1930年以来的粒子物理学——自然界简单性和一致性观念的进化史

1930年以前,原子物理学认为只有质子和电子是物质的基本结构单位即“基本粒子”。这种只有在两种基本粒子的观点与物理学家们对自然界秩序的过分简单化的看法非常一致。而且人们发现这两种基本粒子都带有电荷和质量。因此,很多物理学家包括象玻尔(Bohr)和爱丁顿(Eddington)这样的领袖人物,对于中微子和中子具有基本粒子特性的假设在很长一段时间里都持怀疑态度。按照他们的观点,承认这些新的基本粒子,会带来两个不愉快的后果,第一,这会动摇长久以来人们对自然界简单性原则的信任;第二,这意味着无电荷、无质量这种光子的属性也会成为任何基本物质粒子的自然属性。除掉这种怀疑论以外,在一些理论家中,还有一种实证主义观点,不愿在理论上承认这种“没有观测到的粒子”。另一方面,某些实用主义的理论家则大胆地表示,愿意引入没有观测到的粒子,以便取得概念上的突破。自从本世纪四十年代后期以来,大量的所谓多余粒子的意外出现,极大地震动了原子物理学家们,同时也使他们的脑子大为开窍。他们已经认识到,复杂微妙的对称和守恒定律必须设法达到对各种亚原子现象的完全统一,他们还倾向于发展一种新的信念:即便不能发现或观测到独立状态的“真正的”基本粒子,也不能证明它们并不存在。     

反原子研究之现状

对物理学家来说反物质是个老生常谈的课题了。当物理学家在1933年发现了第一种“反粒子”的存在以后，这一课题复活了。所谓反粒子是指通常粒子的一个仅除了电荷相反外的全同复本。当反物质粒子产生后又与它的物质复本相遇，从而产生一个能量爆炸的湮灭过程仅为百万分之几秒。物理学家已经专注于寻求使它们停留足够长时间的方法，以便用它们去作一些有兴趣的研究。特别地，他们已经用了15年的努力以求使反质子和反电子结合成一个反氢原子。1996年1月，德国尤里青核物理研究所的沃尔特·奥勒特（WalterOelert）领导的一个研究组宣告已制造出…     

反物质的世界

自然界的每一种粒子在奇妙的镜面世界中，均有一个反物质的伴侣，当两者相遇时，它们会以辐射形式而湮没，物理学家们通过实验已创造出反粒子、甚至已制造出反物质原子。当人们问20世纪最惊人的发现是什么时，很少有人怀疑是德国量子物理学家W·海森堡（WernerHei－senberg）发现的测不准原理。按照他的意见，在本世纪30年代自从预测和发现了反物质，它像魔镜一样已在宇宙中出现。由此我们能看到反物质粒子，每一种均对应了物质世界中的一种粒子，但是许多性质相反或相对映。那么进一步情况会是什么？如果物质粒子接近或碰到其“对映物”…     

一种新型粒子的发现

最近,有两个物理学家小组独自地发现了一种新型粒子.这种粒子取名为R(3.17),它的质量为质子质量的三倍多,它可能由五个夸克组成,而不是象普通强子由两个或三个夸克组成. 欧洲核子研究中心的一个小组研究了K介子束在2米长的气泡室内与质子相互作用的照片.他们根据理论物理学家的建议,寻找反应产物中包含三个“奇”夸克的相互     

宇宙起源的新假说——线绳理论

几年前,当粒子物理学家把他们的统一场论用到“大爆炸”假说上时,引出了一些对宇宙早期模式相当奇怪的见解。有些物理学家推测,“大爆炸”造成了许许多多的磁单极子,至今它们可能仍在宇宙中游荡;有些物理学家则依靠大量的微黑洞来解释“大爆炸”后的状态;也有一些物理学家大谈由夸克和胶子构成的“宇宙汤”;另有一些物理学家惊呼,我们的宇宙可能只是一个单泡,它被包容在更加巨大的、处于无限变化的其他宇宙泡中。现在又出现了一种新假说:宇宙中有许多“线绳”。“线绳理论”的创始人之一是图夫茨大学的亚历克斯·维莱金。据他的解释,“大爆炸”产生的力可     

意大利女科学家将履新CERN

<正>意大利粒子物理学家、欧洲核子中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)ATLAS探测器实验主管法比奥拉·吉亚诺蒂(Fabiola Gianotti),两年前曾吸引了全世界的目光,2012年7月4日,当时她作为ATLAS团队发言人与CMS探测器代表在CERN宣布,他们分别发现了科学家一直在努力寻找的希格斯玻色子。     

人造宇宙可能吗?

一般物理学家总是在宇宙范围内探索自然力的作用,马萨诸塞州技术学院的艾伦·H·古思教授及其同事们也许在决心实现最终研究目标。他们在寻求一种途径使人类有可能籍以从头开始创造一个新的宇宙。尽管这样做似乎是离经叛道,但古思博士仍然在认真地从事他的调查研究。他说:“十年以前,人造宇宙有无可能这个问题我们甚至连提都不敢提,但是从那以后,物理学家们取得了很大进展,今天我们是在真     

量子引力——最后一道战线

在过去的六十年里,自从量子力学诞生后,量子革命已经从原子物理的原有领域渗透到物理学、化学、生物学的各领域,并且扩展到所有其他已知的自然力。但是却有一个例外,即,爱因斯坦于1916年曾用广义相对论重新阐述过的“万有引力”。在过去的几年中,物理学家们对引力的兴趣逐渐增加,在这个物理科学中的最后一道战线上进行了研究与探索。然而在过去,他们曾经以为这方面的课题与致力于另外三种基本自然力研究的高能物理学家的关心所在还相去甚远。在最近几年中这种日益增长的     

宇宙射线中有新的物质发现

日本物理学家声称发现了宇宙射线中存在“奇异物质”的证据.他们的探测器已记录了两次独立的事件,每一次都能得出,射线中某种粒子的电荷为质子电荷的14倍,质量为质子质量的370倍.没有一种原子核能达到上述水平,但这些特征在预言所谓夸克块时倒是很精确的,物理学家们相信夸克是由一种被称为奇异物质的材料组成的.     

杰克·施泰因贝格尔(1921—2020)

正因发现μ子中微子而荣获诺贝尔奖的粒子物理学家。1945年,当粒子物理学家杰克·施泰因贝格尔(Jack Steinberger)开启其职业生涯时,科学家们对于亚原子粒子知之甚少。如今,为人所熟知的亚原子粒子已达数十种之多,其基本构造都已编入粒子物理学标准模型中。     

网状的世界

理论物理学家们正在借助超级计算机的帮助来推测粒子物理的微妙之处.一项名叫“蒙特卡洛网状模拟”的新技术将会告诉他们许多早期宇宙的情况.     

第六种力

物理学家发现了自然界中另一种力他们把它称为“第六种力”。这个新的发现证实最近理论的猜测;有两种非牛顿的引力成分,一种是吸引的,另一种是排斥的。美国麻省地球物理实验室的研究人员探测到一种力,在200米左右范围内使引力增强了。澳大利亚昆士兰大学的弗兰克·斯塔塞(Frank Stacey)最近发现第五种力,在数米的范围内使引力削弱了。     

物理学中的共振如何塑造现实

<正>歌剧演唱家的声音可以震碎酒杯。其中的原理也是亚原子粒子存在的基础。每当物理学家宣称发现了一种新粒子的时候，无论这种粒子是希格斯玻色子还是最近发现的双粲四夸克态，他们实际上发现的是从原本平滑的曲线上升起的一个小凸块。这样的凸块是“共振”的明显特征。共振是自然界中最普遍的现象之一。共振现象可以说是各个领域的基石，无论是音乐，还是垂死恒星的核聚变，甚至是亚原子粒子的形成，从日常生活到极小的尺度，都受到共振的影响。     

美国科学家制造“时间机器”再现宇宙诞生

在纽约长岛的沙林深处,科学家们研制出了一种可以称作“时间机器”的设备,可以进行返回宇宙诞生那一刻的实验。使用这一埋藏在美国能源部布鲁克黑文国家实验室内的“时间机器”,物理学家将开始把黄金原子内的电子分隔出来,并把它们加速至光速的99.995%,然后将一对对的原子猛力撞击在一起,撞击力度之大足以产生比太阳热1万倍的温度,但每次撞击所产生的总能量只像蚊子降落到屏风般大小。美国物理学家福特和罗曼认为,爱因斯坦的相对论并没有严格排除快于光速的旅行或“时光隧道”旅行。他们认为,“时光隧道旅行”虽然难到几乎绝无可能的程度,但…     

科学之窗

科学之窗为什么要寻找顶夸克科学家称，他们已经发现了顶夸克存在的证据。芝加哥附近的国家费米加速实验室进行了这一试验。上周他们宣布已有证据说明这种看不见的粒子是存在的。他们并未看到这种粒子，但是发现了这种粒子存在的迹象、如果这一发现得到证实，那么原子结构...     

神秘的宇宙失踪物质

在神秘的宇宙间有着许多人类未知的奥秘,而目前天文学家一个最棘手的问题是宇宙中深不可测的东西。他们对宇宙知之并不能算少,但有些物质他们怎么也找不到。天文学家认为,他们知道太空中有不少物质,但是用任何一种仪器设备都发现不了它们。去年春天,天体物理学家们认为,他们所相信存在而又发现不了的东西,可能是一些宇宙间的“失踪物质”,这些物质是构成万物的物质,而且能以好几     

新实验证实，反物质没什么问题

<正>物理学家认为这是一个好消息：相反的结果将会产生重大影响。反物质刚刚失去了一点魅力物理学家知道,对于自然界中的每一种基本粒子,都存在一种反粒子——一个具有相同质量和自旋,但带有相等且相反电荷的“邪恶孪生体”。当这些孪生粒子对相遇时,它们会相互湮灭,在接触时释放一道能量闪光。在科幻小说中,反粒子能为曲速引擎提供动力。一些物理学家已经在推测,反粒子正在被引力排斥,甚至在时间中穿越旅行。     

“上帝粒子”也许并不存在

希格斯玻色子是由英国人彼得·W·希格斯(Peter W.Higgs,左上图)等物理学家在上世纪60年代提出的一种基本粒子,它被认为是物质的质量之源,因此被称为"上帝粒子"。但这种粒子就像神话中的独角兽一样难觅影踪。尽管科学家们仍在努力寻找其踪     

捕捉WIMP

捕捉ＷＩＭＰＤ·Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ著何常译许多宇宙学家认为，宇宙主要由不可见粒子所组成，它们同我们所看得见的万物几乎完全没有相互作用。现在物理学家正在设法寻找这些难以捉摸的粒子。６个粒子物理学家小组急切地为追踪按宇宙学思路得出的一个最奇异的设想，已着...     

对量子引力理论的检验

多年来，物理学家们一直探索用同一种理论描述自然界的4种基本力（引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用）。在这4种力中，只有引力尚缺量子力学的描述，各种量子引力学说都在试图提供这种描述，但检验这些理论的预见是否正确需要极高的能量，远远超过世界上正在运行中的和计划建造的粒子加速器所能提供的能量。