渡。     

高电荷态离子与原子碰撞激发

高电荷态离子与原子碰撞激发原子碰撞物理实验是在研究微观粒子的结构、能级、碰撞过程、能量输运过程的基础上发展起来的．通过粒子与原子的碰撞，使我们对原子的内部结构有更进一步的了解．例如：卢瑟福由α粒子的碰撞实验发现原子中心有一个核，从而他提出了核式原子模...     

物理学的发展与“战场”概念的延拓

 自从人类社会出现了战争这一特殊的社会现象以来,武器装备便随着社会生产力的发展和科学技术的进步而不断地改进,战场也随之不断延拓:从陆地、水面、空中扩展到地下、水中及太空,从人们的视野范围扩展为国际、洲际乃至宇宙间的超视距作战。为了赢得高技术战争的胜利,世界各国还在微观粒子领域这一特殊的战场展开激烈的竞争。战场之所以能如此不断延拓,无一不记载着物理学的“丰功伟绩”。     

Efimov效应

在1970年，一位俄罗斯青年V．Efimov在他的博士论文中提出了一个新的量子现象，即两个微观粒子（例如中性原子或中子等）在一般情况下它们之间只存在微弱的相互作用，当有第三个粒子加入时，则在一定的条件下就会产生一种强相互作用，并可形成多种构形的束缚态。换句话说，就是产生了一个稳定的三粒子集团。     

方兴未艾的粒子天体物理学

 众所周知,粒子物理学的研究对象是粒子,其尺度范围小于１０－１３ｃｍ,质量小于１０－２３ｇ,是所谓的微观物理学。天体物理的研究对象是宇宙间的星体、星系乃至整个宇宙,其尺度范围大于１０１９ｃｍ,质量大于１０３９ｇ,是所谓的宇宙物理学,然而,这两门研究对象完全不同的学科从８０年代初开始却奇迹般地熔为一体,诞生了一门新学科：粒子天体物理学。 粒子天体物理学研究范围极广,例如：暗物质的本质;对来自太阳和超新星的中微子的观测;中子星附近的强大的加速机制的证据,以及关于对我们今天看到的数十亿光年的宇宙大尺度结构的形成起着重要作用的宇宙创生的量子涨落和拓扑结构的假设等问题,都是粒子天体物理学研究的范围。     

空间间接探测暗物质粒子

正在过去的几十年间,人类对于整个宇宙的认识有了飞跃式的发展,取得了辉煌的成就。基于近年天文观测的结果,一个暗物质暗能量暴涨的宇宙学标准模型被建立起来。我们的宇宙组成,如图1所示:已知的基本粒子只占整个宇宙的5%左右,而27%左右是不发光的暗物质,68%左右是类似真空能的暗能量。寻找暗物质粒子,研究暗能量的本质等,结合微观世界和宇观世界,结合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪物理学和天文学的一     

共振光学的推进

研究人员开发出一种利用光束加速微观粒子运动的方法。美国夏洛特市北卡罗来纳大学的VasilyAstratov及其同事与俄罗斯和英国的研究人员合作从理论和实验角度证明：与略大于或略小于光波长的粒子相比，周长为光波长的整数倍数的球形粒子明显受到了更强的光作用力。在用微米级聚苯乙烯粒子做实验时，     

原子核Gamow-Teller共振和β衰变寿命的超越平均场描述

原子核的β衰变是决定宇宙中从铁到铀重元素合成的关键核过程之一。原子核β衰变的主导核跃迁是Gamow-Teller(GT)跃迁，因此，研究原子核β衰变寿命的关键是准确描述原子核的GT跃迁。描述原子核GT跃迁和β衰变寿命最常用的理论模型之一为无规相位近似(RPA)模型。然而，由于该模型仅考虑了一粒子一空穴激发组态，因此无法给出GT共振宽度，并容易高估β衰变寿命。为了克服上述困难，基于Skyrme密度泛函，发展了包含粒子振动耦合效应的无规相位近似(RPA+PVC)模型。相比于RPA模型，该模型在组态空间进一步考虑了一粒子一空穴和声子的耦合组态，从而包含了超越平均场的多体关联效应。为了推广至开壳原子核的研究，进一步考虑了对关联效应，发展了包含准粒子振动耦合效应的准粒子无规相位近似(QRPA+QPVC)模型。基于上述模型，研究了幻数原子核和超流原子核的GT跃迁、β衰变和β+/电子俘获。研究发现，采用同一组Skyrme相互作用参数SkM*，上述模型能够重现实验测量的GT共振宽度和跃迁强度分布，部分解释实验观测的GT跃迁强度压低问题，并同时改进对β衰变寿命的描述。该文针对上述最新研究进展进行了综述，并对将来的发展方向给出展望。     

我国物质结构研究的大型实验平台

古往今来,人们一直在思考和探索这样一个问题:我们赖以生存的物质世界,大到天体宇宙,小至微尘粒子,空间是怎么构成的?这,仍然是21世纪科学的前沿课题。孔子曰:"工欲善其事,必先利其器",说的是工具的重要性。近年来,国家投资建设一批重大科学设施,用于开展从粒子层次、原子核层次、原子-分子层次、地球层次、星系层次乃宇宙层次的物质结构前沿研究,包括北京正负电子对撞     

狄拉克科学贡献中的美学思想

 狄拉克（Ｐ．Ｄｉｒａｃ,１９０２-１９８４）是世界著名的数学物理学家．他的研究工作主要在量子力学的数学和理论两个方面,他最重要的科学贡献是于１９２８年建立了相对论量子力学的狄拉克方程,从而获得了１９３３年诺贝尔物理学奖．其实,狄拉克巨大的科学贡献深受他的美学思想的影响,让我们在此一睹狄拉克科学贡献中的数学美和对称美．一、狄拉克方程──数学美２０世纪２０年代末,量子力学已经建立,用它来研究和处理微观粒子的低速运动问题取得了很大成功．同时,爱因斯坦建立的相对论,虽然能够讨论粒子的高速运动,但在处理微观粒子的波粒二象性上却无能为力．     

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…     

探测和操纵量子世界中的个体——2012年诺贝尔物理学奖科学贡献评述

 大家知道, 微观物体通常表现出完全不同于经典物体运动的量子行为, 其根本特征是具有波粒二象性:实物微观粒子会像光波、水波一样, 具有传播、干涉和衍射的波动行为, 这就是所谓的物质德布罗意波;光也会像实物粒子一样具有特定的动量和能量, 与实物粒子碰撞遵守能量-动量守恒定律。     

天体粒子物理——天文学与粒子物理学的交叉

天体粒子物理是一个正在迅速成长中的交叉领域，文章介绍了这个学科的若干近期进展。限于篇幅，选择讨论的内容涉及暗物质与残骸粒子、中微子天文学、γ射线天文学、宇宙线、宇宙微波背景与暴胀、早期宇宙等。     

探索微观世界的眼睛——量能器

正人类的生存和活动离不开从环境中获取各种信息。在现代科技主导的信息社会中,各种传感器和探测器成为人类感官的延伸,其技术的进步不断推动人类对自然的认知、适应和发展。粒子物理与核物理的研究中有这样一类特殊的探测器,承担着测量微观粒子能量等性质的艰巨任务,它们就是量能器(calorimeter)。量能器测量微观粒子的能量主要依赖于粒子与量能器的相互作用。从相似的原理出发,