弱电统一的道路

1934年,费密为了解释弱衰变现象提出了普适弱作用理论.施温格(Schwinger)根据电磁相互作用与弱相互作用之间的类比,在杨振宁、密尔斯(Mills)的规范场研究基础上,尝试了弱相互作用与电磁相互作用两者的统一.施温格曾假设弱相互作用和电磁相互作用一样,也是由某种场来传递的,这种场就是中间玻色子W,但是W的质量要很大,否则在低能弱衰变时得到的结果就要和费密理论相矛盾.施温格的理论在1958年被他的学生格拉肖(Shelden Glashow)、萨拉     

吴健雄与β衰变(二)——β衰变对揭示弱作用本质的贡献

在过去的半个多世纪里,月衰变的研究对理解弱作用的本质起了主要的,甚至可以说是决定性的作用.在文章的这一部分①我们将比较详细地介绍人们通过尹衰变认识弱作用本质的过程:从费米提出月衰变理论,确定普适(V一A)费米相互作用,一直到弱作用和电磁作用的统一。     

SO_3与SU_2破缺规范理论中的磁单极

1.通常的电磁理论中,电磁场是电荷位相变换群U_1的规范场,磁单极是电荷的对偶荷。然而,无论从弱作用和电磁作用的统一理论或从强作用的对称性理论来看,电荷规范群不过是某个更大对称群的某个U_1子群。因而,自然需要讨论一般规范理论中U_1子群的磁单极问题。其中最简单的情形就是SO_3和SU_2破缺规范理论中的磁单极。近年来,文献中对这类问题的     

SU(2)U(1)U′(1)规范模型

将自然界四种相互作用统一起来,是人们长期的愿望。本文提出了一个新的弱作用和电磁作用统一的规范模型。理论与中性流的各种实验比较都取得较好结果。     

非Abel规范场论中形状因子高能行为的指数化与反常增长

一、非Abel规范场论是近年来基本粒子理论研究中颇受人们注意的一个方向。不少人尝试用它来构造弱-电磁作用统一模型、强作用乃至超强作用的模型。我们用微扰论在领头项近似下计算了非Abel规范理论中质壳费米子的形状因子(包括电磁形状因子F_r和发射规范介子的形状因子F_B)当动量传递q~2→∞时的高能渐近行为(到四阶)。我们的计算结果是:     

Development and unification of the electroweak theory

引力相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用是自然界的4种基本相互作用,科学家们一直试图找到能把这4种基本相互作用统一起来的途径,但这条统一之路却充满了艰辛,文章就这一理论进行了详细的论述.     

反常弱作用和ΔI=1/2规则

在基本粒子物理学中,存在着四种作用。弱作用和电磁作用的统一工作已有很大的进展,但是还存在着不能解释ΔI=1/2规则这个问题。本文提出了反常弱作用,试图解决这个问题。     

萨拉姆:两个世界的人

他的名字——阿卜杜·萨拉姆(Abdus Salam),随着1979年诺贝尔物理奖的公布而为世人所周知.他和另外两人(温伯格、格拉肖),我们时代的又一批科学精英,都是勤奋非凡的理论理学家,由于在建立弱相互作用与电磁相互作用的统一理论上做出了重大贡献,他们共同分享了这一最高荣誉.     

高能物理中的非加速器实验

高能物理的同义词是基本粒子物理.在这个学科中有很多令人感兴趣的新领域,并不需要高能的大型加速器.在高能物理学中,一个目前尚小、但正在增加的部分,就是进行与基本粒子相关联的非加速器实验. 这类实验之一,是探测自由质子的自发衰变.企图统一强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的大统一理论预言,夸克和轻子并非绝对不变,而有可能由一种形式变为另一种形式,尽管其变化速度极为缓慢.这种假设的必然结果就是,质子也是不稳定的,会通过自发的放射性衰变而成为一个正电子(即带正电荷的电子)和一个介子.这个理论断言:质子的寿命大约为1030年.换言之,如果对     

引力的本质是什么?

自然界存在4种基本相互作用力,其中电磁、强、弱相互作用能够成功地进行量子力学描述,但是由广义相对论描述的引力却和量子理论不协调.本文从量子力学和广义相对论出发,讨论了对引力进行量子描述时出现的矛盾,同时介绍当今比较有希望解决这个矛盾的超弦理论对这个问题的解释,最后对引力基本性质的实验检验情况作简单介绍.     

超对称性和超引力场

目前有大量的实验证据支持用重整化的规范场来统一描述弱、电、强三种相互作用。尽管这种理论取得了很大的成绩,但它还有些基本缺点。例如,把描述夸克的量子色动力学与弱电统一模型结合起来,要有20多个任意参数,而理论对这些参数不能给出任何预言。即使用大统一理论也不能把这些任意参数减少很多。另外,在大统一理论里有两个不同的质量尺度:一个是传播弱作用力的中间玻色子,其质量约100千兆电子伏;另一个是用于统一弱、电、强的大统一子的质量,约为10~(15)千兆电子伏。这个大的质量差异,从理论上是无法解释的。同时在量化场的重整化过程中这个质量差又是不稳定的。还有其他一些问题,例如,大统一场理论不能对基本粒子谱作出解释,同时,理论还没有把引力场包括进去。但是,当基本粒子质量达到普郎克质量(10~(19)千兆电子伏)时,引力场对基本粒子的作用就变得很重要了,必须考虑引力场。     

超弦理论

理论粒子物理学家的主要目标之一是建立一种能够说明自然界四种力,即引力、电磁力以及强核力和弱核力的理论。至今已经取得了部分的成功。温伯格、格拉肖和萨拉姆由于建立把电磁力与弱力统一在单一的框架中的电弱理论而荣获诺贝尔奖金。其他的物理学家正在试图把电弱力与强力统一到一个“大统一理论”中。这个理论实际并不算是“大的”,因为它没有包括引力。“超引力”是尚在形     

三光子实验

电子是人们最常见的一种基本粒子。在自然界中,电子是最轻的带电粒子。正电子是电子的反粒子。电子和正电子有电弱作用(电磁相互作用与弱相互作用的统一)和引力相互作用,但没有强相互作用。由电子和正电子组成的系统,是最简单的电磁相互作用系统,可以用量子电动力学的理论来精确地描述它们。湮没是电子和正电子相互作用的一个特点。在湮没过程中,一对正负电子转化为一些光子。这是粒子间会互相转化的有力证据。当自由正负电子直接碰撞时,可以发生湮没。但正负电子也可以先组成束缚态,然后再湮没。由一个电子和一个正电子组成的束缚态有点象氢原子,但里     

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。     

一种共形超引力理论

我们知道,Poincar(?)超引力和de Sitter超引力理论有一个也许是严重的困难:由于它们包含的内部对称群是O(N)群,当N≤8吋,O(N)群不包含SU(3)(?)SU(2)(?)U(1)群作为子群,而这是目前认为可能统一描述强、弱和电磁相互作用的最小规范群;当N>8时,描述内部对称性的O(N)模型就必定包含自旋>2的粒子,这样的粒子迄今为止不但实验上没有观测到,而且也没有为其它一些取得成就的理论所预言,因此,这样一种理论究竟有没有生命力是很难说的。     

暗能量的理论问题

暗能量是近几年宇宙学的重大发现之一。它的存在给宇宙学、引力理论和统一理论提出了一个重大难题。我们简要解释目前存在的各种暗能量理论和模型。指出暗能量的最终理解将深化宇宙学和统一理论的研究。     

一个具有良好高能行为的弱作用理论

四费米子弱作用成功地描写了低能弱作用现象,但在高能时具有严重困难。主要的是:它破坏了幺正限。所以,这个理论必定需要修改和发展。Weinbeg-Salam弱电统一理论提供了一个解决困难的方案,这个理论正在接受日益丰富和精密的实验资料的考验。有些方面(如原子的中性流宇称破坏实验)已表现出可能和实验不符。本文提出一个新的弱作用理论,可以克服W-S理论和实验的矛盾。     

捕捉暗物质粒子

<正>暗物质可能是这个宇宙中最扑朔迷离的事物,科学家隐隐约约觉得它应该存在,却从没看到过它的踪迹。尽管看不见摸不着,但为了捕捉到暗物质的身影,科学家正在穷尽一切可能。现代物理学把物质之间的相互作用,按作用强度从强到弱分为四种:强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。暗物质的属性表明它们不参与强相互作用和电磁相互作用,只参与引力相互作用。那么它们是否参与弱相互     

超弦理论及其进展

综述了超弦/M理论的意义、重要性及其发展过程中的两次革命以及已经取得的成绩, 评述了该领域目前的研究现状和发展趋势, 探讨了该理论的研究如何帮助我们认识和理解一个量子引力理论以及包括引力在内的相互作用统一理论所需要满足的要求和条件. 该理论的研究也在一定程度上揭示了时空的本质和模糊性、相互作用的本质和模糊性, 以及在考虑非微扰效应下经典和量子之间存在的可能模糊性, 由此为该理论的进一步研究和完善给予启示.     

额外维存在性的理论探讨

是否存在超出我们生活的4维时空的额外维度是一个有趣而重要的问题.本文从理论角度探讨这一问题,先讨论了早期引力与电磁相互作用统一的5维卡鲁扎-克莱茵(Kaluza-Klein,KK)-理论,然后介绍了超对称和超引力与额外维的关联,最后介绍了弦理论和M-理论,并解释为何超弦理论本身的完善要求存在一个时空维度最大可以是11维的M-理论.至少从经典层面上,额外维对超对称和超引力来说仅仅是一种选择,不是必须的.目前,除4维N=8超引力理论有可能是一个自洽的量子引力理论,其他4维和高维的超引力理论紫外都有问题,需要考虑新的物理自由度,对应的紫外完善理论很可能就是弦/M-理论.弦理论对额外维的要求有所不同,其微扰量子自洽性要求额外维必须存在.例如,对超弦理论,时空必须是10维的.如果弦/M-理论的确是描述物质和相互作用的基本理论,那额外维就一定存在,同时需要对额外的空间维度作紧致化,且其尺度必须小于目前的实验限制.本文也讨论了一些相关唯象大额外维理论.