科学网

 找回密码
  注册
搜索
热搜: 科学 论文
楼主: henryharry2

[建议] 电弱统一理论

[复制链接]
 楼主| 发表于 2016-8-29 04:15:24 | 显示全部楼层

普适费米作用

在简单的薛定谔理论里,T把一个波函数变为它的复共轭(T是“反幺正的”)。因而,决不会有同T不变性相联系的量子数。还要注意到,在施加T变换时,我们不仅必须将动量反转,而且要把自旋也反转过来。下一个出现的分立对称性是电荷共轭(C)不变性。应当指出,C不变性只能在量子场论的范围内才能够得到合适的处理;而且在C变换下,电磁流和矢量势都要改变符号。C操作也可以类似地施加到在一般的β衰变相互作用里出现的所有五种协变量上。
在1948年至1949年间,对这种衰变以及μ俘获过程:正μ+ n→ p+ ν,进行了许多理论上的研究,所有这些工作都是从类似于相对性费米耦合那样的相互作用出发的。把后一种相互作用以符号(反质子-中子)(电子ν)表示,再考虑以下三种分别产生β衰变、μ俘获和μ衰变(以及相应的逆过程和共轭过程)的耦合形式(反质子-中子)(电子ν),(反质子-中子)( 负μ-ν),(反中微子μ)(电子ν),(20.30)。实验的分析揭示,μ衰变和μ俘获的耦合常数和β衰变的耦合常数是同一数量级的。这一事实引出了普适费米作用的假设:在(20.30)式里的所有三种耦合应当是同一类型的,并且基本上具有相同的强度。
在μ衰变中的电子能谱,总的说来取决于相对论费米耦合的五个耦合常数。下一步的进展是米歇尔证明这种依赖关系可以归结为这些常数的一个单独的无量纲组合ρ。如果产生两个中微子,或者两个反中微子,那么0≤ρ≤3/4;如果0≤ρ≤1,那么中微子和反中微子就一样有一个。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-9-4 04:12:06 | 显示全部楼层

希格斯玻色子

正如狄拉克方程预言了反物质(实为负能量物质)的存在一样,这一理论也预示了可能存在一些迄今还没有被看到的粒子:大质量的W和Z玻色子——其主要作用是传递目前已经从弱电力中分离出来的短程弱核力以及希格斯玻色子。希格斯玻色子一定要存在,才能确保W和Z玻色子在统一的弱电力被分解成电磁力和弱核力的所谓“破缺”过程中获得质量,从而将弱核力限制在原子距离范围内;然而,与此同时,传递电磁力的光子则不会获得质量,这就使得它们能够自由自在地在宇宙中穿梭驰骋。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-9-6 04:31:35 | 显示全部楼层

光量子

量子场论作为标准模型的理论基础,也是上述逻辑的集大成者。用场来传递力这一想法可以追溯到19世纪英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第,但是,量子场的数学结构给这些量子场赋予了一些奇怪的属性:它们可以从空无一物的真空中制造出粒子,再让其湮灭于无形。因此,根据量子电动力学理论的观点,两个电子之所以会相互排斥,是因为一个光量子(光子)“作祟”,光量子是电磁场的量子粒子,不知所起而且会从一个电子传到另一个电子那儿。无数个这样的“虚拟”粒子不断出没,会轻微改变经典电子或者说“裸”电子的属性。自从上世纪40年代以来,很多实验都证实了这种变化,而且,精确程度令人瞠目结舌。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-9-8 13:16:42 | 显示全部楼层

涉及到美学

原因多种多样。有些还涉及到美学。例如,为什么粒子会被分成三代?为什么最重的夸克的质量是最轻的夸克的7.5万倍?标准模型的方程式或许非常简洁优美。但是,为了让它们具有预测中的能力,科学家们必须为其设定20多个“自由”参数,比如粒子的质量等。一个真正基本的理论,应该能够借助量子理论的力量,或者某些还没有人想到的更深层的理论,来清除这些恼人的枝枝蔓蔓。通过人为地调整参数而变得与实验事实相符,更像是凑合而不像无懈可击的解释。由于是间接发现,因此夸克和希格斯粒子的质量都不能准确地确定。
回复 支持 反对

使用道具 举报

头像被屏蔽
发表于 2016-9-8 14:20:25 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-9-11 04:32:21 | 显示全部楼层

二分量方程

在β衰变中只发射右手反中微子,在逆过程中只有左手中微子出现;既然右手中微子和它们的左手反粒子在这些过程中,同时在一切弱相互作用过程中都不出现,在无质量粒子的Dirac方程中它们便代表了一个不必要的、额外的自由度。无质量粒子的Dirac方程中不包含β矩阵,其它三个α矩阵的反对易关系可以用Pauli矩阵来满足;通过一个二分量方程来描写无质量Dirac粒子的可能性是在1929年Weyl首先讨论的,但他没有认真地看待这件事,理由是在约化成二分量时,β矩阵和宇称对称性P就已丧失;在1956年宇称垮台之后,Landau、李政道和杨振宁、Salam使Weyl方程又重新复活,他们注意到在空穴理论中的电荷共轭对称性C也已丧失,但是在CP之下的联合不变性却仍然保持。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-9-12 04:53:01 | 显示全部楼层

杨-Mills理论和质量隙假设

2000年5月24日 ,在巴黎法兰西学院的演讲大厅,世界著名的英国数学家Michael Atiyah爵士和美国数学家John Tate宣布,对首先解决七个最困难的悬而未决的数学问题中任何一个的人或团体将授予100万美元的奖金。他们说,这些问题从此将被称为“千年难题”(Millennium Problems)。这700万美元的奖金——每个问题100万美元,解决在时间上没有限制——是由一位富有的美国业余数学爱好者Clay捐赠的。
第二道千年难题:杨-Mills理论和质量隙假设。数学发展的许多动力来自科学,特别是来自物理学。例如,由于物理学的需要,17世纪数学家牛顿(Isaac Newton)和莱布尼茨(Gottfried Leibniz)发明了微积分。今天,在过去大约半个世纪以来发展起来的物理学的某些理论中,存在着类似的情况。这第二道千年难题向数学家发出再次赶上物理学家的挑战。
杨-Mills方程来自于量子物理学。大约50年前,物理学家杨振宁和Robert Mills在描述引力之外所有的自然力时建立了这些方程。他们做了一项杰出的工作。来自这些方程的预测描述了在世界各地实验室中观察到的粒子。虽然从实践的角度说杨-Mills理论成功了,但它作为一个数学理论却还没有研究出来。在某种程度上,这第二道千年难题是要求从公理开始,加上这个理论的数学发展。这种数学将必须符合一些在实验室中已被观察到的情况。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-9-21 09:07:38 | 显示全部楼层

信使粒子

根据标准模型,强力和弱力的场也有最小的组成粒子,就像电磁场以光子为最小组成一样。我们在第1章曾简单讲过,最小的强力单元是胶子,而最小的弱力单元是弱规范玻色子(或者,更准确地说是W和Z玻色子)。标准模型要求我们把这些力的粒子看成没有内部结构的——在这样的框架下,这些粒子全都是基本的,跟那三族物质粒子一样。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-9-22 05:52:19 | 显示全部楼层

微观世界

20世纪三四十年代,理论物理学家们在不懈地寻找一种数学形式來描写微观世界的混沌行为,我们可以说几个杰出的名字,如狄拉克、泡利(Wolfgang Pauli)、施温格(Julian Schwinger)、戴森、朝永振一郎(Sin-Itiro Tomonaga)和费曼。他们发现,薛定谔的波动方程(第4章讲过)实际上只是微观物理学的一种近似描写——当我们不太深入微观的混沌时(不论实验的还是理论的),这近似是非常好的;但当我们想走得更近时,它就失败了。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-9-23 05:25:08 | 显示全部楼层

量子弱电理论

量子电动力学的成功激励其他的物理学家在20世纪六七十年代去发展一门类似的新的量子力学方法,以认识弱、强和引力的作用。结果证明,对弱力和强力来说,这是一条硕果累累的道路。通过与量子电动力学类比,物理学家构造了强力与弱力的量子场论,叫量子色动力学和量子弱电理论。“量子色动力学”这个色彩绚丽的名字,在逻辑上该叫“量子强动力学”,但那不过是一个名字而已,没有别的更深的意思。另一方面,“弱电”这个名字确实概括了我们在认识自然力的长路所树立的一座里程碑。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-9-28 06:13:20 | 显示全部楼层

弱力场

格拉肖(Sheldon Glashow)、萨拉姆(Abdus Salam)和温伯格 (Steven Weinberg)通过他们臝得诺贝尔奖的工作,证明了弱力与电磁力可以自然地用他们的量子场理论统一起来——尽管两种力在我们周围世界的表现好像是迥然不同的。毕竟,除了在亚原子的尺度内,弱力场儿乎消失了,没有一点儿作用;而电磁场—— 可见光、无线电波、电视信号、X射线……却是我们离不开的宏观实在物。不过,格拉肖、萨拉姆和温伯格从根本上证明,在足够高的能量和温度下——如在黑洞内——电磁场和弱力场熔化在一起,表现出不可分辨的特征,应该更准确地叫弱电场。当温度下降,电磁力与弱力便结晶似地分离开来,具有与高温下不同的形式。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-9-30 05:36:38 | 显示全部楼层

猛烈攻击

重正化思想的积极开拓者之一Dirac (1963,1968,1983)不顾重正化思想取得的所有巨大成功,反而对重正化进行了猛烈攻击。在Dirac看来,所有这些运用重正化获得的成功,既没有一个可靠的数学基础,也没有一个令人信服的物理图景。从数学上看,重正化要求忽略无穷大量而不是无穷小量,这与数学中的典型习惯相反。因此,这是一种人为的或不合逻辑的做法(Dirac,1968)。从物理上讲,Dirac认为无穷大量的存在暗示着:
“我们关于电磁场与电子的相互作用理论存在某些根本性错误,鉴于这些根本性错误,我的意思是说,这一机制是错误的,或者说这一相互作用机制是错误的。” (Dirac,1983)
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-10-2 05:49:05 | 显示全部楼层

“踢皮球”理论

然而溜冰者的比喻却有一个大毛病,那就是传球总是“排斥性的”——它使两个人越离越远。不过话说回来,你真的可以将量子场论称为“踢皮球”理论。不同的是,带相反电荷的粒子也通过交换光子发生相互作用,而那电磁力却是“吸引的”。看来,光子似乎并不是力本身的传递者,它只不过传递“消息”,告诉粒子该如何响应那力。对同性电荷的粒子,光子带来的消息是“离开”;而对异性电荷的粒子,那消息是“走近”。因为这一点,我们有时说光子是电磁力的信使粒子。同样,胶子和弱规范玻色子分别是强力和弱力的信使粒子。把夸克锁在质子和中子里的强力起源于一个个夸克交换胶子。可以说,胶子真就像把这些亚原子粒子紧紧粘在一起的“胶”。弱力决定着粒子的某种放射性衰变的嬗变过程,它的中介是弱规范玻色子。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-10-6 17:42:39 | 显示全部楼层

实在论

Higgs场的故事听起来很牵强,真空中的非零场,这幅图像是在多年的研究中慢慢凑起来的,过程中怀疑的声浪不绝于耳,Veltman也对Higgs场的存在有疑问。实际上,动态重整化可以给出Higg粒子的起源,而不需要有一个Higgs场的真空凝聚。这样,就可以在保持标准模型的可重整化性的同时,消除物理学家们的质疑。
以地狼星A和B为例,地狼星A和B各自有一半的正、负能态,正能态之间和负能态之间没有相互作用,只有它们的正、负能态之间才有相互作用,这两个标量联络(势)之间相互抵消,只剩下一个曲率,这个曲率正是引力,这一点和爱因斯坦的想法是一致的;和广义相对论不同之处在于,量子引力的曲率是相对的,而爱因斯坦的曲率是绝对的。由于牛顿引力势相互抵消了,仿佛像超导或超流一样,但你要知道这实际上是动态重整化的一个结果。实际上,Higgs粒子常常衰变成为两个光子,已经暗示了它可能是由正、负能态配对产生的。
由于弱相互作用的力程非常短(阿米),根据测不准原理,导致Higgs粒子很重。我们论证过,费米子的质量起源可以用视界解释,这样,量子引力对所有粒子质量的起源都有了一个唯物主义版本的解释。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-10-12 09:57:27 | 显示全部楼层

动量矩守恒

泡利在1931年提出了一个唯物主义的假说——中微子假说。中微子假说不仅能够解释β-衰变时的能量守恒,而且能够解释动量矩守恒。证实并加强了物理学中唯物主义地位的中微子假说,是在直接与玻尔及其追随者们的对抗中产生的。今天,只要在物理学的发展道路上一产生新的没有预见到的困难,一些物理学家们又试图重复它们唯心主义的假说。比如说中微子振荡假说,中微子振荡过程是不服从能量及动量矩守恒等原理的,而这些原理正是建立在物质粒子概念上的。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-10-17 05:44:49 | 显示全部楼层

对立面

元素的性质是矛盾的。这就是说,它们的两个矛盾方面(反映为a和非a)并不是相互平行和独立存在的,而是处于相互联系和统一之中。只要对孤立的化学-电学关系方面(非a)的认识达到一定的深度,就会发现这一方面本身就能转化为自己的对立面,电荷Z不仅不与质量A对立,而且受它的制约和调节。结果,对元素的认识似乎是沿着“弧线”(从弧线两端)深入的。开始时,弧线两端明显地对立着。但随着对元素认识的深入,这两个方向逐渐回合,并且相互转化,而这一相互转化反映了元素的矛盾性。我认为,原子核中质子与中子喜欢对称相处的特性倒是可以看成是唯心主义和唯物主义对偶的一个证据。因为质量A是物质流,而电荷Z是信息流。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-10-19 14:24:21 | 显示全部楼层

逆转

有人认为,中微子有固定的螺旋性显得大自然不够完美。我认为,恰恰相反,中微子有固定的螺旋性是大自然完美的体现。在黑洞以外的宇宙中,不断发生着:电子+ 质子 → 中子 +中微子的过程,假如中微子有固定的螺旋性,尽管电子湮灭了,但中微子用它的螺旋性仍然记忆了电荷原来的极性:是正还是负电荷。如果宇宙是永恒的,那么就需要一个过程将上述过程逆转过来:中子 + 反中微子 → 电子+ 质子,在我们所知的物理中(包括我们的量子引力),只有黑洞能够完成逆转,黑洞视界上有个拓扑翻转变换,将中微子变换为反中微子。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-10-25 11:48:08 | 显示全部楼层

流代数

相反,流代数是从某些基底的相对论场论模型中抽象出来的结果。为了将相互作用概念化,从某些基底的场论模型中推导出来的强子流,被用来作为强子化过程中的基本实体,而它们未知的结构则被“打包”了。这标志着在本体论承诺上,存在一种由强子转向流的微妙转变。并且,这样一来,探究实验上可触及的有关流的外部和内部限制的门便打开了,正如我们马上就要看到的,紧随而至的将是另一种本体论转变,即反转过来从流转回到强子。基本的假设是:强子流是一个强相互作用的全域对称性的表现,这一提议得益于守恒轴矢量假说(CVC)和部分守恒轴矢量假说(PCAC)的成功。并且,这遵守从对称性群推导而来的代数关系。这些对称性群和等时间对易关系紧密相连。这种猜测性的对称性限制,与可以从基底场论的全域对称性中推导出来的关于可测量之间的严密代数关系是相容的。尽管需要某些源自数据的刺激和源自理论发展的推动力,但是,探究基底的场论模型的动力学对称性之门并没有关闭,正如我们即将看到的。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-10-30 05:17:19 | 显示全部楼层

科学发现

然而,科学发现是一个十分复杂而艰难地解决问题的过程,夸克的发现亦是如此。就物理实体而言,普利斯特列虽然观察到了氧气的许多关键效果,并将其标示为“脱燃素空气”,但他并不被尊称为氧气的发现者。可是,尽管汤姆生的电子概念已经被卢瑟福和量子物理彻底修改,但他仍然被认定为电子的发现者。究竟怎样的标准能为如此一个不同的认识提供辩护呢?在我看来,判别的标准就是:这个假定性实体的概念核心必须包含着该实体可识别的特征,并且这些特征将被随后的实验所发现。在历经发生于实体识别中的基本变化之后,假如这些核心仍然是一样的,则最初的发现将受到尊重,否则就相反。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2016-11-7 05:51:12 | 显示全部楼层

流夸克

为了给予所假设的对称性以一个基础性说明,盖尔曼在1964年提出夸克的思想。这一提议开启了研究由流代数所限定的流夸克之门。并且这样一来,便开辟了一条更富硕果的探究新路径。需要注意的是,本质上,盖尔曼的流夸克不同于组分夸克,这是因为组分夸克是夸克场的空激励。它们是虚构的,因为那里并没有什么力使其结合在一起而成为一个强子。更为重要的是,它们并不是独立存在的强子组分。相反,它们被假设为是被卷进一个关系网络,仅仅在作为结构的流中当作占位符,并且满足所有由流代数所造成的结构限制。
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2018-2-25 01:33

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007-2017 中国科学报社

快速回复 返回顶部 返回列表