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     

物质结构在夸克-轻子层次上的动力学规律和研究发展趋势

文章综述了粒子物理中标准模型理论的历史发展、面临挑战以及未来的发展趋势.目前阶段物质结构最小组成单元是夸克和轻子,量子色动力学是描述夸克-胶子之间强相互作用的基本理论,它具有渐近自由和夸克禁闭的特点.量子色动力学和电弱统一理论一起构成粒子物理中标准模型理论.标准模型理论成功同时也面临两大挑战:对称性破缺的本质和夸克禁闭难题,这意味着标准模型理论需要发展和突破.人们期望粒子物理学、天文学和宇宙学交叉发展联手解决物质结构和早期宇宙研究中面临的难题,最终揭示超出标准模型的新物理规律.     

关于SU(3)×U(1)轻子和夸克弱电统一模型的一些讨论

本文讨论了SU(3)×U(1)轻子和夸克弱电统一模型中的几个问题:(ⅰ)讨论了Higgs场的两种选取方案所得结果的异同以及与weinberg-Salam模型的关系;(ⅱ)给出从Higgs自作用势给出理论所要求的破缺的证明,并对结果进行了讨论;(ⅲ)考察了当理论中放入几组费米子多重态时,轻子与夸克的质谱性质和夸克的广义Cabibbo混合出现的来源。     

美国的基本粒子物理研究

在过去的二十年内,基本粒子领域的研究取得了 巨大的成功.美国的一个基本粒子物理的专门小组把 近二十年来的惊人进展概括为以下几个方面:形成了 一个宇宙的标准模型——宇宙是由夸克和轻子组成 的,而它们又通过光子、胶子、w和z粒子联系在一起; 弱作用力和电磁作用力由规范场理论把它们统一起 来;借助量子色动力学认识了重子和介子的结构;相 互作用的夸克和胶子理论;所有的自然力完美地统一 起来的可能性;基本粒子物理和宇宙论的收敛性.这 里每一项成功都确助于阐明另外各项. 成就是巨大的,然而遗留下来的问题也是相当尖 锐的. 质量的起因…     

中国物理学各分支学科近十年的进展

 近年来,我国粒子物理学工作者在确认、检验和发展标准模型理论方面进行了系统而深入的研究.例如在层子模型基础上深入研究强子内部结构和相对论内部波函数;结合北京正负电子对撞机物理研究胶球和夸克之间的相互作用,量子色动力学应用到高能和低能区的唯象和场论方面的研究,弱电统一模型理论中参数性质和本质的研究,τ轻子性质和普适性的研究;弱电统一模型的精确检验和高级修正效应的计算,Higgs粒子唯象和弱电对称性破缺机制的研究等方面都做出了一批有相当水平的工作.     

将超对称大统一理论嵌入扩充超引力的尝试

本文假设N=8扩充超引力能形成复合超多重态,并探讨了{3/2,8}_N=8^SU(8)和{2,28}_N=8^SU(8)两种复合超多重态容纳SU(5)超对称大统一理论的可能性。在较为苛刻的假设下,能由{3/2,8}_N=8^SU(8)方案得到三代轻子夸克和较满意的SU(5)超对称大统一粒子谱。在较为合理的假设下,能由{2,28}_N=8^SU(8) 关键词：     

顶夸克为什么这么重?

 在费米实验室Tevatron质子-反质子对撞机上的CDF实验得到了第六味夸克(顶夸克)存在的证据(今年三月份,D0和CDF实验组同时宣布他们观测到了顶夸克--译者注),它使大家的注意力集中到了标准模型中的粒子的不寻常质量模式上。标准模型包含有三对夸克、三种带电轻子(电子、μ子和τ轻子)和其对应的三种中微子。夸克之间通过胶子“场”进行相互作用,同时也进行弱电相互作用。     

规范场和夸克动力学模型--关于QCD和层子模型的议论

文章讨论了夸克QCD模型和层子模型的关系，说明夸克动力学模型的基础是非亚贝尔规范场理论．层子模型是半唯象理论，没有动力学互作用的机制．QCD由于以非亚贝尔规范场为动力学互作用机制，在高能行为有渐近自由的重要性质．层子模型是低能束缚态的唯象性质的模型，与渐近自由是完全无关．强调“渐近自由”是一个独立于夸克模型的物理概念，它的理论基础是非亚贝尔规范场理论；当把非亚贝尔规范场作为夸克相互作用建立了夸克的动力学模型——量子色动力学（quantum chromodynamics，QCD）；层子模型是想把静态夸克模型发展为动力学模型，但它走的路线与QCD完全不同，层子的互作用不涉及非亚贝尔规范场，与渐近自由是不同概念和不同思想和不同考察区域；文章还指出夸克动力学的QCD模型同层子模型是哲学思想不同，物理思想也不相同的路线，层子模型没有接纳非亚贝尔规范场而未能达成创新的成果．文章也强调三十多年前层子模型研究的创新意识和团队精神是我们值得推崇的优秀传统．     

强子作为非拓扑孤粒子的SU(5)大统一模型(Ⅱ)

本文讨论了前文提出的SU(5)大统一模型中费米子与规范场的相互作用.得到的弱电作用与标准模型一致;得到的孤粒子内部的规范作用近似于QCD理论.本文证明了实验上只能探测到电荷,而不可能探测到前文提出的内电荷;对分数电荷的根源提出了一种解释.按本模型,三代已知轻子仅仅弱、电作用是相同的,它们与未知规范场的作用并不相同.在对称性破缺前,sinθw=1/2.     

SU(N)亚夸克大统一模型中的Complementarity

本文将Complementarity应用于SU(N)亚夸克大统一模型,对亚夸克填充的SU(N)反常相消和渐近自由的各种表示进行分析,得到了满足Complementarity且有物理意义的SU(N)亚夸克大统一模型的最简单的表示;并预言夸克和轻子的代数g_N≥4.     

关于量子口袋动力学

将MIT边条件用于运动和变形中的口袋,讨论了口袋的动力学:包括变动中口袋内的单夸克和单胶子波函数;夸克──胶子场的量子化和由夸克──胶子系统推动的口袋运动的动力学及其量子化、发现:变动中的口袋内胶子场为符合MIT边条件必须包含纵场成份:夸克数算符和胶子数算符成为非(?)密的;口袋作为一个整体的动力学类似于强子场论的动力学,例如仍可沿用强子场论中的自由强子传播子而将强子内部的夸克──胶子结构反映到顶点的非定域化上,这样就完成了量子口袋动力学的一个理论框架,使得可以在按动力学结构将口袋模型重新参数化后,在夸克──胶子和强子的两个不同层次上统一研讨强子物理和核物理。 量子口袋动力学也是变动中的容器内的量子场沦以及容器内的场与容器表面耦合的量子理论的例子。     

自旋团簇量子主方程的复合动力学对称性和热力学性质

基于三同核线型自旋团簇(每个粒子的自旋为S=1/2)的非自治量子主方程,研究了处于热辐射场中的自旋团簇的热力学性质.利用新颖的代数动力学方法,即引入动力学群的左右表象,不仅发现了自旋团簇的一个子空间态具有的SU(2)U(1)U(1)结构,而且对该子空间态在演化中所产生的耗散和退相干性质进行了计算.     

只带一种基本标量粒子的轻子-夸克复合模型

我们提出一个包括两种基本费米子和一种基本标量粒子的轻子-夸克复合模型. 其中, 基本费米子无质量并且不带色, 基本标量粒子是色的三重态. SU(3)_H定域规范作用将基本粒子束缚成轻子、夸克和弱玻色子等复合粒子. 轻子是由三个基本费米子组成的三体复合粒子, 夸克由一个基本费米子和一个基本标量粒子组成. 本模型基本粒子的数目较少, 存在为数不多的exotic粒子. 解释了轻子-夸克的对称性. 弱作用是超色单态之间的一种短距剩余作用, 它只在复合层次出现. 通过动力学对称破缺破坏了宇称守恒.     

《粒子物理导论》简介

杜东生和杨茂志合著的新书《粒子物理导论》已经于2015年1月出版。该书着重介绍粒子物理的基础知识,同时也尽可能的介绍了粒子物理前沿的研究进展和新的实验结果。书中从对称性出发相继介绍了强子的夸克模型、电磁作用和弱相互作用、弱电统一理论、量子色动力学、中微子振荡、超出标准模型的各种新模型,如大统一理论,超对称和超引力,以及超弦和膜理论等内容。书中对中性介子K、B、D介子的混合及弱衰变     

SU(10)手征亚夸克大统一模型

本文在一些条件的限制下,讨论了SU(N)手征亚夸克大统一模型,结果要求10≤N≤19。并具体地构造了一个最小的SU(10)手征亚夸克大统一模型,预言了五代夸克和轻子的存在。 关键词：     

一个具有三代家族的夸克和轻子的复合模型

为了解释家族问题,本文提出了一个具有SU(3)_sc×SU(6)规范对称的夸克和轻子的复合模型.组成夸克和轻子的成份(preon)是两类无质量自旋为1/2的费米子.运用费米原理于超色单态的preon复合体系,可以产生与实验观测以及宇宙大爆炸理论预言符合的三代轻的夸克和轻子家族.弱玻色子也是由同一组preon组成的复合粒子.弱相互作用不是preon层次的基本相互作用.在preon能标,没有质子衰变的困难.     

两类复合模型中夸克和轻子的家族问题

为了解决夸克和轻子的家族问题, 本文提出两类SU(3)_sc×SU(N)复合模型(模型A和B). 基本组元preon是两种无质量自旋1/2的费米子. 应用费米原理于三个preon超色单态复合体系, 得到了符合模型要求(同一个来自SU(N)的相同表示并按水平规范群的相同表示变换)的各种SU_sc×SU(N)模型包含的夸克和轻子家族数. 其中, 模型A的SU(3)_sc×SU(6)和SU(3)_sc×SU(5)分别预言了三代和五代轻的夸克和轻子家族.     

SU(3)L×U(1)X模型和暗物质的新的候选者

提出了一个基于SU(3)_L×U(1)_X群的弱电相互作用模型.在该模型中,每一代轻子均包含两个中性粒子.计算了新的中性轻子(N粒子)的寿命,并估计了它的质量上限,从而说明N粒子可以看作暗物质的候选者.     

科苑快讯

 第17届轻子光子相互作用国际会议 1995年国际高能物理学界的一次盛会--第17届轻子-光子相互作用国际会议,于8月10日至15日在北京举行。来自世界数十个国家的近700名高能物理学家与200余名中国同行聚首北京,交流高能物理研究领域的前沿成果和最新信息。 实验方面的报告有:顶夸克的探索、弱电理论的精确检验、b-衰变、B-蓖混合、f-物理、粲物理、QCD和喷注物理、探索新粒子、针对质子时光子的结构、高能衍射、非加速器实验的结果、中微子实验的结果、重离子碰撞的结果、未来的加速器、新探测器和实验技术、有关CP破坏和稀有衰变的结果,丁肇中的总结报告。 理论方面的报告有:标准模型、非微扰论,超越标准模型、QCD、格点规范理论、CP破坏、重味物理、f-c物理的唯象学、粒子天体物理学和宇宙学,李政道的总结报告。     

强子作为非拓扑孤粒子的SU(5)大统—模型(Ⅰ)

提出一种新的包含三代已知轻子与夸克的SU(5)大统—模型.按本模型,强子可看作由夸克形成的非拓扑孤粒子;轻子与夸克本质上是相同的,它们之间的差别是由对称性自发破缺造成的;在强子内部,夸克质量很小,其性质与已知夸克相同;在强子外部,夸克的性质与已知轻子相同,只是质量很重,并将很快衰变.本文除了定义严格守恒的电荷Q0、费米子数F0外,还在孤粒子内部定义了近似守恒的内色荷、内电荷、内费米子数.已知SU(5)大统—模型的(L-B)守恒相应于本模型的F0守恒.