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。     

微观世界探索

论文系统地阐述了从原子、原子核到基本粒子内部结构研究的历史及现状，讨论了微观物理理论和实验研究的前景和展望．论文还阐述了微观物理与宏观物理(宇宙论和天体物理等)的结合与交叉，以无可争辨的实验事实阐明了微观世界和宏观世界的无限性．     

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.     

粒子物理：从卢瑟福到LHC

2011年8月出版的Physics Today杂志刊登了美国德克萨斯奥斯汀大学物理天文系教授、诺贝尔奖获得者斯蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）的特写文章.这是他在2011年4月美国物理学会上主题为＂亚原子物理100年＂的报告.     

中微子——通往新物理之门

希格斯粒子被发现之后,粒子物理进入了一个新的阶段。希格斯粒子是粒子物理标准模型的最后一个组成部分,它的发现意味着一个时代的结束,也预示着一个新时代的开启。     

超高能中微子天文学实验现状

 中微子在粒子物理的标准模型中是一组很特殊的粒子，它们质量最轻（在标准模型中没有质量）因而几乎不受引力影响，不带电荷因而不受电磁相互作用的影响，只参与弱相互作用，但其寿命几乎是无穷长。如果中微子产生于遥远的高能天体，在到达地球的漫长传播过程中其路径不会被遍布宇宙的磁场所改变。中微子的这些特性使它与光子一起成为绝佳的天文学信息传播者，成为正在崛起的新兴中微子天文学学科发展的强劲原动力。与传统的光子天文学相比，中微子具有更加优越的特性，即不会与弥漫全宇宙的3K宇宙学背景光子发生作用，从而能够打开高于光子天文学所能工作的能量区域的观测窗口，譬如在高于10¹⁵电子伏特（记为PeV）的“超高能”区，探测中微子成为唯一的天文观测手段。 …………     

中微子及其家族

 ２００１年１月３日《科技日报》公布的“２０００年国际十大科技新闻”之一：“科学家发现τ子中微子存在的证据”称,“２０００年７月２０日,美国费米实验室宣布,美国、日本、希腊和韩国的５４位科学家经过３年的合作研究,首次发现了表明τ子中微子存在的直接证据。至此,粒子物理学标准模型中的１２种基本粒子已经全部被直接或间接探测到。τ子中微子的发现对揭开物质构成之谜以及探索宇宙天体奥秘具有深远意义。”为了理解这项科学发现的意义,我们首先介绍原子核和放射性原子核。从不稳定原子核β衰变的研究中,泡利预言了中微子。然后我们讲述物质世界中４种基本的相互作用和组成物质世界的１２种基本的费米子     

Structures of（ΩΩ）0＋and（[1]Ω）1＋in Extended Chiral SU（3） Quark Model

The structures of (ΩΩ)0 and ([1]Ω)1 are studied in the extended chiral SU(3) quark model in which vector meson exchanges are included. The effect from the vector meson fields is very similar to that from the one-gluon exchange (OGE) interaction. Both in the chiral SU(3) quark model and in the extended chiral SU(3) quark model,di-omega (ΩΩ)0 is always deeply bound, with over one hundred MeV binding energy, and ([1]Ω)1 ‘s binding energy is around 20 MeV. An analysis shows that the quark exchange effect plays a very important role for making di-omega (ΩΩ)0 deeply bound.     

封面说明

正今年是盖尔曼(Murray Gell-Mann)提出夸克模型50周年,本刊今年的封面即以此为题.强子(包括重子和介子)曾经被看成基本粒子.随着粒子物理学的进展,从高能电子在核子上的散射实验,认识到强子并不"基本";与轻子不同,强子是有内部结构的.强子可根据SU(3)对称性进行分类.1964年,盖尔曼和G.兹维格提出,与SU(3)对称性的基础表示对应的3种粒子是构成一切强子的构造单元,并从文学作品中借来名字"夸克"(英文原义为乌鸦的叫声).夸克的电荷是电子电荷的1/3或其倍数.重子由3     

新物理的探索——非加速器粒子物理实验的进展

 近十年来,非加速器粒子物理实验的进展引人注目.实验设备规模宏大,建造费用猛增,实验运行周期变长.去年八月二日至八日在新加坡举行的第二十五届国际高能物理会议上,非加速器粒子物理实验及其有关理论的报告占相当大的比重,引起与会者的广泛兴趣.加速器产生的粒子束能量与亮度是可控的,粒子束种类、飞行方向和到达时间可由实验人员调节与控制.几十年来,这种粒子源实验手段在高能物理的飞速发展中起了巨大作用.但是,无论是粒子的能量还是粒子的种类,自然界存在的粒子源远比人工粒子源丰富多样.人们往往是在自然界找到了新粒子源,然后在加速器中产生它,并进行精密的测量.这样的例子是层出不穷的.例如,α、β与γ射线就是在天然放射源中找到的.正电子、μ介子和奇异粒子也是在宇宙线中首次发现的.     

封面照片说明

众所周知，科学家们首选的粒子物理标准模型为：所有物质是由6种夸克——上、下、奇异、粲、顶和底夸克——及比夸克轻得多的粒子，如电子和中微子等构成的。这些粒子的存在已被令人信服的证据所证实。但该模型还需要宇宙中存在有希格斯玻色子（Higgs Boson），希格斯粒子表现为引力，它在某些粒子周围很密集，而在另一些粒子附近则很少。正是这种聚集的密度赋予粒子以质量，因此，夸克很重，电子很轻，而光子则根本没有重量。     

方兴未艾的粒子天体物理学

 众所周知,粒子物理学的研究对象是粒子,其尺度范围小于１０－１３ｃｍ,质量小于１０－２３ｇ,是所谓的微观物理学。天体物理的研究对象是宇宙间的星体、星系乃至整个宇宙,其尺度范围大于１０１９ｃｍ,质量大于１０３９ｇ,是所谓的宇宙物理学,然而,这两门研究对象完全不同的学科从８０年代初开始却奇迹般地熔为一体,诞生了一门新学科：粒子天体物理学。 粒子天体物理学研究范围极广,例如：暗物质的本质;对来自太阳和超新星的中微子的观测;中子星附近的强大的加速机制的证据,以及关于对我们今天看到的数十亿光年的宇宙大尺度结构的形成起着重要作用的宇宙创生的量子涨落和拓扑结构的假设等问题,都是粒子天体物理学研究的范围。     

2004年诺贝尔物理奖介绍:渐近自由

描述粒子相互作用基本理论是标准模型，按照标准模型，强子是由夸克和反夸克通过色相互作用组成，色相互作用有一种特殊的性质：渐近自由，格罗斯、波利策和维尔切克由于确定地发现色相互作用的渐近自由性质获2004年诺贝尔物理奖。     

β衰变的历史概述

β衰变的研究是一个探究物质深层物理原理的过程.它始于β放射性的研究,引导人类对物质的认识开始从原子深入到原子核内部.其能谱的测量,导致了泡利的中微子假设.在此基础上,费米第一次提出了关于β衰变的唯象理论并提出了弱相互作用的概念.此后发展出弱相互作用的中间玻色子理论,使得人类对物质的认识深入到核子内部,促进了电弱统一理论的发展,最终促成了标准模型的完成.文章回顾了β衰变这一横亘整个20世纪的重要物理学事件,对β衰变的研究历史中的关键事件进行了分析和介绍,对理解现代物理学中的标准模型的建立和发展有重要意义.     

北京2001年第二届亚原子物理国际暑期学校

 每两年举办一次的北京亚原子物理国际暑期学校第二期“天体物理中的核结构与核反应”于2001年8月21至25日在北京瑶台山庄举行。参加暑期学校的国内学员有80多位。该暑期学校是由日本理化学研究所Ｉ.Ｔａｎｉｈａｔａ教授和北京大学物理学院孟杰教授于1998年共同发起的,目的在于促进核科学领域青年人才的成长和学术交流。此举得到了国内外核物理学界的大力支持,日本理化学研究所、中国科学院近代物理研究所、中国科学院理论物理研究所、北京现代物理研究中心、中国高等科学技术中心、中国原子能科学研究院和北京大学等单位为暑期学校的组织单位。     

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.     

SU(3)模型中夸克与手征场的相互作用

从SU(3)_L×SU(3)_R无穷小变换下不变拉氏量的线性表示形式出发,给出了夸克-夸克间的相互作用势.分析表明SU(3)标量手征场对解释AN相互作用中自旋关系的性质是很重要的.     

探索物质微观结构的历史回顾——纪念夸克提出50周年

1964年盖尔曼和兹威格分别提出“基本粒子”由夸克或艾斯组成。至今,这一领域仍是粒子物理研究的前沿领域。经过50年的发展,夸克(艾斯)理论取得诸多辉煌成就。文章简要地回顾了夸克的提出过程及随后实验和理论方面的进展。     

电荷-宇称(CP)对称性破坏和夸克-轻子味物理——写在CP破坏发现和夸克理论提出40周年之际

简要地介绍了与电荷-宇称（CP）对称性破坏和夸克-轻子味物理有关的一些重要进展.从1964年发现CP破坏和提出夸克理论至今,这个领域就一直成为粒子物理研究的前沿领域,已研究和发展了整整40年,取得了许多辉煌的成就.在这篇文章中,着重评述了目前仍然热门的几个主要的研究方向：直接CP 破坏的理论研究和实验验证,CP破坏机制和新的CP破坏源,中微子物理和新的味物理,夸克味物理和有效量子场理论,标准模型中味物理参数的预言和超对称大统一理论.同时对我国有关研究组在这些前沿方向做出的重要贡献作了重点简述.可以看出,在CP破坏和味物理这个重要前沿领域,仍然存在着许多未解之谜,使得粒子物理在21世纪既面临着巨大的挑战,又有着不断发展的机遇.