从W~±和Z~0粒子的发现谈起(下)──规范理论的发展及其在粒子物理中的应用

二、规范理论在粒子物理研究中的应用 粒子物理主要研究组成物质世界的最基本单元是什么以及这些基本粒子之间相互作用和运动转化规律.利用对称性对粒子物理进行研究一直是一个重要方法,而且已经取得了很大进展.对认识粒子物理起了积极有效作用. 规范理论实质上也是一种对称性理论,它要求系统在一些么正么模群变换下具有不变性,即具有么正么模对称性.由于这种要求会自动给出粒子间相互作用形式,这就十分有利于粒子物理的研究.70年代以来,规范理论已经成为研究基本粒子的主要理论工具. 物理学家认为组成物质世界的基本粒子是轻子和夸克.轻子…     

《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     

从经典引力到超引力

众所周知,麦克斯韦的电磁理论,爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论以及由普朗克、玻尔、薛定谔、海森堡、泡利、约当、狄拉克等人建立的量子力学、量子场论,杨-米尔斯规范理论都是具有一定的对称性的理论。杨振宁教授曾就对称性在物理学中的重要性作了精辟的描述:“对称性交配相互作用,几何学位于物理学的核心形式的美在描述世界时起着一定之作用,这些都是对当代世界产生了深刻影响的正确之识见”,并预言21世纪粒子物理学的主要方向是对称性的研究。授予诺贝尔奖金是肯定科学研究成果的一种重要方式。有关对称性理论的研究曾四次获奖:1957年李-杨弱作用中宇称不守恒;1963年维格纳的对称群用于原子核结构;1965年盖尔曼的幺正对称理论;1979年格拉肖-温伯格-萨拉姆的弱电统一规范理论,这不是偶然的,是对称性在粒子物理理论中所处地位的一种反映。本文讨论引力所示对称性,并就经典引力至超引力的发展作一简单介绍。     

在工科物理中引入负能和正反粒子对称性教学

介绍了负能和正反粒子对称性的有关内容，并对其教学价值和在工科物理中的教学途径进行了简单探讨。     

解释微调的第三种方法

希格斯粒子的质量与地球轨道的椭圆度都比它们的理论估计值小几个数量级.这似乎是两个更大的量经过微调而抵消所造成的.粒子物理有两个最有趣的微调难题:希格斯玻色子的质量和宇宙常数.长期以来,人们一直认为粒子物理的微调可能与新的对称性有关,如难以解释的超对称性,或者与统计参数有关——我们微调的宇宙只是许多可能的多重宇宙之一.     

粲夸克的电荷—宇称非对称性

<正>在基本粒子物理的标准模型中,电荷—宇称(CP)对称性是严格遵守的,但在夸克之间的弱相互作用中是违反的。理论认为,在弱相互作用中CP对称性的破坏,可能使早期宇宙中产生的物质比反物质多。在量子物理体系中,CP是一个     

质子衰变实验进展

按照粒子物理标准模型理论,重子数是绝对守恒的.而大统一理论（GUTs）明确地否定了重子数的对称性,预言质子会衰变成更轻的次粒子.文章论述了质子衰变的物理概念、基本探测条件和主要实验现状,并在探测方法的探讨和探测技术的改进方面融入了一些想法.目前一般认为质子的寿命为τp>1032年左右.质子衰变的探测,对于新理论模型的验证、宇宙学和粒子物理学的发展具有重要意义.     

质子衰变实验进展

按照粒子物理标准模型理论,重子数是绝对守恒的.而大统一理论(GUTs)明确地否定了重子数的对称性,预言质子会衰变成更轻的次粒子.文章论述了质子衰变的物理概念、基本探测条件和主要实验现状,并在探测方法的探讨和探测技术的改进方面融入了一些想法.目前一般认为质子的寿命为τp>1032年左右.质子衰变的探测,对于新理论模型的验证、宇宙学和粒子物理学的发展具有重要意义.     

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.     

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.     

希格斯粒子及其实验寻找和发现

希格斯机制引入基本粒子物理的标准模型,解决了规范对称性自发破缺和粒子质量起源的问题,希格斯粒子成为粒子物理实验的最重要寻找目标。2012年大型强子对撞机(LHC)上的环状螺线管(ATLAS)和紧凑缪子螺线管(CMS)两个实验,分别以超过5倍标准偏差的统计显著性发现了与希格斯粒子性质一致的新粒子。     

暗物质理论研究

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。     

希格斯粒子及其实验寻找和发现

希格斯机制引入基本粒子物理的标准模型,解决了规范对称性自发破缺和粒子质量起源的问题,希格斯粒子成为粒子物理实验的最重要寻找目标。2012年大型强子对撞机(LHC)上的环状螺线管(ATLAS)和紧凑缪子螺线管(CMS)两个实验,分别以超过5倍标准偏差的统计显著性发现了与希格斯粒子性质一致的新粒子。     

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.     

正则母单位的表达式

本文应用对称群理论得到了n个粒子在j-j耦合、l-s耦合以及更高的对称性情况下正则母单位的表达式。     

全国优秀科技图书《粒子物理实验方法》介绍

过去十年,当代物理学的前沿——粒子物理学的研究取得了一系列重大进展。具有决定意义的原因是粒子物理实验手段和方法的进步。粒子物理实验的迅速发展丰富了人们对粒子的种类、基本性质的了解,深化了人们对粒子结构和相互作用基本规律的认识;有效地对有关粒子理论、假设作出检验和判决;对粒子物理研究提出新的课题,推动了理论发展。随着粒子科学的发展,     

电荷-宇称（CP）对称性破坏和夸克一轻子味物理——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)对称性破坏和夸克一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．     

强相互作用系统的对称性及其破缺

本文简要介绍对称性及其破缺的概念和基本的数学上所说的幺正对称性等的微观粒子实现,从而为利用抽象的数学描述物理问题奠定基础。本文还简要介绍早期宇宙强相互作用物质演化过程的对称性及其破缺,尤其是可见物质质量的产生(比如DCSB)以及强相互作用等基本相互作用的规范对称性和破缺,为有意向探讨早期宇宙强相互作用物质演化的青年学者和研究生提供必要的知识储备,并打开一扇窗口。同时,还简要讨论原子核的对称性及其破缺,尤其是作为强相互作用多体系统的束缚态研究中的基本理论方法、(多粒子)壳模型及相互作用玻色子近似模型(IBM)、集体运动的描述及集体运动模式演化(形状相变)的研究方法及进展简况,提供一些在基本理论方法与前沿研究课题之间建立桥梁的实例。     

关于规范场和复合粒子

1983年和1984年,粒子物理学取得了若干重要进展.实验上发现了传递弱相互作用的中间玻色子 W±和 Z0,而且已观察到的基本性质与 Glashow-Weinberg-Salam的最小电弱统一理论的预言很好符合.这是对这个理论的直接的判定性检验,也是在粒子物理中杨-Mills规范对称性存在的第一个判定性证据.在发现W±粒子和Z0粒子之后不久,实验就表明Z0粒子有“反常辐射衰变”,即实验上观察到的Z0→1 1-γ衰变的分支比,比理论的予言约大一个数量级.在考虑了理论上的各种修正之后理论与实验的这个矛盾都不能解决.接着在实验中又观察到一系列“大横向丢失能量事…     

相对论再次幸存

正两项独立实验证明:没有证据表明相对论的基本对称性(即局域洛伦兹不变性)破缺。洛伦兹不变性意味着物理定律跟实验所选参考系的速度或方向无关。尽管它是粒子物理标准模型和相对论的一个基本对称性,但一些试图统一这两大理论体系的模型却预言该对称性将破缺。不过,迄今尚未发现洛伦兹对称性破缺的证据。两个实验小组最近又给出了更严格的限制。