第五种力

 第五种力是指自然界可能存在的一种基本相互作用(力),它不同于早已得到人们普遍承认的另四种基本力:强相互作用(或核力)、电磁相互作用、弱相互作用及引力相互作用,是近二十余年对引力规律的研究中发现的.大家知道,牛顿主要根据天体运动的经验规律,确立了引力定律:引力的大小与引力源的质量成正比,与距离的平方成反比.这一理论在取得辉煌成就的同时,一直受到人们反复的检验,特别是规范理论出现以后,更引起实验物理学家的广泛关注.     

用近距离引力实验检验粒子的洛伦兹对称性

正自然界存在着四种基本相互作用力:引力、强相互作用力、弱相互作用力和电磁相互作用力。目前,人们对自然界的描述基于两个成功的理论,即广义相对论和描述电磁、强、弱相互作用的统一理论。前者是一种经典理论,描述了一切宏观引力现象;后者是一种量子理论,描述了其他三种相互作用力。尽管这两种理论并未完全融合,但是人们相     

引力常数G及其测量

引力相互作用是物理世界的四种1)基本相互作用之一.它的耦合常数为引力常数G.本文将介绍近年来有关G的理论和测量的进展. 一、G又被重视起来了 引力常数G是人类测量得最早的基本物理常数.远在1798年,卡文迪什已经用扭秤测出了引力常数G,并且用它估计过地球的质量.由于引力相互作用是四种基本相互作用中最弱的一种,G的精确测量是非常困难的.G又没有什么用处[1],使得以后G的测量研究长期陷于停顿的状态.直到1969年,G的测量精度还几乎停留在卡文迪什的水平,只有三位有效数.有人分析甚至不超过1/500[2]. 近年来随着广义相对论理论研究的进展…     

引力波探测和引力波天文学

 引力相互作用是目前人类已经认识的四种基本相互作用之一。广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的引力理论。     

超弦

基本粒子物理(或称高能物理)的一个重要问题就是寻求各种相互作用力的统一理论.现在人们已经认识到自然界中存在着四种相互作用力:引力、电磁力、弱相互作用力和强相互作用力,而超弦理论就是关于这四种力的最新的,也是迄今为止最有希望的统一理论. 物理学家已经成功地将.电磁相互作用和弱相互作用统一起来了.包括强相互作用在内的“大统一理论”能成功地预言弱电统一理论中决定这两种力相对强度的参数,不过现在还缺少有关大统一理论的直接实验验证. 在某种程度上由于没有一个与量子力学原理自洽的引力理论,因此包括引力在内的统一理论的尝试…     

暗物质理论研究

正粒子物理主要研究自然界基本粒子以及它们之间的相互作用。考虑电弱对称性破缺之前的粒子物理标准模型和引力,我们知道自然界存在四种基本相互作用:强、弱、超荷和引力相互作用。我们用对称性描述基本粒子和它们之间的相互作用,如庞加莱代数的两个Casimir算子描述了粒子的质量和自旋,引力相互作用是用广义坐标变换(或数学上说微分同胚变换)下的不变性来描述,强、弱和超荷相互作用是用规范理论来描述,其相应的规范群     

格点QCD研究冷核物理问题的若干最新进展

<正>1.引言现代物理学研究表明,自然界存在四种基本相互作用:引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用(图1)。其中,引力最早为人们所知,1687年牛顿在《自然哲学的数学原理》中首次阐述了万有引力定律;其次为电磁相互作用,1864年麦克斯韦提出了电磁场的基本方程组(麦克斯韦方程组),将电与磁统一起来,并预言了电磁波的存在。引力和电磁力作用于宏观世界,其效应可以在大尺度范围内观测到,所以最早进入人们的视野。20世纪以来,随     

大统一理论

众所周知,自然界存在着四种基本相互作用。即强相互作用,电磁相互作用,弱相互作用和引力相互作用。这四种相互作用的强度差别很大,如果把强相互作用的强度定为0.2,那末电磁相互作用强度大约是10-2,弱作用的强度则是10-5,引力相互作用强度最小,大约是10-40。此外这四种相互作用的性质也很不相同,引力和电磁相互作用力都与距离平方成反比,是所谓长程力,而强作用和弱作用力则是属于短程力,只在极近距离(亚核区域)内才起作用。 长期以来,人们相信自然界应满足简单性原则,因而希望能将上述四种差别很大的相互作用统一成一种相互作用,从而找到这四…     

格点量子色动力学简介

 目前人类已经认识的自然界存在着四种基本相互作用,分别是:强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用。这四种基本相互作用描写了大到宇观的宇宙、小到微观的基本粒子的所有物理现象,其中当然也包括了我们日常生活中所常见的宏观物理现象。     

新基本粒子的重大发现

根据1983年2月7日美国“时代周刊”报道,欧洲核子研究中心最近发现了一个新的重要的基本粒子——中间矢量玻色子. 长期以来,物理学家认为,自然界中至少有四种物质间的基本相互作用,即引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用.前两种相互作用存在于一切宏观世界和微     

超弦理论——统一基本相互作用研究的最新进展

自然界存在的强、弱、电磁和引力相互作用看起来是完全不同的相互作用.如何去统一地描述它们,是科学家们数十年来不断探索的问题.近两年来,在以前研究的基础上,产生了所谓超弦(superstring)理论.初步结果表明,它可以避免以前理论中所存在的矛盾并具有最小的任意性.物理学家们相信,超弦理论有可能最终导致四种相互作用的统一. 1915年,爱因斯坦提出了新的引力理论——广义相对论.它将时间和空间统一为四维时空,而四维时空的几何性质决定了物体所受的引力作用.广义相对论第一次把物理的作用与时空的几何结构联系起来.这一观念对物理学后来的发…     

近距离牛顿反平方定律实验检验进展

为了统一描述自然界的四种基本相互作用,科学家提出了很多理论模型,其中很多理论认为牛顿反平方定律在近距离下会发生偏离,或存在其他的非牛顿引力作用,而理论的正确与否需要高精度的实验检验.国际上很多研究组在不同间距下采用不同的技术对反平方定律进行了高精度的实验检验,本文重点介绍华中科技大学引力中心采用密度调制法分别在亚毫米与微米范围进行的实验研究进展.在亚毫米范围采用精密扭秤技术,在对牛顿引力进行双补偿、抑制电磁干扰后,结合零实验与非零实验结果,在作用程为70—300μm区间对Yukawa形式的破缺给出国际上精度最高的限制.在微米范围采用悬臂梁作为弱力传感器,通过测量金球和密度调制吸引质量间水平力的变化来检验非牛顿引力是否存在,实验结果不需进行Casimir力和静电力背景扣除,是此间距下不依赖于Casimir力和静电力理论计算模型的两个结果之一.     

寻找轴子的实验现状

一、引 言 从微观到宏观的所有自然现象都可以归纳为四类相互作用,即引力相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用[1]这四类相互作用的差别可以用表征它们的作用强度的常数来说明.上述四种相互作用的作用强度常数之比是 10-45:10-7:10-2:10.由干这四类相互作用的差别是如此之大,所以到目前为止,还没有厂个理论能够统一地用来描写它们,而只能用各种不同的理论或者模型分别去描写这四类相互作用.其中,只有描写引力相互作用和电磁相互作用的理论比较成功.经典电动力学和量子电动力学可以用于解释在目前实验观测所能达到的极限范围内(从…     

双星并合揭示中子星结构

正上世纪最伟大的科学成就之一是建立了粒子物理标准模型,认为自然界存在强力、弱力、电磁力和引力这四种基本相互作用。尽管引力未被成功地量子化,但它可被爱因斯坦广义相对论很好地描述(参见本刊2018年第2期第98页);弱力和电磁力被电弱理论统一地刻画;强力的理论框架则是量子色动力学(QCD)。研究发现,在能标较高时,QCD具有渐近自由属性,并已被高能实验定量检验;然而在较低能标下,如何理解QCD     

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:     

超流3He中的双量子涡旋

我们所感受到的物质世界是由质子、中子、电子和光子组成的 .随着粒子物理研究的不断发展 ,人们认识到 ,除了上述四种宏观物质组元粒子之外 ,还存在上百种短寿命的粒子 .根据标准模型 ,最深层次的物质粒子共有 12种 (每种另有相应的反粒子 ) ,即 6种夸克 (夸克组成了质子、中子、介子等强子 )和 6种轻子 (包括电子、μ子、τ子等 ) .此外 ,还有一些力传递粒子 ,如传递电磁力的光子等 .上述理解涵盖强力、弱力和电磁力三种基本相互作用 ,但第 4种相互作用———引力未被包括在内 .其原因在于 :前三种力可用量子不连续的图像来描述 ,但引力却…     

用不变量理论精确求解中子自旋与引力的相互作用

提出在中子引力干涉实验中,除了Aharonov-Carmi(A-C)效应外,还存在中子自旋与引力的相互作用.运用与不变量有关的幺正变换方法,得到了中子自旋与引力相互作用含时薛定谔方程的精确解和几何相因子. 关键词： 自旋引力相互作用 几何相因子 含时薛定鄂方程 不变量理论     

探求牛顿引力常数的精确值

<正>引力在物理学中具有举足轻重的位置。对于初学者,这仅仅是一种不能用量子理论描述的基本相互作用。然而,引力的普遍理论——牛顿定律和爱因斯坦广义相对论——将空间与时间视为连续的经典物理量,这些理论在守恒量子基础上描述电磁力与核力。另外,与其他基本作用力相比,引力作用非常弱,仅仅当能量     

质子会不会衰变?

质子是人类最早认识的几个基本粒子之一。长期以来,由于实验上一直没有观察到质子衰变的现象,所以物理学家们也都相信质子是一种稳定粒子。然而近几年来,粒子物理学家又重新考虑质子是不是会衰变的问题,这个问题所以热起来是由于大统一理论的进展。 粒子之间至少存在着四种相互作用:强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。在粒子物理的实验中对前三者都可进行实验研究。引力作用由于太弱,在目前的粒子物理实验中,还难于直接观测。六十年代,美国科学家 Glashow, Wein5erg和巴塞斯坦科学家Salam分别独立提出了弱作用与电磁作…     

BESⅢ测量了Z_c(3900)的自旋宇称量子数

<正>自有人类以来,人们对自然界的好奇与探索从未停止。其中一个核心的问题便是这个世界由什么构成的,它们之间的相互作用又是怎么样的?现代物理科学认为自然界存在四种基本的相互作用:强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用与引力相互作用。其中强相互作用使得夸克可以组成质子与中子,而质子与中子又能组成原子核。原子核加