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楼主: henryharry2

[建议] 量子色动力学2

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 楼主| 发表于 2016-11-7 05:55:30 | 显示全部楼层

冲突是明显的

冲突是明显的:对称性的两种可选方案,在其背后涉及夸克本质的(两种不同的)基底假设。但是,正如我们即将看到的,这种冲突并没有如下的关系那样激进,即一方面是固有的基础粒子观念,另一方面是拒绝任何基础粒子观念的自助法。但是,在导致量子色动力学得以诞生的概念发展里,究竟什么是最为关键的东西?在理解和鉴别这一问题的任何努力中,更大的干扰却在于一些混乱和错误的信念。按照事后的明鉴,关于电荷、以及夸克和胶子的渐近态的完全错误的信念,关于以带色相互作用(这些相互作用在不同的夸克三重态之间引起较大的质量分裂)为媒介的重胶子的错误信念,或者关于在强子层次上受人宠爱的规范不变性的错误信念,这些错误信念现在都已经被丢弃甚至遗忘。但是,某些基础性的混淆(例如,规范原理的本体论基础,或者依靠/不依靠量子色动力学作为其支撑的夸克模型的有效性和实在性)至今仍然还被广泛保留。于是,对诺贝尔委员会在将颇具声望的奖励授予给20世纪物理中的最伟大的成就——量子色动力学的创立上所表现出的犹豫就不能乱加谴责了。
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 楼主| 发表于 2016-11-10 10:47:58 | 显示全部楼层

量子色动力学的首次宣言

为使判定“究竟哪一步是至关重要”的任务变得更容易,我觉得,不应该以“那一步是不存在先例的原创性思想”为标准。或许,流代数或基于标度反常的重正化群分析是原创性的,而求和规则或者规范不变性的确不是原创性的。相反,标准应该是某一步的历史效力。也就是,某一步是关键的,仅仅当它已经提供了一个新的视角,已经开辟了一个新的探究方向,已经开启了一道新的研究程序,并由此有效地推动科学探究向前发展。将这样的标准放入心头,并冒着过于简单化的风险,我将主张:迈向量子色动力学创立的旅途,起始于1962年所提出的流代数。在获得三大突破(局域流代数求和规则,标度不变性和部分子,光锥流代数)之后,它终止于一次伟大的综合。该综合宣布于1972年,事实上,它就是量子色动力学的首次宣言。
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 楼主| 发表于 2016-11-12 10:55:39 | 显示全部楼层

质量起源于能量

想当年,人们花费了很大力气研究代数不变量论。想不到,到了1888年,Hilbert却一口气把这个问题在形式上解决了。当时的不变量大王Gordan忍不住说:“这不是数学,这是神学!”
根据Wilczek,格点量子色动力学通过最大的计算机计算出了质子的质量,得到的答案是:质子的质量起源于能量。其实用我们的质-能对偶性,一句话就可以推导出相同的结论,这当然是个好现象,这说明我们的理论假设是正确的。不知道Gordan会不会再次说:“这不是数学,这是神学!”
不过我认为,我们这个超级简单的版本有助于解决QCD的其他一些问题。比方说,一句话就可以解释布鲁克海文的相对论重离子对撞机的结果,对撞后的热夸克汤为何像黑洞视界,这是因为视界满足质-能对偶性。
再比方说,量子色动力学的渐近自由(这属于高能区)和手征极限(这属于低能区)之间到底是什么关系的问题,这一直是QCD的老大难问题。用我们的理论也很容易解决,它们之间满足极矢量和轴矢量的对偶性,这是因为颜色场是极矢量场,而手征场是轴矢量场。极矢量和轴矢量的对偶性也有实验证据,因为从极矢量和轴矢量的对偶性可以推导出G宇称。
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 楼主| 发表于 2016-11-14 12:53:58 | 显示全部楼层

镜像对称破缺结构函数

镜像对称破缺结构函数可以通过中微子和反中微子对质子-中子混合靶散射概率的差别计算出来。根据简单的部分子模型,该结果应该等同于夸克同反夸克之间散射概率的差别。因为从“海”中出现的夸克应该同海中的反夸克对应,夸克海的贡献相互抵消,最终剩余的结果等于价夸克的贡献。这是求和规则的一个例子,即基于对夸克动量贡献求和的一种关系。CCFR小组进行的中微子实验检验了该规则,在考虑了QCD修正之后,得到价夸克的数量为3,误差在10%的范围之内。
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 楼主| 发表于 2016-11-22 08:00:29 | 显示全部楼层

完全的夸克-胶子顶角函数

QCD理论中的动力学手征对称性破缺需的自洽研究需同时联合求解耦合的夸克传播子、胶子传播子和鬼传播子的Dyson-Schwinger方程组。当然,需要对方程组作截断处理。在夸克传播子的DS方程子包含的完全的夸克-胶子顶角在动力学手征对称性破缺和夸克禁闭的研究中担任十分重要的角色。一方面它描写非微扰夸克-胶子相互作用,另一方面它担当截断DS方程组的任务。原则上,应当利用从对称性关系导出的完全的夸克-胶子顶角函数形式,分别得到QCD的规范对称性对夸克-胶子顶角和QCD的轴矢量顶角的完全的约束关系,即完全的夸克-胶子顶角函数和完全的QCD的轴矢量顶角函数。完全的夸克-胶子顶角函数描述了规范对称性(包括纵向的和横向的)对夸克-胶子顶角函数所赋予的完全约束关系。这样导出的完全的夸克-胶子顶角函数应是微扰和非微扰都成立的。
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 楼主| 发表于 2016-11-22 09:21:24 | 显示全部楼层

鬼粒子

Coleman定理指出,Wigner-Weyl实现表明物理态可按相应对称群的不可约幺正表示分类。这意味着在该情况将出现质量退化宇称双重态。“薛定锷蛋”理论可以解决轴矢量U(1)问题,拯救QCD理论。QCD已经提供了一个解决轴矢量U(1)问题的办法,但那是绕道真空的“曲线救国”的办法。此理论已经被实验否定了,即著名的强CP问题。二来此方法技术上很丑陋,与其沿着排水沟钻进黑胡同里,再想办法逃出来,不如使用我们的直接法。
将“薛定锷蛋”理论推广到无质量粒子的情形,薛定锷-Weyl方程有自对偶解和自反对偶解,分别对应于左手螺旋和右手螺旋的夸克。左手螺旋夸克和右手螺旋夸克又可以合成为自旋为零的粒子,我称之为“牛顿鬼”粒子。无质量粒子以光速运动,因此牛顿鬼粒子是符合Lorentz协变性的,最简单的情况是:牛顿鬼就是Fadeev-Popov鬼粒子,从而可以构成完全的夸克-鬼-胶子顶角函数。左手螺旋夸克和右手螺旋夸克构成宇称双重态,这样就漂亮地解决了轴矢量U(1)问题。
到底牛顿鬼和Fadeev-Popov鬼是不是等价的?我们将这个问题留给理论家们去辩论。对于重子是不存在绝对宇称的,只存在相对宇称,目前重子的宇称都是人为规定的。既然如此,为何不暂缓宇称的定义,一切以实验为准,从“薛定锷鸡”到“薛定锷蛋”,相当于相位转过了180度,因而从薛定锷波和薛定锷蛋的对偶性可以推导出G宇称,而G宇称是获得实验支持的。
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 楼主| 发表于 2016-11-28 06:03:58 | 显示全部楼层

局域流代数求和规则

阿德勒的局域流代数求和规则创造了一个新形势,即为调查形状因数的新行为模式开启了一个新方向,并由此马上带来一个新的核子图像。比起他的电荷代数规则,该规则的限制更多。局域流代数求和规则使得强子散射中微子的局域行为变成我们关注的焦点,并由此开启了一个窗口去窥视强子的内部。或许有人将这一过程看作是:轻子以它的局部动量转移去局部刺探强子。但是更恰当地,它应该被看作是:强子流密度以它自己的局部动量转移去局部地刺探强子,与其看作直接刺探,不如看作以玻色子为中介间接地刺探。一旦把焦点转移到强子流和它那时仍然未知的组成成分,也就在强子流中为流夸克创建了一个场所。这样的一个转变(清楚地展示在伯约肯的标度不变性中)解决了求和规则的饱和问题。伴随使用轻子(以及后来的电子和质子)所带来的便利,物理学家在这里拥有更多关于这些粒子及其相互作用的知识,这比用强子和强相互作用要多得多。阿德勒,以及后来的伯约肯能够比南部阳一郎在探测形状因数上更加成功(南部阳一郎是仅仅依靠S矩阵的极点结构)。即将到来的SLAC实验显示:正是强子组分(部分子或流夸克)的贡献,而不是共振态为形状因数带来了锐不可当的贡献。
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 楼主| 发表于 2016-12-7 08:53:49 | 显示全部楼层

《建构夸克》

在《建构夸克》中,皮克林认为科学理论选择的过程并不存在理性的、逻辑的决定性论证,而是一个各种因素参与的实践过程。所以,科学论的研究应该考虑实践的动力学。在这之后,皮克林继续研究实践的动力学,发现不同研究传统之间是共生的( symbiosis) ,它们之间相互反馈,比如基本粒子的理论发展和相应实验是相互依存、相互促进的。而且物质力量在实际科学中起着越来越重要的作用,例如大型粒子对撞机在基本粒子理论的研究中占据着越来越重要的地位,但在传统的哲学研究中并没有得到应有的重视。不同的物质 - 概念 - 社会集合体决定不同的科学。进而他将库恩不同范式间的不可通约性还原为物质基础的不可通约性,即实验仪器和机器的不可通约。在这点上,他仍然坚持相对主义,不过不是概念的相对主义,而是仪器或者工具的相对主义。在库恩的鼓励下,皮克林进一步研究了科学实践活动中各种异质性力量相互作用的过程,最终建立了科学实践冲撞理论。
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 楼主| 发表于 2016-12-10 05:08:01 | 显示全部楼层

衍射散射

在某些质子-反质子碰撞过程中,如果一个初始粒子没有受到任何损伤,只是动量稍微变小了一些,而另一个粒子却发生碎裂,这种碰撞称为衍射散射 (diffraction scattering):质子-(反)质子碰撞中15%是衍射散射。1985年,加利福尼亚大学洛杉矶分校的Peter Schlein和CERN的贡纳(Gunnar Ingelman)推断,由于坡密子传递强相互作用,它们本身也应该是由胶子甚至夸克组成的。在衍射散射事件中,质子或反质子中的一个保持完整,因此总体上至少有一些衍射散射事件会显示出独特的喷注特征。
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 楼主| 发表于 2016-12-12 05:18:44 | 显示全部楼层

重正化群变换

继Gell-Mann和Low的早期研究之后不久,一个更普遍的观点是研究在可重正理论中当所有有关的距离都是类空的且同时趋于零时Green函数的小距离行为。这个问题似乎是纯理论性的,因它涉及的振幅都是远离质壳的。幸运的是,这是一个错误的印象。一些间接的方法,如轻子在强子靶上的深度非弹性散射,使我们能够探测小距离的相互作用。Bjorken和Feynman从理论上预言的这类实验的结果,部分地启发了Wilson,Symanzik和 Callan对这些Green函数小距离行为的研究。
期望在大动量下质量可被忽略时,理论变为标度不变的事实上是太简化了。渐近行为是由相应的无质量理论给出的。重正化迫使我们选取一任意能量标度,这个能量标度破坏了量纲分析,正是这种任意性事实上挽救了我们,标度的改变可以归结为耦合常数的修改。相应的流由类似于Beta系数的函数所主宰,因此重正化群变换取代了简单的量纲分析。
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 楼主| 发表于 2017-1-15 10:24:25 | 显示全部楼层

脉冲近似

1979年,丁肇中小组发现,当对撞能量高达二三十GeV时,电子-正电子对撞过程中除了两个主强子束外,有时还有一个或两个较小的强子束,呈现三喷注或四喷注现象。这里,小的强子束可能是由胶子发展形成的。
核子是一个孤立子,其中包含着许多部分子。轻子和核子的深度非弹性散射可以分解成轻子与组成核子的各夸克部分子的弹性碰撞过程;当轻子能量足够高时,每一次碰撞可以看成是轻子与原子核中的一个核子碰撞,这就是所谓的脉冲近似。在轻子与夸克部分子弹性碰撞以后,该夸克部分子再与其他夸克部分子或袋碰撞,形成许多终态粒子。
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 楼主| 发表于 2017-1-22 09:26:37 | 显示全部楼层

双重对偶变换

看起来,破解量子色动力学一系列谜题的关键是双重对偶变换。例如色禁闭问题,经过:颜色场→色磁场→爱因斯坦(轴矢量)→牛顿(极矢量)的双重对偶变换后,颜色将失去它的极性,变成牛顿单极子,牛顿单极子是无色的,所以将量子色动力学的磁单极子凝聚换成牛顿单极子凝聚就说的过去了,可以解释重子为何是色禁闭的。我们甚至可以用很数学化的语言来描述这种对偶性,将爱因斯坦项看做(小)弦,牛顿项看做点,可以用自配极三角形来描述爱因斯坦项和牛顿项的对偶性,爱因斯坦项有三个方向。
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 楼主| 发表于 2017-9-8 07:20:12 | 显示全部楼层

大统一

引力不会产生偶极辐射,你站在原地向上跳,地球会向相反方向运动抵消你的冲动,尽管这一效应十分微弱,但它是一种严格的、精确的、可以被规范化的对称性。电磁力主要的允许跃迁是偶极跃迁,加进引力的对称性和双重对偶变换之后,电偶极跃迁和磁偶极跃迁都被抑制掉了,所以原子核的电四极矩可以稳定存在;这首先要抛弃闵可夫斯基的绝对时空观。
弱相互作用会重新打开偶极辐射,弱相互作用的耦合常数是1/32,差不多是电磁力耦合常数的四倍,但是W和Z玻色子很重。重新打开偶极辐射的条件:一是要求中微子必须是左撇子;大自然做任何事情都是有意义的,大自然不会像理论家描述的那样低能。二是可以使电磁相互作用和弱相互作用真正的统一,在Weinberg-Salam模型里,电磁相互作用和弱相互作用是被掺和在一起的;非对易几何揭示出Higgs场是一种“磁”效应,电偶极作用和磁偶极作用是被同时打开的,所以会有一个包装后的Maxwell方程出现在真正的电弱统一理论里,这可以清除Higg场这种现代版的“以太”。三是可以拯救Georgi和Glashow的SU(5)大统一理论,可以在保留SU(5)完美的对称性的同时抑制质子衰变,质子衰变纯粹是理论家们胡言乱语的产物。
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 楼主| 发表于 2017-9-15 04:58:17 | 显示全部楼层

口袋模型

MIT口袋模型在实际计算中只解了静止的球口袋中的夸克运动。假设夸克和胶子被禁闭在一个称为口袋的小区域内运动,在口袋内它们的运动几乎是自由的,夸克与胶子间的色相互可由微扰法计算;在口袋边界上它们由适当的边界条件反射回来,从而不会逸出口袋。这样的口袋是无色的,它就是实际观察到的强子。在这些计算中都要带入口袋半径R,而口袋半径R本身则可由口袋能量取极小确定。
为此要计算口袋的总能量,它包括口袋中各单夸克能量之和,夸克间作用能之和,一项与口袋体积成比例的体积能,以及一项由于口袋的边界引起的各种场零点能改变之和,又称卡西米尔能。在实际处理中通常将u、d夸克的质量置零,只保留s夸克的质量为待定参数。在强子的口袋模型理论中Casimir能量尚未能由基本原理算出,只能作唯象处理。由于它是口袋边条件导致的各种零点能改变之和,因而不依赖于任何一种特定粒子,只依赖于唯一普遍的能量标度1/R。
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