LHCb关于正反物质性质差异的研究取得新进展

<正>现行理论认为,宇宙大爆炸产生了几乎等量的物质和反物质.由于物质和反物质在微观性质上存在一定的差异(物理学上称为"电荷共轭-宇称对称性破缺",简称CP破坏),宇宙经过长时间的演化,形成我们今天观测到的由正物质组成的世界.欧洲大型强子对撞机(LHC)是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器.大型强子对撞机底夸克实验(LHCb)是LHC上的4个主要探测器之一,它的主要物理目标是测量     

对称性自发破缺的历史发展

本世纪最伟大的科学成就之一是弱电统一理论,而使该理论取得重大突破性发展的是真空对称性自发破缺的应用。对称性自发破缺的概念在当代物理学中占有十分重要的地位。本文将研究探索对称性自发破缺概念是如何从固体物理学领域(特别是超导现象)移植到粒子物理学中,以及物理学家们是如何克服重重困难,最后使其成为粒子物理学的重要概念的。     

冰海之下探测中微子

我们的宇宙所能展现出的核过程远比地球上粒子加速器所能达到的还要剧烈得多.大自然可以把基本粒子加速到能量超过1020电子伏特(eV)--相当于一个基本粒子携带了50焦耳的宏观能量,但我们还不清楚这些粒子(绝大部分是质子)的起源以及它们是如何被加速的.     

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。     

利用近距离牛顿反平方定律实验探索洛伦兹不变性破缺效应

回顾了利用近距离引力实验探索洛伦兹不变性破缺效应的现状,并展望了其发展趋势.引力与物质的耦合极其微弱,近距离下牛顿反平方定律的实验检验是探索引力现象对广义相对论偏离的常用方法之一,其实验检验的基本原理是通过测量密度较大的2块薄金属片之间的引力相互作用随间距的变化,判断其是否满足牛顿反平方定律.在探索洛伦兹不变性破缺方面,通过测量2块薄金属片之间的非牛顿力的恒星时变化,可以检验标准模型拓展(SME)中包含黎曼曲率2次耦合的洛伦兹对称性破缺参数.分析表明近距离引力实验中,由于洛伦兹不变性破缺,2块有限平板间的非牛顿引力由边缘效应主导,尽管如此,现有的近距离引力实验对洛伦兹不变性破缺系数的限制仍能达到10?8 m2的水平.     

物理学家为什么认为弦论是万有理论可能的候选者?

正弦论的核心思想是:宇宙最基本的组成单元不是0维的点粒子,而是一维的弦。弦论是物理学中未经证实的理论中最精妙、最具争议者之一。弦论的核心是贯穿物理学几个世纪的思想的主线,即在最基本层次上,各种力、粒子、相互作用和物理现象,都可由同一个理论描述,四种基本作用力(强力、电磁力、弱力和引力)统一于一个理论。从许多方面来看,弦论是量子引力理论的最佳候选理     

de Sitter时空背景中具有整体单极的蒸发黑洞的度规

现今人们一般认为,宇宙的演化可由暴涨宇宙模型较好地描述.在早期宇宙的演化过程中,当周围温度低于临界大统一温度(T_(GUT)—10~(16)GeV)时宇宙进入暴涨阶段.此时宇宙中真空能量将占主导地位,相应的有效宇宙常数为(?)～(T_(GUT)~2/m_P)(m_p为普郎克质量～10~(19)GeV),宇宙进入de Sitter指数膨涨相,其时空度规可表为:     

物质世界的对称性破缺 ——2008年诺贝尔物理学奖简介

由于对基本粒子物理学中的对称性破缺问题做出了重大理论贡献,美国芝加哥大学恩里科&#8226;费米研究所的美籍日本物理学家南部阳一郎（Yoichiro Nambu）、日本筑波高能加速器研究中心的小林诚（Makoto Kobayashi）和日本京都大学汤川理论物理研究所的益川敏英（Toshihide Maskawa）被授予2008年度的诺贝尔物理学奖。本文将简要介绍他们获奖的工作,以及与之相关但尚未解决的宇宙的物质-反物质不对称难题。     

3维O(N)超引力理论中超对称动力学自发破缺

超对称局域化后,由于物质多重态与纯引力多重态相互耦合,超对称易于产生自发破缺.我们曾研究了2维和3维整体和定域超对称理论,发现超对称破缺与模型的维数有密切关系.本文构造一个3维 O(N)超引力理论,并利用大 N 展开方法,研究了动力学自发破缺机制.     

2～7 GeV高亮度正负电子对撞机的物理研究

经过几十年的实验检验,标准模型被认为是描述自然界微观世界最成功的理论模型.特别是随着2012年Higgs粒子的发现,标志着人类对物质微观世界的认识达到了空前的高度.尽管如此,仍存在一系列标准模型不能解决的基本问题,如暗物质和暗能量的本质、宇宙正反物质的不对称、夸克和轻子的分代和引力作用的描述等.另外,作为标准模型的两个组成部分之一,量子色动力学在高能量区得到了实验的精确检验,但是在低能区仍存在许多重大的科学问题,亟待实验和理论进一步发展和完善.因此,我们亟待进行超出现有水平的实验来更深入地探索微观物质结构,揭示微观世界的更多奥秘.本文阐述在t-粲能区有待解决的重大前沿科学问题,以及在中国建设新一代的2~7 GeV能区高亮度(0.5×10~(35)~1.0×10~(35) cm~(-2) s~(-1))正负电子加速器的可行性和必要性.     

在世界上名列前茅的加速器

在芝加哥附近的费米国立加速器实验室,建造了世界上第一台超导加速器,工作能量为900GeV.1986年11月,实现了在1800GeV能区的质子-反质子对撞. 位于加利福尼亚州的斯坦福直线加速器中心,一台新颖的正负电子对撞机业已落成.这台斯坦福直线对撞机(SLC)可以在电子-正电子质心系中达到100GeV的能量,足以直接产生Z粒子. 在日本,一个圆形电子-正电子存储环已在1986年末开始运转.日本国立高能物理实验室(KEK)建造了这台取名为RISTAN(日本加速器交叉     

一种现实单极子和双荷子的渐近平直的引力场

早期宇宙中的相变可导致各种各样的拓扑缺陷。拓扑缺陷的类型决定于真空流形的拓扑结构,特别是,当同伦群π_2(G/H)非平庸时,拓扑稳定的单极子解便存在。这种由于规范对称性破缺而形成的单极子与基本粒子很相似。如果我们在广义相对论中来考虑这些单极子,那么按照其对称性,他们的非零能-动-张量将使时空发生相应的弯曲。     

解读"对称破缺"的真谛——2008年诺贝尔物理学奖

南部阳一郎因发现亚原子物理学的自发性对称破缺机制而获2008年诺贝尔物理学奖.所谓自发对称性破缺,是指一个物理系统的拉格朗日量(概括整个系统动力状态的函数)具有某种对称性,而基态(系统的最低能阶)却不具有该对称性.他的理论涉及广泛领域,2008年9月欧洲核子研究中心启动"大型强子对撞机"实验,就和自发对称破缺机制密切相关,其基本理论模型--"标准模型"就包括南部的研究,对撞机实验的主要目的是寻找质量的起源.     

宇宙和人

20世纪60年代,美国贝尔实验室的两位工程师在寻找卫星通讯的干扰源时,意外地发现了微波背景辐射,它是宇宙学家早就预言的大爆炸的余烬,从而为大爆炸论确立了它在宇宙学中的主导地位;以后物理学家古斯又以暴胀论完善了宇宙创生的整个理论.暴胀论说,蕴藏在空间的反引力,在宇宙年龄为万亿分之一秒时,促使宇宙发生迅猛地膨胀.这样,把很少量的一点物质变成了整个宇宙的能量和物质.也许有人要问,真空空间中的一小点物质从何而来?按量子论的测不准原理,诸如粒子的位置-动量、能量-时间是无法精确测定的,这是大自然的一条基本法则,它使得能量在真空中出现,只要很快地消失就行,因此形成了空间中的能量起伏.由于能量与物质是等效的(E=mc2,c为光速),故真空空间中也能爆出粒子,有时甚至出现大质量波动,但必须在极小空域(10-33厘米)内,这也就是霍金所说的婴儿宇宙,它具有极强的引力场,立即因引力塌缩而夭折在真空的娘胎中.我们的宇宙是这种大质量波动中幸免于难的一个婴儿,那是因为出现了暴胀,它在婴儿宇宙还来不及塌缩时,就一下子膨胀了1050,造就了包含宇宙全部质能的早期宇宙.为何其他的婴儿夭折于娘胎,只有我们的宇宙却因暴胀而进入真实世界?这还是一个谜!     

中能实验核物理概况

一、中能的范围所谓中能物理的范围,有人认为是从50MeV到1GeV;也有人认为是从100MeV到1GeV.这个范围多半是为了方便而任意定的。本文着重于讨论产生π介子(≥180MeV)到10GeV(或更高一些)这个质子能量范围.理由有两方面:从加速器技术看,介子工厂是个突破;从粒子探针看,产生π介子束后,可以有μ子束,能量更高一些还可以有K介子束、反质子束、超子束……,这也是个突破。     

大尺度有效引力理论与洛仑兹破缺

微波背景辐射的多普勒效应可能意味着在宇宙学尺度上洛仑兹boost不变性的破缺,假定洛仑兹对称性从星系尺度上开始部分破缺,以非常狭义相对理论模型的对称群为例,构造了其相应的规范理论作为大尺度上的有效引力理论,发现这些洛仑兹破缺的引力模型共同特征是即使物质源为普通标量物质时,时空挠率和contortion也一般不会为零,而广义相对论在这种情况下给出零挠率和零contortion,时空联络为Levi-Civita联络.非零contortion的存在贡献一个等效的能量动量张量分布,在星系乃至星系团尺度上的静态解中扮演暗物质角色,在宇宙学尺度上的类Roberson-Walker膨胀解中扮演暗物质与暗能量的角色,很可能会贡献一部分暗物质、暗能量效应.以Sim(2)为例,特别研究了其规范理论的自洽性,包括Maurer-Cartan方程在Sim(2)上的闭合性和以及由Jacobi恒等式在Sim(2)上导致的第一和第二Bianchi恒等式.     

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     

含整体单极子的黑洞外部时空中的陀螺自转轴的进动效应

早期宇宙中真空相变可导致诸如单极子、宇宙弦一类的拓扑缺陷,这些缺陷的出现与局域或整体对称破缺有关。单极子和宇宙弦的出现可能会在宇宙中引起一些重要的、可观测的效应,也许对星系的形成产生影响。近来人们对单极子的研究十分感兴趣。Barriola和Vilenkin得到了在O(3)中整体单极子引力场。我们研究了现实局域单极子引力场。文献[8]讨论了在宇宙相变过程中由于整体单极子的形成而导致的量子引力粒子产生效应。文     

宇宙里超导体化合物的合成

近来,超导化合物,其中包括钼-钾和铌-锡已成为宇宙冶金学研究的目标.大家知道,在近宇宙内,反应级数10~(-4)～10~(-6)d加速度的降低引力,是在宇宙条件下和地球上相区别的基本因素.无重量给结晶熔化过程及固态和液态金属相互作用产生极其重要的影响.这     

地下宇宙线的观测和研究

一、地下宇宙线的特点近一、二十年来,虽然高能加速器有了很大的发展,但是,宇宙线的观测和研究仍然受到广泛的重视。在高能物理方面,加速器迄今达到的能量(10~(11)～10~(12)eV)仍远远低于宇宙线中已观测到的超高能粒子的能量(10~(20)～10~(21)eV);在空间物理和天体物理方面,宇宙线的研究则具有不可能为加速器所替代的特点。宇宙线的穿透能力和到达情况是多种多样的。例如:γ射线容易被大气强烈吸收,而中微子则能穿透