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。     

粒子物理学和核物理学的相互交叉

自从1911年卢瑟福用α粒子作为炮弹轰击金属薄箔发现了原子核,核物理学发展为物理学的一个重要分支。进入20世纪50、60年代以后,由于高能加速器的迅速发展,人们对物质结构的认识又深入到更深层次,基本粒子的种类多达几百种,粒子物理学成为探索微观世界的最前沿的一个学科。粒子物理学的诞生     

物理上一个新的发现——宇宙由三代基本组份构成

 最近美国斯坦福直线加速器中心的SLC和西欧联合核子中心LEP相继宣布他们的实验结果,都表明宇宙中有三种中微子,即电子型中微子、μ型中微子和τ型中微子.这一结果已在粒子物理学界引起震动.以至于有人认为这一发现可望获得诺贝尔奖金.这一发现的意义是什么呢?让我们从基本粒子的家族说起.半个世纪以来,人们对构成宇宙的基本物质成份的认识有很大的变化,从质子、中子、电子为主体的基本粒子简单家族,陆续发展为有数百种粒子庞大的基本粒子家族.六十年代初的实验事实揭示了众多的基本粒子并不基本,并有其内部结构.所以人们已不再使用基本粒子这一名词,而统称为粒子.故通常将高能物理学又称为粒子物理学.     

编外粒子及可能存在的新物质态

从亚夸克物理中允许存在的编外粒子出发，探索了可能存在的双夸克态，双轻子态以及轻子夸克等新物质态，给出了它们的结构性和ＳＵ（３）对称表示。     

Net Charge Fluctuation and String Fragmentation

We present the simulation results of the net charge fluctuation in Au Au collisions at √Snn=130 GeV from a dynamic model, JPCIAE, and its revisions. The simulations are done for the quark-gluon matter, the directly produced pions, the pion matter, and the hadron matter. The simulated net charge fluctuation of the quark-gluon matter is close to the thermal model prediction for the quark-gluon gas. However, the discrepancy exists comparing the simulated net charge fluctuation for directly produced pions and the pion matter with the thermal model prediction for pion gas and the resonance pion gas, respectively. The net charge fluctuation of hadron matter from default JPCIAE simulations is nearly 3.5 times larger than quark-gluon matter. A discussion is given for the net charge fluctuation as an evidence of QGP phase transition.     

中微子六十年

 1930年12月泡利提出中微子的假设以来,已整整60年了.今天,中微子这个没有大小、没有质量（至少尚未测到）、没有电荷的“怪”粒子,不再是科学家的一种假设,而是充满整个宇宙的稳定粒子.它们与带电轻子、夸克以及电弱作用的传递子-光子,中间玻色子Z⁰,W^±,强色相互作用的传递子-胶子,引力作用的传递子-引力子-起,支配着整个宇宙.     

欧洲粒子物理发展战略和LHC计划

 欧洲是近代人类文明的摇篮和科学技术的发祥地.但是,二次世界大战的破坏使世界科学的中心从欧洲转移到了美国.战后,随着经济的复兴,欧洲各国都很重视对科技发展的投入,英国、法国、意大利和原联邦德国很快建成了一批规模较大的原子核和粒子物理实验基地.为了集中力量,一批富有远见的欧洲科学家要求联合起来.     

物理学与教育技术学的相互交叉

 物理学是自然科学中的一门重要的基础学科,在漫长的科技发展进程中,物理学一直起着先导作用,显示出旺盛的生命力。正是由于物理学不断地向纵深发展和横向外延,使众多的交叉学科应运而生.     

Tau-Charm粒子工厂

所谓“Tau-Charm(τ-C)粒子工厂”，是在低背景条件下极大量地产生τ轻子和c(粲)粒子的加速器以及相关实验装置的总称。具体说，它包括一个工作能区З——5GeV、峰值亮度～10^33cm^-2s^-1的双环e^+e^-对撞机和相应的高性能实验谱仪.τ-c粒子工厂主要用来研究我们至今知之不多的三个费米子τ、vτ轻子与c夸克的物理学。     

评述粒子物理学未来发展

我很高兴看到美国P5 报告对粒子物理未来发展作了积极展望,对美国今后10～20年的发展作了整体规划与部署,试图促进新物理的发现并保持美国作为全球领导者的地位。这个报告特别强调了粒子物理(高能物理)的发展是以“发现”新物理为根本驱动力,而非单纯验证标准模型;强调了粒子物理发展的全球性,并充分挖掘美国高能界现有的优势和资源。     

“基本粒子”及其性质

 在1897年发现电子后的近一个世纪中,人们对物质结构基本组元的认识已前进了一大步.原子不是物质的最小单位,它由原子核和电子组成,而原子核又由质子和中子组成这样的常识已为许多人所了解.这样,在很长时间里,电子、质子、中子等粒子一直被看作是组成物质的“基本粒子”.但是,随着加速器的出现和探测技术的发展,到20世纪60年代,由于一大批共振态粒子的发现,“基本粒子”的数目猛增为上百种.从而使人们意识到,介子、重子这些一度被人们称为“基本粒子”的强子可能并不是基本的,物质结构可能存在更深一层次的基本成份.     

1988年诺贝尔物理奖的获得者和他们的获奖工作

L.M.Lederman,M.Schwartz和J.Steinberger三位科学家,由于1961年和1962年曾在布鲁克海文国家实验室利用质子加速器进行了出色的实验而荣获1988年诺贝尔物理奖。他们的实验证明了第二类中微子的存在,并首先在实验室内产生和利用了中微子束。Lederman现在是芝加哥附近费米国家加速器实验室的主任。Schwartz现任加利福尼亚州DigitalPathways公司的主席。Steinberger现为瑞士日内瓦CERN实验室的实验物理学家。但在进行获奖实验时他们都在哥伦比亚大学工作。     

200AGeVpp、pS和SS碰撞中单奇异粒子产生数据的分析

用相对论性核-核碰撞的蒙特卡罗事件产生器──LUCIAE,分析了200AGeVpp､pS和SS碰撞中单奇异粒子产生的实验数据.结果表明:SS中心碰撞相对于pp或pS最小偏畸事件,似乎有更强的末态相互作用,更短的奇异粒子产生时间,和更大的奇异粒子对压低因子. 从pp到pS再到SS奇异增强的实验事实,似乎不必引入夸克-胶子等离子体就能得到解释.     

邮票上的物理学史（62）--粒子物理学:观念和理论(续)

理论上的另一进展是对相互作用中对称性和守恒量的研究.原来以为,在各种相互作用中,都有空间反射变换P、电荷共轭变换C和时间反演变换T下的不变性.不过,这只是人们抱有的一种观念,除了泡利在1955年曾在一般前提下从理论上证明了在CPT联合变换下量子场论的不变性以外,其他的都未曾在实验或理论上得到过证明.1955年,出现了所谓θ-τ之谜.1956年,李政道和杨振宁分析了以往的实验,他们发现,在弱作用中宇称守恒从来没有得到过实验的确证.因此他们提出,弱相互作用中宇称不守恒(没有空间反射变换下的不变性),这样也就没有θ-τ之谜了.1957年,吴健雄领导的小组按照李政道和杨振宁的建议,进行了极化原子核钴60的β衰变实验,证实宇称不守恒.随后不久,其他的弱作用实验也证实了宇称不守恒,而且C宇称也不守恒.李政道(图12,内维斯1995年,诺贝尔奖设立百年)和杨振宁(图13,马尔代夫1995年,诺贝尔奖设立百年;图14,圭亚那1995年,诺贝尔奖设立百年)获得1957年诺贝尔物理奖.这是华人首次获得诺贝尔奖.他们的得奖,就像半世纪前詹天佑自力修建京张铁路一样,改变了中国人觉得自己不如人的心理状态,提高了民族自信心.     

Analysis of Vertex D^＊D^＊ρ with Light-Cone QCD Sum Rules

We analyse the vertex D^＊D^＊ρ with the light-cone QCD sum rules. The strong coupling constant gD^＊D^＊ρ is an important parameter in evaluating the charmonium absorption cross sections in searching for the quark-gluon plasmas. Our numerical value for the gD^＊D^＊ρ is consistent with the prediction of the effective SU（4） symmetry and vector meson dominance theory.     

高能轻子–核碰撞中簇射粒子的研究

在高能轻子-核碰撞中,基于二源发射图象描述了簇射粒子多重数和赝快度分布,计算结果与3-210GeV的中微子-核乳胶碰撞的实验数据符合.     

地球上最热最密的物质可能已在实验室内诞生

最近美国BNL实验室的科学家们在他们的一个学术报告会上 (2 0 0 3年 6月 18日 )宣布 ,在该实验室的相对论性重离子对撞机 (RHIC)上进行的最新实验结果表明 ,在金原子核与金原子核对撞中已创造了不寻常的高温高密度条件 ,非常接近夸克胶子等离子体 (QGP)的条件生成 .夸克胶子等离子体曾存在于大爆炸后的百万分之一秒的时间内 .2 0 0 3年 6月 19日 ,纽约时报也以“科学家们报告从未见过的最热最密的物质”为题 ,对这一研究结果作了报道 .2 0 0 2年 2月 ,欧洲粒子物理研究中心 (CERN)的研究人员曾宣布在CERN的加速器上生成了一种新物质…