走向统一的自然力 强力、弱力和电磁力的大统一(Ⅲ)

<正>(3)量子电动力学量子电动力学是在量子力学和相对论的基础上发展起来的描述电磁力的基本理论。如果说电动力学是描述电磁力的经典场论,那么量子电动力学就是描述电磁力的量子场论。场是连续分布的、具有无穷维自由度的系统;场论是关于场的性质、相互作用和运动     

《量子场论导论》——一本推荐给研究生的好教材

正中国科学院高能物理研究所黄涛研究员撰写的《量子场论导论》由北京大学出版社作为《中外物理学精品书系》出版,已于2015年底与读者见面。量子场论是描述高速微观粒子现象和规律的基本理论,它的基础是量子力学和相对论。量子电动力学是最早发展和最成功的量子场论,已经经受了60多年实验的验证,为电磁相互作用的基本理论。由于粒子物理实验的飞速发展和理论的深入研究进一步推动了量子场     

从量子电动力学的创立历史看物理学思维的特色和价值

<正>物理学是在人类的技术、语言和思维的极限之处的极限运动。——作者人们常说20世纪有两大成功的物理理论,即相对论和量子力学,而量子场论是狭义相对论和量子力学结合的产物。虽说这样一个简单的说法大体上是没错的,量子电动力学作为第一个量子场论理论确实是作为狭义相对论和量子力学结合的产物而诞生的,但是这个简单的说法并不足以揭示量子场论所具有的巨大价值和魅力,反而好像是说可以由相对论和量子力学的原理自然地导出量子场论。     

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.     

狄拉克与相对论量子力学

以20世纪20年代物理学发展所遇到的困难为科学背景,从3个方面阐述了狄拉克相对论量子力学形成的过程及其深刻的物理内涵;作为完全相对论量子理论中的一种单粒子理论,狄拉克方程的建立又进一步推动了量子电动力学和量子场论等新理论的建立与发展.     

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:     

关于复合粒子量子场论的重整化理论和红外发散消去问题

量子电动力学以及量子场论的重整化理论的建立已经近三十年了。但包含复合粒子的跃迁、产生、湮灭等过程的辐射修正的计算问题却没有很好解决。近来,由于复合粒子场论的研究有一些进展,这就又提出了对复合粒子体系如何重整化以及如何消去红外发散的问题。     

走向统一的自然力 强力、弱力和电磁力的大统一(Ⅰ)

<正>杨-密尔斯规范场、弱电统一理论和粒子物理夸克模型的发现,使人们认识到,不仅电磁力可用U(1)规范场来描述,而且弱电力和强力也可分别用U(1)SU(2)和SU(3)规范场来描述。于是,用U(1)SU(2)SU(3)规范场来统一描述强力、弱力和电磁力便成为粒子物理的标准模型。本讲第一部分通过引入量子概念、建立量子力学,进而介绍能够完     

量子理论的发展过程与浅评

量子理论,亦称量子物理学,是20世纪与相对论并肩崛起的又一场物理科学的重大变革,是探索微观粒子运动规律的物理学新理论。到目前为止,它的发展过程历经了旧量子论,量子力学,量子电动力学,量子味动力学和量子色动力学五个阶段。这里作简要介绍如下。     

中国量子场论研究的初期

量子力学是微观物理的基本理论。它的建立是物理学中划时代的成就。1925年Heisenberg和1926年Schrodinger的工作奠定了量子力学的基础。这个理论开始时被应用于原子的能级。在这类工作中电子满足量子力学,电磁场则仍是经典的。这样的理论虽然很好地给出了氢原子的能级公式,但是它不能反映光的量子性。人们立刻认识到,它不能计算光电效应和原子的自发辐射这类包含光子的消灭和产生的问题。因此量子力学的先驱们很快就着手研究场的量子理论。这导致量子场论的建立。     

质量算符和五维概率分布空间的规范场理论(英文)

鉴于量子场论中普遍存在的粒子产生和湮灭,把描述场量的独立变量个数从量子力学波函数的4个常规时空坐标推广到了5个,其中第5个独立变量对应为粒子的内禀固有时,但是粒子运动的背景还是4维的常规时空。在场函数中固有时之所以可以看作为独立于常规时空坐标的变量,不仅是量子物理所特有的概率性描述语言所允许的,而且有可能是描述量子场论中广泛存在的粒子产生和湮灭现象所必需的。与此对应,在量子场论中,引入了质量算符((?)=-i(?))。由此,自由费米场在推广到五维概率分布空间和引入质量算符的基础上,根据相互作用的规范原理,引入了矢量规范相互作用和标量规范相互作用,同时所有的基本粒子的质量项都由质量算符自然地呈现。在此物理图像下,原则上基本粒子的质量应该通过求解相互作用耦合下的质量算符的本征值得到。此外,理论中存在普遍耦合的标量规范场和质量算符天然地联系在一起,有可能和引力作用对应起来。     

《强激光与粒子束》“超强激光激发的强场量子电动力学”专栏征稿启事

正征稿截止日期:2022年2月30日计划出版日期:2022年6月30日近年来,随着激光放大技术的发展,激光器的功率已接近百拍瓦,在这样高强度激光场中,经典电动力学无法正确地描述包括辐射在内的许多物理现象,而需要用强场量子电动力学(Strong Field Quantum Electrodynamics,QED)来描述和研究等离子体与激光相互作用中发生的基本物理过程。强场QED作为描述极端强度电磁场中电磁相互作用的量子理论,是在QED的基础上发展起来的。它预言在很高的电磁场强度下会出现大量新的物理现象,包括辐射中的高阶非线性效应和辐射阻尼效应、Schwinger对产生、真空极化、真空双折射效应、     

谢尔特岛会议与战后美国物理学的成熟

谢尔特岛会议是科学史上一次著名的会议.主要议题是针对战前遗留的量子力学发散困难和电子电磁自能无穷大问题.兰姆实验表明:量子场论的困境并不是一个无穷大、而是一个有限且很小的量,理论物理学家的任务就是要证明这个量的确存在.贝蒂、费曼釆用的重正化方案和施温格所用的哈密顿量正则变换方法使这些困难迎刃而解.美国新生代物理学家几乎独立地完成了量子电动力学的创建.这次会议的成功召开,标志着战后美国物理学已经成熟.     

真空不空

在物理学中,真空是一个非常古老的概念。一方面,相对论的诞生摒弃了经典物理学中的真空中充满以太的概念,另一方面,量子力学的建立,又赋予了真空非常丰富的物理内容。作者将综述在相对论量子力学、量子场论以及量子信息学的视角下,所揭示的真空的各种结构和特性。不难发现,真空的量子理论,在现代物理学诸多领域中占有非常重要、甚至是根本性的地位;而且对于真空本质的进一步深入研究,将有可能带来量子物理学新的革命性的发展。     

超弦与M理论

 1.弦与相互作用统一理论20世纪物理学的两个最伟大成就是量子论与相对论。量子场论描述微观世界的基本粒子及其相互作用。广义相对论作为引力理论描述像星体、星系、黑洞及宇宙一类大尺度、巨质量体系。理解一般物理系统要么利用量子场论,要么求助于广义相对论,不会交叉动用这两个不同的理论体系。但是的确存在一些极端物理情景既涉及巨质量(需要广义相对论)又牵连极小距离尺度(需要量子场论),这类体系的正确理解必须建立在一个广义相对论与量子场论相互协调的框架内,换句话说就是需要量子引力理论。     

时间究竟是什么

物理学家们对于时间是什么有越来越多的争论,几十年来,他们试图将描述非常小的事物如何行事的量子力学理论与描述空间、时间和物质之间相互作用的广义相对论结合起来形成一个能描述整个宇宙的量子引力理论,加拿大佩里米特学院的理论物理学家斯莫林(L.Smolin)说:由于在广义相对论和量子理论中对于时间有迥异的概念,故如何在量子引力理论中协调时间的概念就成了一大难题.     

规范场论的发展和超对称性

对称性是宇宙间普遍存在的一种性质,在物理学中它表现为物理定律在某种对称变换下的不变性.现代物理学的两大支柱——量子力学和相对论的发展使这种对称性占有了特殊重要的地位. 最近二十多年里发展起来的规范场论便是以规范变换群下的不变性为特征来说明各种基本物理现象的理论.由于这一理论为描述各种基本自然力提供了一个适当的框架,自六十年代末期起,它在统一描述基本自然力的方面取得了重大进展,使爱因斯坦在晚期从事多年而未获得成功的统一场论研究在新的条件下重新获得了生命,因此很多人也把规范场论直接叫做统一场论.不过,规范场论…     

计算机代数在量子力学和量子电动力学中的应用

本文通过作者具体工作的几个例子说明计算机代数在量子力学和量子电动力学中的应用。它们是:①以一维多项式幂次势的计算为例说明升降算符的计算机代数处理方法;②以因式分解法解三维谐振子径向方程为例说明解析递推关系和公式匹配的计算机处理;③以特殊函数为例说明递归的使用方法;④以Compton散射和电子-电子散射为例说明γ矩阵和Feynman图的计算机代数处理方法。并且最后讨论了在量子力学和量子电动力学中应用计算机代数的一些情况。     

费因曼和量子场论

一、通向量子电动力学之路 1965年10月10日,瑞典国王向费因曼和朝永振一郎、施温格三位教授颁发了诺贝尔奖金物理学奖,以表彰他们对发展量子电动力学所做的奠基性工作.这些工作中,特别值得称颂的是由费因曼创造的并以他的名字命名的费因曼图方法,它对现代物理学的发展起了极其重要的作用. 本世纪三十年代,现代物理学基石之一的量子力学正处在蓬勃发展的时期,费因曼作为麻省理工学院的一位大学生,他深深感到“电和磁的量子理论完全不能令人满意”是当时理论物理学的一个基本问题.他对海特勒(Heiter)和狄喇克的两本著名的量子力学经典著作给…     

著名物理学家谈超弦(五)

 理查德·费因曼去世前是美国加利福尼亚理工学院物理系的教授.他被公认为是现代粒子物理理论和量子场论的一位奠基人.由于他关于量子电动力学的开创性工作,曾荣获诺贝尔奖.作为现代基础物理学界的一位元老,他对于超弦理论的批评特别中肯.1988年他因病与世长辞.问:几年前斯替芬·霍金(Stephen Hawking)说过,理论物理学的末日似乎已经为期不远了.