日本战前的粒子物理

1935年在日本诞生了核力介子理论。1945年也是在日本释放了核力。1935年汤川秀树宣布了一种新的基本粒子的预言,其质量在电子质量和质子质量之间,后来命名为“介子”,意思是说介乎于中间的粒子,用来解释在原子核里结合核子的力(质子和中子)。介子已成为三种基本粒子之一,另外还有baryon(重子、包括核子)Lepton(轻子如电子和中微子)。然而介子和重子不再被看作是最基本的粒子,因为今天它们被认为是由夸克构成。虽然汤川秀树从来没有离开过日本去国外,可他在预言介子存在时,他和同事的研究有助于展开了20世纪初西方科学的国际扩展。1949年,汤川秀树获得诺贝尔物理奖时,他已经在日本建立了兴盛的基本粒     

奇特的强子X(3872)及其质量精确测量的新方法

<正>质子和中子通过强相互作用束缚到一起形成各种各样的原子核,再通过电磁相互作用与电子一起形成原子,从而构成了宇宙中的可见物质.强相互作用的基本理论是于20世纪70年代建立起来的量子色动力学(quantum chromodynamics, QCD).在QCD中,参与强相互作用的基本粒子是夸克和胶子.与质子和电子分别带正负电荷类似,夸克带有3种不同的色荷;与传递电磁力的光子不带电荷不同,在夸克间传递强相互作用的胶子具有8种色荷,从     

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     

自然信息

中微子能和普通物质的核子相互作用,也能和原子中的电子相互作用。对弱相互作用的整个现代认识的关键是一项实验观察,它最早在日内瓦欧洲原子核委员会的伽格曼尔气泡室中进行,即当一个入射中微子和一个核子碰撞时,中微子会弹回来而不获得电荷。这种中性流(NC)过程和荷电流(CC)过程不同。在荷电流过程中,μ介子(或     

核聚变领域中的新探索

1.μ介子催化聚变反应理论上曾预言,如果以μ介子取代氢燃料中的电子,从而允许核在静电排斥发生之前靠得更近,则聚变反应有可能在低温下发生。在DT聚变中,将μ介子注入DT混合物可形成紧束缚DTμ“介分子”。苏联等国的新近工作表明,DTμ生成率远大于以前的估算值.一个μ介子可以催化100—1000次反应(只要它不被反应生成的α粒子所俘获)。这种新估计已由爱达荷国家工程实验     

核子-核子相互作用与双重子共振态

近年来在π介子阈能以上核子-核子散射数据中,一个引人注目的现象是在质心能量为2.1—2.45GeV的能区内,核子-核子极化散射总截面△σ_L和△σ_7中有几个宽度为几十兆电子伏的峰,它们被有些人认为是六夸克共振态(双重子共振态)存在的信号。本文以介子交换理论为基础,给出了同时适用于低能和中能的核子-核子相互作用模型,用Padè近似在     

探索中的五夸克粒子及其在原子核中的束缚态

多少世纪来，人们一直在为探索物质的基本组成而不懈努力着，从最原始的哲学意义上的“原子”到有一定科学依据的分子、原子，从质子和中子的发现到夸克和轻子的探测，等等。随着探索方法和实验手段的空前发展，随时都可能有惊人的新发现。例如，质子和中子再也不像以前人们认为的那样是不可分的点粒子，在高能电子与核子散射实验过程中，已明显地“看到”了核子的内部结构：组成它们的是夸克，由胶子传递的强相互作用把夸克“粘结”在一起。     

ψ族和γ族的质量谱

重夸克素谱是近年来粒子物理研究中有兴趣的问题之一。人们用各种不同的方法去讨论它。其中大多数是用非相对论的方法。在文献[2]中,我们提出了一种具有内部相对论性的介子B-S波函数的旋量结构。它所描写的介子体系不但质心运动是相对论性的,而且组成介子的层子-反层子间的相对运动也是相对论性的。当取层子-反层子相对静止这一特殊情形时,它就回到Bargman-Wigner型波函数。我们也已指出,这一波函数的旋量结构与自由费米子体系的波函数旋量结构类似。(当     

科技传真

夸克理论面临挑战 科学家最近在德国汉堡强子电子环形对撞机上进行的实验表明,目前被认为不可分割的物质基本单位夸克可能由更小的粒子组成。 来自德国、英国等国家的科学家分成2组进行实验,他们得出了相似的结论,即夸克可能由更小的粒子“小夸克”(Leptoquark)组成。这一结论对统治近代粒子物理学20多年的夸克理论形成强有力的挑战。 夸克理论认为,夸克共有6种,是组成物质的基本单位,是不可分割的。包括质子在内的强子由3个夸克组成。根据这一理论,当大量电子与质子相撞时,会有少数电子与质子中的夸克撞个正着被反弹回来,因而一定数量的电子和质子在以一定速度相撞时,反弹回来的电子数量也是一定的。然而科学家们在实验中却发现,实际反弹回来的电子数量远超出了预计数量。     

宇宙线高能物理学进展

宇宙线的发现已有六十多年的历史了,在这段时间里,它对高能物理的研究起了很重要的作用。一、历史的贡献人们早就注意到宇宙线粒子的能量比天然放射性粒子的能量高得多,因而最初的高能物理实验都是在宇宙线中进行的.1932年,安德逊(Anderson)在宇宙线中发现了正电子,这可以说是基本粒子物理学的开端.这以后的宇宙线实验推动了量子辐射理论的建立,对电子辐射光子、光子转换为电子对和在能量足够高时形成的级联簇射现象进行了研究.在这些研究中,发现了一种辐射特性比电子弱得多而又不是质子的带电粒子,后来测出它的质量约为电子质量的200倍,即μ介子.最初人们以为这就是汤川所预言的传递核力的介子,但随后的实验表明μ介子与原子核的作用是很弱的,它不可能是传递核力的介子;1947年,     

守恒流与e-μ-τ不对称性

τ轻子的发现表明可能存在三条轻子数守恒律。电流、重子流、e轻子流、μ轻子流和τ轻子流是迄今已知的五种严格守恒流。依据守恒荷作为场源的概念,类比着电荷产生电磁作用,我们曾讨论了重子荷、轻子荷和电荷产生中性流弱作用的可能性,作为前一工作的继续,本文将讨论三种轻子荷分别守恒这一更接近于实际的情况,从而证明理论中将自动出现e-μ-τ不对称性。     

五夸克态的实验发现

2015年,大型强子对撞机上的LHCb实验在■衰变末态中,发现J/ψ和p不变质量谱中存在明显的增强结构.通过达里兹图分析,首次在实验上确认存在由5个夸克组成的粒子.全振幅分析表明,至少需要两个五夸克态才能很好地描述数据,这两个五夸克态被命名为Pc(4450)和Pc(4380). 2019年,利用9 fb–1积分亮度的数据,并采用重新优化了的选择条件, LHCb实验再次研究■衰变末态的J/ψ和p不变质量谱,发现了一个新的五夸克态Pc(4312),同时观测到之前发现的Pc(4450)是两个质量相邻窄共振态P_c(4440)和P_c(4457)的叠加.发现包含粲夸克偶素的五夸克粒子是对传统强子组成的重要突破,其内部结构有很多种可能性,如紧束缚的五夸克态、重子-介子分子态等或者它们的叠加态.作为国际高能物理学界的前沿方向,对五夸克粒子结构的研究为探索强相互作用非微扰性质打开了一扇新的窗口.     

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     

全球首次发现双粲重子

正欧洲核子研究中心2017年7月6日宣布,经多国科学家共同努力,在世界上首次发现了一种被称为双粲重子的新粒子,这将有助于人类深入理解物质的构成和强相互作用的本质。中国团队对这一发现功不可没。在现代粒子物理学的标准模型理论中,夸克是基本粒子,而重子是由3个夸克组成的复合粒子。几乎所有物质都由重子组成,其中最广为人知的就是组成物质原子核的质子和中子。夸克有6种,分别称为上、下、奇、粲、顶和底夸克,上、下夸克质量最小,奇、粲、顶、底夸克质量较大。质量大的夸克只能经由高能粒子     

一个由量子数决定的磁矩公式

迄今,强子的磁矩公式通常都基于夸克模型,重子磁矩由夸克及其相互作用决定。虽然由此获得了著名的结论μ(n)/μ(P)=-2/3和若干进展,但是这必然涉及粒子的结构和尚无定论的内部相互作用。因此,一直是一个不断探讨的问题。本文提出一种新方法,它类似于强子的GMO质量公式,重子磁矩由重子的量子数决定。这种方法与粒子的具体组分和相互作用无关。     

层子模型中核子形状因子的一种可能的解释

在层子模型中,所有强子(重子和介子)被看作是由层子组成的,描述强子内部结构的波函数在静止系中满足SU(6)对称性,其空间部分由Bethe-Salpeter方程给出。这些复合粒子的所有相互作用均通过层子进行。例如,对强子的电磁相互作用和弱相互作用所用的唯象哈密顿量是     

难以捉摸的粒子

几乎没有质量而且难以置信,稀少的　子中微子“鄙视”它周围的环境,很少与较之更普通的物质发生反应。这些特性使它很难被检测到。现在,一个国际物理学家小组宣布第一次“直接”探测到　子中微子,科学家已经间接地证明这种粒子的存在。 中微子的发现源于科学家无法平衡亚原子粒子的方程式。３０年代,泡利预言了一种质量极小而且与环境只有微弱反应的粒子带走了放射性衰变中损失的能量。几十年后,中微子的存在得到了证实。科学家认为有３种中微子,每一种都以与之反应的基本粒子命名：电子中微子与电子反应,μ子中微子与μ子反应,子…     

E介子之谜与一个胶子球的存在

在J/ψ粒子辐射衰变中发现的质量为1440MeV的介子,是1~+E介子还是一个胶子球,已争论很久,《E介子之谜与一个胶子球的存在》一文的作者认为它是一个胶子球,并命名它为G(1440)。此工作对当今粒子物理中的一个重要理论——量子色动力学是一个有力的支持。     

CP不变性和中性轻子流

不出现中性轻子流是基本粒子弱相互作用的一个久已熟知的重要性质。然而,据我们所知,迄今为止,一般的弱相互作用理论中都将这一性质作为外加的假定而直接引入的。在本文中,我们将指出,如果假定轻子(例如,电子和电子中微子)构成一“同位旋”旋量l,则可证明,适当选取l中两粒子间的相对位相,CP不变性将保证轻子流j=τl在与W耦合中其中性分量j_0不出现。此处W=W_μ是同位旋矢量的中间矢量玻色子,它具有如下性质: CPW_μ(CP)~(-1)=(W_μ)~=η_μ(W_μ)~(1)其中表示厄米共轭,η_μ= 1(μ=1,2,3);-1(μ=4)。 CP变换的定义应保持同位旋群的李代数结构不变。若同位旋群的无穷小算子     

U(1)反常Ward恒等式和有效拉氏量

通常认为,不考虑夸克质量项时,QCD拉氏量含有N_f~2个守恒的轴矢流。若前L个夸克的质量为零,U(L)×U(L)对称的自发破缺将导致产生L~2个赝标的Goldstone粒子。实际上,对三个味并未观察到第九个轻的赝标介子。这是由Glashow最早提出,并为Weinberg,Susskind和Kogut以及很多人研究过的所谓U(1)问题。