中微子是其自身的反粒子吗?

中微子振荡实验显示中微子有质量,而有质量的中微子基本性质的研究是当前粒子物理学的前沿热点.本文简要介绍反粒子的概念、马约拉纳费米子以及实验上如何检验中微子是否是其自身的反粒子.这个重要问题的答案将帮助我们探寻中微子质量的起源和超出粒子物理学标准模型的新物理.     

宇宙中正(重子)物质如何起源?

宇宙中的物质主要以重子类物质而非反物质存在.这一物质反物质的不对称性或者重子类物质的起源问题是长久未解决的宇宙学难题.本文着重介绍了目前很流行的电弱重子数产生机制,即在电弱相变过程中重子数产生的机制及其在超出粒子物理标准模型的新物理模型中的实现以及实验检验.首先详细介绍了该机制的物理图像.其次,因为重子数的产生需要在新物理模型中引入额外的CP(电荷共轭-宇称)破坏以克服标准模型中CP破坏强度不足的弱点,所以也对此进行了简要介绍并讨论了这类新的CP破坏源和粒子电偶极矩的精密测量以及新物理探索的关联.还讨论了另一个对于新物理模型的要求即强一阶电弱相变的实现.最后介绍了一阶电弱相变过程中随机背景引力波的产生、其在基于太空的引力波干涉仪探测器中的实验探测以及此类引力波与新物理模型探索之间的关联.其他如一阶相变过程中原初黑洞的产生及其探测也在本文中作了简要介绍.     

关联与黑洞信息丢失问题

霍金计算发现黑洞会发出热辐射.由于热辐射之间不存在关联,因此辐射粒子无法将信息携带出黑洞,伴随着霍金辐射,黑洞内部的物质信息逐渐丢失.量子力学幺正性要求信息守恒,黑洞信息丢失与量子力学幺正性存在明确的冲突,此即黑洞信息丢失之谜.霍金辐射之间是否存在关联是解决黑洞信息丢失问题的关键.霍金最初的计算中没有考虑辐射粒子的反冲,得到的辐射谱为纯热谱.后来, Parikh和Wilczek的计算表明,如果计入辐射粒子的反冲,则辐射谱可能会轻微地偏离热谱.本文首先介绍了Parikh和Wilczek使用包含辐射粒子反冲的量子隧穿方法得到的非热谱.其次,介绍了张保成等人在非热谱基础上证明黑洞辐射粒子之间存在关联,并且黑洞辐射过程信息守恒的工作.最后,介绍了黑洞辐射之间如何产生关联的一种可能的物理机制,黑洞辐射粒子之间的引力关联可以携带信息,使得黑洞辐射过程中信息守恒.     

反原子研究之现状

对物理学家来说反物质是个老生常谈的课题了。当物理学家在1933年发现了第一种“反粒子”的存在以后，这一课题复活了。所谓反粒子是指通常粒子的一个仅除了电荷相反外的全同复本。当反物质粒子产生后又与它的物质复本相遇，从而产生一个能量爆炸的湮灭过程仅为百万分之几秒。物理学家已经专注于寻求使它们停留足够长时间的方法，以便用它们去作一些有兴趣的研究。特别地，他们已经用了15年的努力以求使反质子和反电子结合成一个反氢原子。1996年1月，德国尤里青核物理研究所的沃尔特·奥勒特（WalterOelert）领导的一个研究组宣告已制造出…     

什么是反物质

反物质就是由反粒子组成的物质。所有的粒子都有反粒子,这些反粒子的特点是其质量、寿命、自旋,同位旋与相应的粒子相同,但电荷、重子数、轻子数,奇异数等量子数与之相反。例如,氢原子由一个带负电的电子和一个带正电的质子构成,反氢原子则与它正好相反,由一个带正电的电子和一     

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。     

生机盎然的γ射线天文学

在浩瀚的宇宙中,到处发生着伴有γ射线辐射的高能过程,γ射线直接同太阳系、银河系以及河外星系中经常发生的核过程、高能粒子过程和很高能量的物理过程有关,在研究宇宙中快速膨胀、爆发,高能粒子加速,超密天体的引力吸积,元素形成,粒子与反粒子湮灭等过程的能量转化与传输方面,γ射线具有独到的作用,因此,在未来的年代里,γ射线必将成为人类认识宇宙的一个重要的新“窗口”,在揭示宇     

普适弱电统一理论

实现弱电统一,要求从规范原理(局域规范不变性)的角度研究宇称不守恒问题。文献[1]证明了规范场只有两种类型,除了宇称守恒的矢量规范场外,宇称破坏的规范场只能是左(右)手规范场,并证明了左手规范耦合常数等于右手规范耦合常数。把这个结果用到弱作用,自然得到两个推论:第一,由于费米子(例如电子)的左右手超荷Y_(L,R)一般不相等,这种左右不对称性要求和它耦合的规范场必须是宇称破坏的左右手规范场。也就是说,必须存在两个U(1)     

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.     

实测反中子的质量

最早试验测得是中子反粒子的反中子的质量.试验是意大利帕多瓦大学的研究人员,使用欧洲原子能研究所(CERN)的气泡室进行的.观测项目59项,得到反中子的质量为939.568±0.039百万电子伏特的值.(中子的质量为939.5731±0.0027百万电子伏特) 依据狄拉克的理论,预言不仅带电粒子,而且象中子这样不带电荷的粒子,存在反粒子.对带电     

反物质的世界

自然界的每一种粒子在奇妙的镜面世界中，均有一个反物质的伴侣，当两者相遇时，它们会以辐射形式而湮没，物理学家们通过实验已创造出反粒子、甚至已制造出反物质原子。当人们问20世纪最惊人的发现是什么时，很少有人怀疑是德国量子物理学家W·海森堡（WernerHei－senberg）发现的测不准原理。按照他的意见，在本世纪30年代自从预测和发现了反物质，它像魔镜一样已在宇宙中出现。由此我们能看到反物质粒子，每一种均对应了物质世界中的一种粒子，但是许多性质相反或相对映。那么进一步情况会是什么？如果物质粒子接近或碰到其“对映物”…     

正电子化学

物质世界存在着一种正反对称性。基本粒子中除光子、π°介子、ρ°介子、η介子外,每个基本粒子都有它对应的反粒子,例如与带负电的电子相对应,存在着正电子。这些反粒子的质量、自旋、电荷量和正粒子一样,但电荷符号相反,其他一些量子数如奇异     

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     

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     

原子核的双β衰变

原子核的单β衰变过程已为人们所熟知,一个典型的过程是中子衰变为质子,并放出电子和中微子,即n→p+e+v.自从1914年查德威克测量β衰变的连续能谱以来,β衰变的研究一直是原子核物理和粒子物理的重要研究课题之一.例如,李政道和杨振宁提出的宇称不守恒定律,就是吴健雄通过原子核的β衰变研究而得到实验证实的.近几年来,规范理论研究的进展表明自然界中的一个基本定律——轻子数守恒律可能不是绝对守恒的,它在某些过     

时间机器的工作母机

位于欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)将引领人类去探索万亿能标(terascale)的世界.几经周折,现在这台庞大的环状机器即将运转,利用这台机器,人们期待发现什么呢?这是一个举世瞩目的问题.LHC原本是为了发现希格斯玻色子而建造的,它是标准粒子模型中最后一种尚未观测到的粒子.希格斯(P.Higgs)本人坚信会发现这种粒子.     

“弱”形式下的场流关系式

我们在以前的工作中讨论了复合场场论的基础,指出对于复合粒子可以有五种相等价但形式不同的S矩阵.进一步又假定由双粒子场算子对Bethe-Salpeter波函数的展开式出发从而导出了一系列“强”形式的场流关系式,其中包括轴矢流的部分近似守恒(PCAC),矢量为主(VMD),张量流的部分近似守恒PCTC…….这里所谓“强”,是     

CP不守恒的发现

美国芝加哥大学的克罗宁(J. W. Cronin)和普林斯顿大学的菲奇(V. L. Fitch),17年前在布鲁克海文国家实验室做了一个极为重要的实验,发现了中性K介子在衰变时存在CP不守恒现象。这一新发现使人类对微观世界的认识又大大深了一步,同时又进一步向物理学家提出了新的挑战。     

非线性演化方程的对称性和守恒律之间的关系

自应用科学中的一个新概念——孤立于(Soliton)提出以来,在物理学的许多领域中已发现了众多的具有孤立子解的非线性演化方程。研究表明,这些演化方程具有一个引人注目的特色,即具有无穷多个守恒律。如所周知,一个具有Lagrangian的系统,守恒律常与系统的不变变换群(亦即对称性)密切相关(Noether定理)。但此处不变变换系对Lagrangian而     

银河中心的反电子

最近在华盛顿举行的一次美国物理学会会议上,宣布在我们银河系中心的附近发现了电子及其反粒子和阳电子湮没的γ辐射特性。贝尔实验室的马文·利文撒尔和圣迪亚实验室的C.J.麦卡勒姆及P.D.施坦格一起描述了他们的实验结果,这项实验是用载在气球(该气球于去年下半年放送到澳大利亚上空)上的γ射线望远镜完成的。