反物质与反物质能

基于传统物理学法则,构成世界的每一个基本粒子都具有相应的反粒子.普通原子是由一个原子核及围绕在原子核周围轨道上的若干电子所组成的.反物质具有类似的基本结构,但却是由反粒子组成的.因此,理论上,正常物质与反常物质同时并存.本世纪20年代末Paul Dirac为协调量子力学和狭义相对论而推导出的电子方程式有两个解,并由此预言反物质的存在.1932年发现正电子,1955年发现反质子,1996年合成反氢原子,1997年观测到银河中心附近由反物质形成的粒子云.反物质释放的能量较之核能大十倍以上,而且将是一种洁净能源.反物质能源是否能实现?这是众所关心的.     

微观宏观两极的合拢

隐藏在原子的内心的,是宇宙结构的秘密。基本粒子物理学-关于物质的最终结构单元以及它们的结合规则的探索-是育关于小得不可再小的东西。宇宙学-关于星体、星系以及宇宙本身的起源和演化的研究-讨论天地万物中最大者。在这两个极端之间,其它科学可以按照它们所研究的系统的大小排成次序。科学的阶梯从粒子物理学开始,向上到核子物理学,原子物理学,     

科学知识结构中的一般系统论和控制论

自古以来,人类就力图使自己关于周围现实的观念系统化。当然,随着科学和实践的发展,这些观念也在变化、精确和修正。在上一世纪后半叶,恩格斯所创立的关于物质运动基本形式及其相互联系和从属关系的学说,对于人类有关我们周围现实的观念的系统化,有着特别重大的意义。二十世纪初期科学的世界图景,由于人类洞悉了原子内部,揭开了基本粒子世界而复杂化了。这里我们理会科学世界图景,还不仅限于科学的体系,而且也包含着有价值的观点。亚原子物理学的出现,开始了致力于微观世界的研究。同时,由于越来越广泛地利用技术手段,人类扩大了自己对宇宙认识的范围。这样,人类就日益深刻地洞察了宏观世     

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。     

夸克有内部结构吗?

"夸克"是目前人类所知的构成物质世界的基本粒子之一,也是在粒子物理"标准模型"中参与所有已知的基本相互作用的唯一的基本粒子.实验寻找比夸克更小的基本粒子,或者验证是否夸克具有更加细微的内部结构,这是现代高能物理研究寻找超出标准模型新粒子的重要手段,也是高能量前沿的重要研究课题.     

物质的家族数

CERN和SLAC用正负电子对撞实验证明宇宙间的基本粒子只有三个家族,它们是怎样得到证明的?我们周围的宇宙由三种基本粒子组成,它们是"上"夸克,"下"夸克和电子。恒星,行星,分子,原子,甚至人类本身,都由这三种物质组合而成。它们与电子的中性的而且可能是没有质量的伙伴-电子中微子构成物质的第一个家族。     

基本粒子的对称性、内部结构和相互作用

引言物质结构问题一直是物理学的一个中心问题。十九世纪的原子的发现,使人们对于物质的微观结构的认识跨进了一大步。以放射性物质的发现为先导的近代物理的发展,又进一步揭示出原子的内部结构。按照近代物理所揭示的图象,所有原子都是由原子核和围绕着原子核运动的电子组成的,而各种原子核又是由不同数量的质子和中子相互结合而成的。人们称质子、中子和电子等为“基本粒子”或“原始粒子”,认为这些粒子是组成所有物质的最原始的单元。近年来,人们利用高能加速器,产生了各种类型的基本粒子,数目达到五、六十种以上,并且可以按照类似于原子周期表的方式     

固体物理学的主要成就与发展方向

固体是一种重要的物质结构形态,与基本粒子、原子、分子等一样,是当前物理学中主要的研究对象之一。固体物理是研究固体的微观结构和组成粒子(原子、离子、电子等)之间相互作用与运动的规律,并从而阐明其性能与用途的科学。我们知道,固体是由大量微观粒子(原子、分子、离子、电子等)组成的。当这些微观粒子聚集在一起形成固体时,它们是怎样相互作用的,这些相     

从铀放射性发现到同位素的发现(1896—1913)——为纪念α射线和β射线发现100周年而作

从1896年铀放射性的发现到1913年放射性同位素和位移律的发现的18年,是核物理学和放射性化学的奠基阶段,也是人类深入原子内部探索物质变化的第一个阶段.在这一阶段,随着α射线和β射线在1898年的发现,和1899年对β射线及1902年对α射线的物质性的确定,α粒子和β粒子便成了放射性研究的重要工具.其后出现的卢瑟福-索迪元素嬗变qd理论、建立在原子基础上的原子连续性变化的思想、卢瑟福-玻尔原子模型,以及放射性同位素和位移律的发现,每一发展都与这两种粒子特别是α粒子的使用密切相关.经过这一阶段研究,人们才认识到原子不是物质存在的最小载体,认识到不存在物理学原子和化学原子的区别.从这个意义上说,这一阶段革命不唯独属于物理学,也不唯独属于化学,而是整体上属于一门物质科学.     

生命信息科学概述

引言人类对客观世界的认识总是从简单到复杂;从宏观到微观;从局部到整体;从具体到抽象,科学的重点也随着人类对大自然认识的深化而转移。一、物理学革命: 传统的概念认为:看得见、摸得着的东西是物质,19世纪物理学家法拉第、麦克斯韦、赫兹使物理学导致了一场大革命,论证了无静止质量物质(以下简称能量物质)——电磁波是物质运动的一种形式,论证了每一种有静止质量物质(以下简称质量物质),都对     

基本粒子物理学的最新研究工作(联合原子核研究所的工作)

许多国家的几百位学者对基本粒子物理学问题进行着研究。现在,由于他们的工作结果,对于过去是神妙不可测的这一物理学领域,已经获得了许多很有意义的知识。他们发现了许多“族”的基本粒子,但是还有更多的诱人的问题有待解决。     

关于夸克禁闭理论的哲学思考

夸克禁闭之谜,一直是当代物理学探讨的问题,正当自然科学家们对于夸克禁闭问题争论不休的时候,哲学家们也从哲学角度对其展开了激烈的争论。人类进入20世纪以来,在物理学微观领域的研究取得了很大的成就,人类对物质的最小构成单元的认0尺度一下深入到原来的十亿分之一。从原来的大分子、原子、原子核直到新发现的夸克和轻子,正当人类想在基本粒子领域大显身手,向微观更深的层次挺进时,一道神秘的屏障好像故意在跟科学家们捉迷藏,阻碍着六微观粒子更深层次发展。无论我们的科学家们如何绞尽脑汁,动用各种机器设备,也难以揭开其神秘面纱,它就是神秘莫测的“夸克禁闭”现象。于是,围绕着“夸克禁闭”这一科学问题,各种假说、猜测、争论纷至杏来,从而使粒子物理学领域出现了一派空前繁荣的景象。     

揭秘强子对撞机

强子对撞实验目的何在 粒子物理学的"标准模型"是一整套理论,它对强作用力、弱作用力、电磁力这三种基本力量和组成所有物质的基本粒子进行了描述.迄今,对这三种力的试验结果几乎都符合"标准模型"的预测,但这一理论的重要缺陷,是它无法解释物质质量的来源.     

中国高能物理实验在世界的地位

高能物理实验是粒子物理实验在今天的名字。人类科学研究的三大任务是：物质结构、天体演化和生命起源。基本粒子实验的研究对象是物质结构，是用实验来回答物质的基本组分及其相互作用。以前，人们普遍认为，一切物质都是由质子、中子和电子构成的，在那时，质子、中子和电子被认为是“没有结构的”和“不     

是物理学的终结吗？

当今,与物理学的热点中心有关的基本粒子物理学,有时被投之以这样的提问:在这个领域中提出的任务解决后,是否从整体上看,一个物理学的终结随之就来到了呢?或许有人会给出这种论证:由于所有物质和全部辐射均由基本粒子组成,因此,由它们的特性和行为所决定的定律的全部知识——譬如在一个“宇宙方程”之中——也就必定在原则上为全部物理过程确定     

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     

《物质的统一和相互作用的统一》校译后记

《物质的统一和相互作用的统一》一文,是1979年诺贝尔物理学奖金获得者之一、美国哈佛大学教授、著名理论物理学家格拉肖(S.L.Glashow)博士去年在耶路撒冷纪念爱因斯坦诞生一百周年大会上所作的报告,原题为《基本粒子物理学的新、老发展方向》.他从原子论的建立一直谈到基本粒子理论的前沿领城——大统一理论,强调了物质结构的统一和相互作用的统一这两条研究线索的关系.这个报告由格拉肖教授来作,无论从内容或时机上,都是再恰当不过的了. 科学史上,尤其在基本理论研究方面,有些研究工作虽     

反常原子

随着粒子物理学、激光光谱学与基于加速器的原子物理学的发展,在实验上已相继发现了里德伯原子、电子偶素与μ子素、μ子原子与强子原子,以及最近才产生的反氢原子等一系列的反常原子.通过对这些反常原子的理论与实验研究,极大地丰富了人类的知识宝库.本文综述了这些反常原子的产生(或发现)过程,它们所具有的独特性质、应用及其在科学上的重大意义.     

科研的自信 传播的样板——纪念赵忠贤团队超导论文在《科学通报》发表30周年

<正>自然科学是以认识自然现象、探索物质世界的客观规律、积累科学知识并充分利用以发展人类文明为目的的科学研究.科学总是从认识未知开始,总结规律,进而发展为一种技术服务于人类.这也正是人类追求科学求异发现的原生动力.在一个世纪以前的1911年,荷兰莱顿大学的低温物理学家Heike Kamerlingh Onnes在首次液化了氦气之后,测量了多种金属的低温电阻率,发现当温度降到4.2 K附近时,金属汞的电阻突然降到零,这是人类首次发现超导现象.     

生活在物质世界多幸运

世界是物质的 勿庸置疑,我们能够感知的世界是由物质组成.即世界上的万物,从大的星系、星云、太阳、行星,到小的陨石、树木、动物及微生物,均由物质组成.物质则是由分子组成,分子由原子组成,原子内部有原子核与电子,原子核是由中子与质子组成.现在人类发现的最基本物质结构是夸克,即所有物质最终都是由夸克和轻子组成.