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…     

走向统一的自然力

所谓"自然力",就是主宰宇宙间物质运动的四种基本相互作用,即作用在一切物体(包括星体)之间的引力;作用在带电(磁)物体之间的电磁力;以及作用在微观粒子之间的强力和弱力。表1给出了这四种自然力的主要特性。     

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…     

超弦理论概说

粒子被看作是长为１０～（－３３）ｃｍ的一维弦，在相对论玻色弦基础上引入描写费米子的坐标。便成超弦．几乎可以说，由超弦理论本身要自洽的要求，便可统一地描写引力、电磁力、强力和弱力．它要求时空是１０维的，对规范群有严格的限制，目前尚只有ＳＯ（３２），Ｅ８×Ｅ８，Ｏ（１６）× Ｏ（１５）规范群才导致没有手征反常的规范理论，同时可自由调节的参数特别少，只有弦张力、规范耦合常数和引力常数三者中之二．     

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     

走向统一的自然力 弱力和电磁力的统一(Ⅲ)

<正>3.弱电统一理论及其实验验证前面提到,在揭示弱力物理本质的过程中,费米在他的"?衰变理论"中首先指出,弱力和电磁力一样,是矢量相互作用。经过许多科学家近30年的实验和理论研究,终于证明了弱力确实是矢量相互作用。费米的这一想法,后来被费曼和盖尔曼进一步推广为守恒矢量流理论,并最终导致温伯格、格拉肖和萨拉姆建立了弱力与电磁力的统一理论。这一讲,我们介绍这两个理论及其实验验证。(1)守恒矢量流理论及其实验验证     

引力波和微波背景辐射旋度型偏振的探测

<正>引力现象是最常见的,例如,地球上的物体都有重量,地球绕太阳运转,都是由于引力的作用。物理世界中有四种基本力,电磁力、弱作用、强作用、引力,其中引力最弱,但却是最复杂的。牛顿引力较简单,质量密度ρ产生的引力势V由泊松方程▽2V=4πGρ确定,质点m产生V=-Gm/r。爱因斯坦1915年发表     

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     

爱因斯坦:试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅰ)

 在牛顿统一了天上力和地上力、麦克斯韦尔统一了电力和磁力之后,电力的库仑公式和磁力的安培公式与牛顿万有引力公式在数学形式上的相似,使人很容易联想到电磁力与引力的统一。爱因斯坦,在1905年创立狭义相对论、1915年创立广义相对论分别改进和完善了麦克斯韦电磁理论和牛顿引力理论之后,试图统一电磁力和引力,花费了后半生近30年的时光去建立统一场论,但至死未能如愿。本讲,我们先介绍爱因斯坦生平;然后介绍他的成功之作:狭义和广义相对论;最后介绍未能完成的统一场论。     

北京谱仪实验30年

<正>粒子物理的标准模型被认为是当前描述微观亚原子体系最成功的理论,它包括描述电弱相互作用的电弱统一理论和描述强相互作用的量子色动力学(QCD)两大部分。电弱统一理论虽然有些参数的测量精度尚需提高,但可靠性已经被大量精确的实验测量所验证;但QCD部分,尽管在高能量大动量转移下的计算已为实验事实所证实,但它在低能     

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.     

牛顿第三定律与动量守恒定律

关于牛顿运动三定律的内容及有关概念的论述,人们已阐述了很多,本文仅对第三定律及与之有关联的动量守恒定律作粗浅的讨论.一、牛顿第三定律是一条近似定律 牛顿第三定律,反映了物体间的相互联系,它指明了力来源于物体间的相互作用,而这种相互作用是完全对称的,即作用力和反作用力是沿着同一条直线上同时出现、同时变化、同时消失且同时属于同一种性质的力.近代物理学的研究表明,宇宙中只存在着万有引力、电磁力、弱力和强力这四种基本的作用力,而其余各种力都可以看作这些基本的作用力的复合表现.其中弱力和强力只在原子核的尺度10-15米范…     

介绍1979年度诺贝尔物理奖

一、引 言 去年十月,为了表彰格拉肖(Glashow)、温伯格(Weinberg)和萨拉姆(Salam)在阐明基本粒子的相互作用性质,特别是在发展电磁力和弱力统一理论方面所作的贡献,授予他们物理学的最高荣誉.虽然本世纪已经诞生了量子力学和相对论,而许多人公认,这两种自然界基本相互作用力的统一,又是本世纪物理学最光辉的成就之一,是物理学的“最高点”.和麦克斯韦在上一世纪完成的电和磁早期统一一样,用同一定律来解释电磁力和弱力同样代表着一种进步. 初看起来,电磁力和弱力之间似乎很少有共同之处.电磁力是我们日常生活中所熟悉的,它把原子结合在一…     

物理的四种基本相互作用的比较

引力和电荷力是容易比较，因为牛顿和库仑的反平方定律的代数式是相同的。原子核的强力和弱力，由于它们的有限作用距离，就较难与经典力比较。然而，如果用粒子间相互作用势能的强度和距离这两个参量构成一个特征式U(r)，就能使四种力的比较相对简单。     

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     

探索万物之理的新途径

引言 多年来,不少物理学家热衷于将描述电磁力、弱和强相互作用的量子理论和说明引力的爱因斯坦广义相对论结合起来,即做到用所谓的"万物之理"(Theory of Everything)或量子引力(QuantumGravity)来解释宇宙.但这一尝试却遇到了原则上的困难--量子化的广义相对论是不可重正的[1].     

有关“引力子”的话题

物理学家们认为四种基本力都是由粒子传递的:电磁力由光子传递,弱核力的传媒是W和Z玻色子,强核力是由胶子传递的,而引力则是由引力子(graviton)传递的.     

为什么摩擦力是由电磁力引起的

<正>在新的普通高中课程标准实验教科书《物理》必修1的第三章相互作用一章中指出:"自然界中最基本的相互作用是引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。常见的弹力、摩擦力是由电磁力引起的"。为什么摩擦力是由电磁力引起的?从本质上讲摩擦力是怎样形成的?这些问题是中学教师应该清楚但未必清楚的问题。为此我们定性分析摩擦力形成机制,探讨摩擦力为什么是由电磁力引起的,以帮助老师们理解把握新教材。两个互相接触的物体,当它们发生相对运动或具     

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     

广义相对论经改进可以拟合星系旋转曲线

引力虽然是我们最早认识到的力，爱因斯坦的引力理论在太阳系之外的弱场环境里是否适用，仍然没能被天文观测肯定．困扰天文学家大半个世纪的星系旋转曲线和暗物质问题就是众所周知的一个例子．2004年，以色列物理学家Bek-enstein提出一种新的TeVeS理论，把Milgrom1983年的MOND经验公式融合到修改或延伸后的广义相对论．最近，英国StAndrews大学的赵红胜博士和比利时布鲁塞尔ULB大学的BenoitFamaey发现用一个简单的TeVeS引力的修正公式，可以不用暗物质但很好地拟合绝大多数星系的旋转曲线．