磁单极的三世三生——本科生硕士生博士生层面的磁单极精讲

磁单极是在科学文献和科普读物中经常可以见到的名词.本文从电磁学、电动力学、电-磁对偶性、规范不变性、各向同性的矢量势、量子力学、纤维丛理论、非阿贝尔规范场论、规范对称性自发破缺、孤子、暴胀宇宙论等几个不同的层面,回顾了人们对磁单极认识的逐步提高过程.在这个过程中,磁单极不断地以新的面貌再生,但是在现实世界中搜寻磁单极子的工作仍然任重道远.     

自发对称性破缺与量子电动力学中有效势的积分表示式

本文首先在标量场论的情形下,用最速下降法对有效势的泛函数形式作了简要的评论.然后,又将该形式应用于量子电动力学,并采用单圈近似公式,导出了有效势的积分表示式.由于在单维空间和单维时间中,量子电动力学不存在自发对称性破缺,从而证明本文所导出的有效势的积分表示式是正确的.     

对称性自发破缺与规范理论

一、引 言 基本粒子间的相互作用具有各种对称性,其中有些是严格对称的,有些只是近似地满足对称性要求,后者称为被破坏的对称性.被破坏的对称性又可分两类:一是象微扰项那样的某种外部原因使对称性遭到破坏的;二是由于某种内部原因使对称性自发地被破坏的.这后者我们称为对称性的自发破缺. 用对称性自发破缺理论,成功地解释了超导性和铁磁性等物理现象.因此,把它推广到基本粒子理论里的工作,曾引起了广泛兴趣. 若存在有对称性自发破缺,那末同时必然会出现Goldstone玻色子,但在目然界里至今还没有发现过这种粒子.Higgs机制解决了如何避免出…     

夸克与对称性自发破缺

用普通物理和原子物理的语言论述了对称性破缺机制和理论模型,介绍了2008年度诺贝尔物理学获奖者小林诚(Makoto Kobayashi)、益川敏英(Toshihide Maskawa)关于弱相互作用的理论模型(KM模型)和对称性破缺的起源,它是对电弱统一理论的完美补充;详细分析了在微观粒子世界系列实验中对称性自发破缺和夸克的发现.     

SOS: 对称操作相似原理

凝聚态物理学往往为对称性所支配。自发对称性破缺将导致相变,而且许多可观测量或物 理现象都与破缺的对称性有关,如铁电极化、铁磁磁化、旋光性（包括法拉第旋转和磁光克尔旋 转）、二次谐波发生、光伏效应、非互易性、霍尔效应型输运以及多铁性。在这里,我们提出以 下观点：从对称性破缺的角度来看,当构成量（如自旋排列、晶格畸变,或处于外场以及其他环 境中等）或测量方式（如光学探测,或处于不同极性态中电子和其它粒子探测,或对体极化[磁 化] 等的测量）遵循对称操作相似(symmetry operational similarity, SOS) 原理时,我们便可以 观测到某些特定的物理现象。这种SOS原理提供了一种在复杂材料中用简洁而清晰的物理图像描 述非直观物理现象的途径。反之,也可以用于甄别具有潜在需求特性的新材料,或发现已知材料 中新的物理现象。     

博士论文录

 函数的一些物理过程以及目前存在的一些关于强子波函数的唯象模型.本文的第二部分是作者的研究成果.在关于手征对称性自发破缺的研究中,作者提出了一种用关于夸克凝聚的自洽方程确定重整化群不变的夸克凝聚数值的方法,计算了发生动力学自发破缺强耦合常数的阈值.在单圈、双圈近似下分别计算了夸克凝聚的数值,得到了合理的结果.同时给出了一种发生动力学自发破缺的图象.     

均匀恒定磁场中带电狄拉克粒子的超对称性和本征能谱

基于狄拉克方程中γ矩阵有结构、可分解的观点, 把γ矩阵分解为自旋空间和正反粒子空间的算子的直积, 确定了均匀恒定磁场中带电狄拉克粒子的哈密顿量的动力学超对称性和可互易的完备的物理量算子集及其量子数集, 求得了用上述量子数完全集标志的该哈密顿量的解析的本征解,讨论了系统的哈密顿H的动力学超对称性中自旋对称性和正反粒子对称性破缺的不同情况,确定了自旋剩余超对称性导致的自旋简并子空间的超对称性变换群算子.     

三角点阵Eguchi-Kawai模型的Monte Carlo研究

本文对三角点阵的EK模型进行Monte Carlo研究. 结果表明, 对二维情况不存在U(1)对称性的自发破缺, 对三维情况, 在弱耦合区看到了明显的U(1)对称性的自发破缺.     

一类三次方对称离散混沌系统的分岔控制

通过分析对称性破缺分岔机制, 采用了一个直接的、有效的线性控制器, 精确控制了一类三次方对称离散混沌系统发生对称性破缺分岔和倍周期分岔时分岔点的位置. 进而分析了系统对初始值的敏感性和对称性, 选择合适的吸引域, 将对称性破缺分岔进行进一步控制, 从而使得对称性破缺分岔所缺解枝得以恢复. 数值结果表明了该控制器的有效性. 关键词： 离散混沌系统 对称性破缺 倍周期 分岔控制     

反激光器与光的捕获

时间反演对称性是经典电动力学与非相对论性量子力学的一种基本对称性,它描述的是时间反演后某些基本物理过程依然成立.例如,刚性光滑小球之间的碰撞过程在时间反演后仍然满足牛顿运动定律,然而微观尺度上摩擦力却导致了时间反演对称性破缺,即小球运动减慢与时间反演后加快不相符.推广到电磁场,一方面,真空中的电磁波传播就类似于无摩擦情况下的小球碰撞,满足时间反演不变性;另一方面,与电磁波相互作用的介质可以吸收电磁波,类似于摩擦力的作用,从而破坏了时间反演对称性.简单地说,吸收     

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根据第二类气球模理论,在托卡马克中诸如不稳定漂移波类的环形局部模将在径向呈现源于环形性的对称性自发破缺。以流体离子温度梯度模模型方程为例,解出在准环坐标系中由对称性自发破缺产生的二维局部模本征模式。在略去边带效应后,它成为具有径向位移修正的平板模式。由位移修正离子温度梯度模式导出了种子平行雷诺胁强,而它在传统的(无位移修正的)平板模式下被证明为零。     

破缺的对称性——简评2008年诺贝尔物理学奖

2008年10月7日北京时间下午5点45分,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将本年度的诺贝尔物理学奖的一半授予美国芝加哥大学的南部阳一郎（Yoichiro Nambu）,以表彰他发现了亚原子物理中对称性自发破缺的机制,奖项的另一半由日本高能加速器研究机构（KEK）的小林诚（Makoto Kobayashi）和京都大学的益川敏英（Toshihide Maskawa）分享,以表彰他们发现了对称性破缺的起源,并由此预言了自然界中至少有3个夸克家族存在．     

对称性自发破缺所诱发的种子平行雷诺胁强

根据第二类气球模理论,在托卡马克中诸如不稳定漂移波类的环形局部模将在径向呈现源于环形性的对称性自发破缺。以流体离子温度梯度模模型方程为例,解出在准环坐标系中由对称性自发破缺产生的二维局部模本征模式。在略去边带效应后,它成为具有径向位移修正的平板模式。由位移修正离子温度梯度模式导出了种子平行雷诺胁强,而它在传统的(无位移修正的)平板模式下被证明为零。     

对称性、对称性破缺和相变

本文将扼要介绍物理学中对称性的分类及其特征,说明对称性破缺与一物理系统从无序到有序的相变过程间的关系,并讨论了对称性破缺出现的前提     

洛伦兹破缺理论与Vaidya黑洞弯曲时空中的Dirac粒子隧穿辐射特征

本文把平直时空中的洛伦兹对称性破缺的Dirac方程推广到动态Vaidya黑洞弯曲时空中.由于动态Vaidya黑洞的表观视界与类时极限面重合,根据霍金辐射量子效应理论,我们在Vaidya黑洞的表观视界ra=2M(v)处研究了洛伦兹破缺理论对Dirac粒子Hawking隧穿辐射特征的影响.我们通过gamma矩阵的对易性质和半经典近似得到了一个新的洛伦兹对称性破缺的Dirac-Hamilton-Jacobi方程,并利用这一修正的Dirac-Hamilton-Jacobi方程研究了Dirac粒子隧穿辐射的特征,讨论了洛伦兹对称性破缺对动态球对称Vaidya黑洞的热力学参数的影响.结果发现,洛伦兹破缺理论中仅有类以太修正项会对黑洞热力学性质带来修正.同时,还发现修正Hawking温度与类以太矢量修正项系数的正负有关,而我们之前应用洛伦兹破缺理论研究标量粒子的修正Hawking温度也是与类以太矢量修正项系数的正负有关的.     

对称性,对称性破缺和相变

本文将扼要介绍物理学中对称性的分类及其特征，说明对称性破缺与一物理系统从无序到有序的相变过程间的关系，并讨论了对称性破缺出现的前提。     

受限于对称性破缺狭缝间氢键流体的相平衡研究

利用密度泛函理论并结合改进的基本度量理论研究了受限于对称性破缺狭缝间氢键流体的相平衡. 首先根据氢键流体的吸附-脱附等温线及相应巨势获得不同条件下氢键流体的相图. 进一步讨论了氢键作用、狭缝间距、狭缝与流体分子间相互作用及对称性破缺程度等因素对氢键流体相平衡的影响. 结果表明, 由于狭缝与流体分子及流体分子间的相互作用存在竞争, 使得受限于对称性破缺条件下的氢键流体呈现更为复杂的相态特征.     

磁单极

在经典电动力学的麦克斯韦方程组中,·D=σf,而·B=0。这意味着和电荷相应的磁荷(磁单极)不存在。因而,在经典的麦克斯韦电磁理论中,电和磁并不处在完全对称的地位。对此,人们不很满意。如果自然界有磁荷存在,那么只要假定所有粒子的磁荷一电荷比是同一常数,总能通过适当的数学变换使麦克斯韦方程组仍具有目前这种形式。 近代对磁单极的讨论始于1931年Dirac的一篇文章[1]。Dirac指出:如果自然界有磁荷存在,则任何粒子的电荷就必须是量子化的,即必须是电子电荷的整数倍。1974年,A,M.polyakov(苏联)和G.t’Hooft(芬兰)又指出:磁单极的质量…     

在SU(2)模型中费密子的质量与Rubakov效应

在自发破缺的具有Higgs三重态的SU(2)规范理论中,讨论了同位旋1/2的费密子的质量对费密子-磁单极束缚态的影响。结果表明,当费密子与Higgs场之间的直接耦合趋于零,但狄拉克质量保持固定时,费密子-磁单极束缚态的必要条件必不被满足。这个结果意味着对于SU(2)模型由于狄拉克质量效应,Rubakov效应不存在。 关键词：     

磁单极强度的单位与电磁对称性

在国际单位制里，目前关于磁单极强度的单位有两种，一种是用磁场强度定义的单位，另一种是用磁感强度定义的单位．本文从电磁对称性的角度考虑，认为在目前的电动力学框架里，用磁场强度定义磁单极强度的单位比较合适．