现代卡卢扎-克莱因理论

在粒子物理领域,一场新的革命风暴又正在掀起。《现代卡卢扎-克莱因理论》一文,就当今粒子物理的前沿领域——卡卢扎-克莱因理论及磁单极、11维超引力和超弦等的最新进展作了详细介绍,文中还涉及作者在卡卢扎-克莱因磁单极方面的工作。超弦理论统一了引力相互作用和其他相互作用,毫无疑问,寻找含有真实粒子谱的超对称卡卢扎-克莱因理论和超弦理论必将成为理论粒子物理研究中的中心课题。     

什么是好的科学?

正毫无差别地要求理论可证伪或可观察,这会阻碍科学的发展。我们需要疯狂的想法。维也纳的物理学家沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)遭受了内心的煎熬。他解决了核物理学中最棘手的难题之一,但也付出了代价。"我做了一件可怕的事情,"他在1930年冬天向一位朋友承认,"我假设了一个无法检测到的粒子。"尽管泡利有着难言的绝望,但他在信中透露出,他并不真的认为他的新亚原子粒子始终不会检测到。他相信,实验     

诺贝尔物理学奖:粒子物理学进入新阶段

在亚原子粒子和力的世界里，一幅好的图像会大有助益。如弱电理论就是粒子物理学家手中重要的理论图，正是这一理论导引他们去认识新的粒子直至拿到诺贝尔奖。本年度诺贝尔物理学奖的授予再次证明了这一点——两位荷兰物理学家特霍夫特和维尔特曼因在弱电理论重整化方面的工作——以使得该理论能更精确地计量粒子的质量和行为——而荣膺1999年的诺贝尔物理学奖。在历史上（1860年），麦克斯韦揭示出电和磁具有相同的电磁力；以后科学家根据力的配对特性，在本世纪60年代创建了弱电理论，这种力在原子核中作用，并导致某种类型的辐射衰变。根…     

重塑物理学的奇异拓扑学

<正>拓扑效应可能隐藏在非常普通的材料中,等待着揭示奇异的新粒子或支撑量子计算。查尔斯·凯恩(Charles Kane)从未想到过,他会和拓扑学家一起共事。"我不像数学家一样思考。"凯恩如此承认。他是一位理论物理学家,研究对象更多地聚焦于关于固体材料的实际问题。并不单单只有他这么想。物理学家通常极少关注拓扑学——那是对形状和它们的空间排列的数学研究。但现在凯恩和其他物理学家蜂拥到拓扑学领域。     

解秘夸克家族新成员及其结构组合

正在粒子物理学家中,谢尔顿·斯通(Sheldon Stone)素以高标准和近乎严酷的严谨态度而著称。在与同事的交谈中,他往往会为了质疑某个观点而大声打断对方。因此,在斯通谈到他和他的同事最近的观察成果时,他的话显然是有相当可信度的。"我确实认为这很可能将会是一个重大突破。"他说。斯通的研究与巨大的粒子探测器LHCb(大型     

高维时空标量粒子的Hawking辐射

1974年Hawking首次提出黑洞能够辐射粒子的量子理论,他用的是正在坍缩着的星体模型,理论上预言的这种效应叫Hawking辐射,虽然Hawking辐射还没有被实验所探测到,伹在过去十多年间曾引起理论物理学家的重视。许多作者用不同观点,不同方法研究过Hawking辐射。但是,他们只研究了标量粒子的Hawking辐射,我和刘辽等曾把这一研究推广到Dirac粒子。     

真空“火花”的探测

现在理论物理学家们都认为真空有复杂的结构,根据量子力学和量子场理论提出了许多关于真空的概念。一般认为真空是可以极化的虚粒子的凝聚体,并不断地进行着无规则的涨落。这种虚粒子不仅是理论上的概念,而且包含着可以直接观测到的效应。表现在电动力学方面的效应,熟知的有:①原子和原子核的自发辐射就是虚光子气的涨落效应;②卡西米尔效应可用真空虚粒子的概念来解     

单极感应之谜

一、法拉弟的研究单极感应——这是一个历经百余年、迄今尚未彻底解决的题课.1831年12月英国著名实验物理学家法拉弟在发现电磁感应三个月之后,又作了一系列实验,其中包括著名的铜盘实验.他在日记中记录了这一特殊的电磁感应现象: “1831年12月26日[255]在圆柱形磁体的顶部粘牢一铜盘,中间夹有纸片.顶部为一磁极,磁极被支承着,用细绳拉可使之旋转;电流计两端的导线分别联接铜盘的边缘和轴心.     

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...     

中微子是否具有质量

最近日本研究人员报道,他们已成功地观察到一种类型中微子转变成另一种中微子,即所谓的中微子振荡。这一现象表明,原先一直被人们认为没有质量的中微子具有质量,尽管它的质量异常小。这一发现迫使科学家们重新审视一系列现代物质结构理论和整个字宙结构理论。早在1930年,瑞士理论物理学家、量子力学创始人和相对论量子场论奠基人 W·鲍利在分析原子蜕变光谱之后,曾发现偏离能量守恒定律的现象。他推测,某种不带电也可能没有质量的粒子带走了这部分能量。     

磁单极及其对质子衰变的催化作用

存在磁单极是大统一理论的基本结论。近年来的理论研究表明,磁单极具有许多奇妙的性质,其中最令人惊奇的是它可以催化质子衰变。《磁单极及其对质子衰变的催化作用》一文按理论发现和实验发现的顺序,力图用规范群的几何直观概念,介绍了磁单极及其对质子衰变的催化作用,同时也提出与讨论了现有的理论结构和实验结果中有待进一步搞清的问题。     

罗伯特·威尔逊:费米实验室的一代宗师、塑造者和建造者

<正>罗伯特·威尔逊(Robert Wilson),这位世界最顶尖之一的粒子碰撞器的发明人从各个方面给实验室留下了深刻的烙印,从建筑的设计到加速器的能量。威尔逊领导了费米实验室主楼威尔逊大楼的设计,他还设计建造了大楼左侧的Acqua Alle Funi。池塘倒映着岸边的景色,诠释了粒子物理中对称的重要观点。为了发现和研究宇宙中的微小粒子,物理学家需要一些地球上最庞大的仪器设备。这些仪     

实验结果促使科学家换位思考

尽管大型强子对撞机（LHC）实验存在着不确定性,甚至引起麻烦,然而这对科学来说却未必是个坏消息——在1860年代,物理学看上去是如此的美妙。英国物理学家詹姆斯·C·麦克斯韦（James C.Maxwell）发表了他的一系列有关将电、磁、光统一到一个理论的论文,即使用少数几个方程式就能表达的论文。他这样做的目的是在解决一个长期争论不休的话题,即光究竟是连续的能量波,     

银心和星系核的磁单极模型

改进后的暴涨宇宙学认为,宇宙极早期的相变时期Higgs场的急剧振荡和热涨落将可能产生极微量的磁单极(m_m～10~(16)m_p,对于无色磁单极而言,磁荷g_m=3hc/2e)。按照Parker、Lazarides等人的分析,宇宙极早期遗留的磁单极数目与核子总数之比ζ_0(≡(N_m/N_B)_0)(?)10~(-20±1)。     

粒子物理新貌

关于基本粒子物理,由于它在当代物理学中所占的显而易见的重要性,本刊已发表了不少文章,包括实验与理论两个方面.但如何生动而又通俗地来向读者系统介绍这一学科,一直是本刊的一个心愿.黄克孙教授去年在我国讲学期间应本刊要求撰写了这篇《粒子物理新貌》.黄克孙教授是国际知名的粒子理论物理学家,相信由他来撰写的这篇文章是很合适的.     

在什么情况下金属能成为绝缘体

金属在什么情况下能成为绝缘体呢?联邦德国的物理学家们在研究了铟金属微小粒子时提出了这一问题。他们取出极微小的铟粒子,对金属的导电性能进行了测量。众所周知,金属的一个最重要的特征就是具有很高的导电性(由于在晶格里存在着自由电子)。但测量结果表明,如果铟粒子的直径小于0.1微米,它就可变为绝缘体。     

“上帝粒子”:接近发现的希格斯玻色子

北京时间2012年7月4日,欧洲科学家宣布"接近发现"上帝粒子,或可解开万物质量来源之谜。那么,究竟为什么物理学家会如此痴迷"上帝粒子"?它的发现又有何重大意义呢?请跟随本文一同去寻找答案。2012年7月4日到11日的高能物理国际会议,是一场被物理学家认为"即使不睡觉也没问题"的物理大事件。究竟是什么事情让科学家们如此疯狂?毫无疑问,那就是捉弄世人几十年的"上帝粒子"——希格斯玻色子"接近发现"了!     

一种新型超巨质量(非黑洞)致密天体

一、引言Guth指出,大统一理论给出了t'Hooft-Polyakov型超重磁单极(质量m_M≈10~(16)GeV/c~2,对于无色磁单极而言,磁荷gm=3hc/2e≈9.88×10~(-8)Gauss单位)存在的可能性。而且按照暴涨宇宙学的观点,不出现标准宇宙学模型中磁单极过多的矛盾。由于宇宙极早期相变阶段中Higgs场的急剧振荡和热涨落,会产生极微量的磁单极。按文献[6]的分析,宇宙早期残存的     

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。     

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。