分享到:
物理学 最近更新
实践美学:数学教学的另一种视角
重力教学论文:八年级物理重力教学方法浅论
论文:中考物理力学有效复习策略
论文:结合中考物理试题特征浅谈力学复习策略
中学物理教学资源挖掘和利用研究的实践与探索
初中数学分层教学论文:数学课堂中实施分层教学的做法
初中物理教学资源的挖掘和利用
中学物理教学过程中激发学生的学习兴趣
中学物理教学激发和培养学习兴趣
论现代农业示范区的规范建设与综合生产能力提升
数学教学过程中要培养学生的情感态度
帮助学生获得数学活动经验浅探
学生几何直观能力的培养
数学教学中的“思”与“问
基于变频器的单相电动机调速装置
毕业论文_暖贴行业的新兴与发展
汞离子对豌豆根尖细胞染色体行为的影响
初中数学教学中如何指导学生“会学”
美国高中物理教材习题设置的启示
议物理教学中科学素质的培养
破缺的对称性(2)
  凝聚态物理中另一类重要的材料是超导体,即在某一临界温度以下,这类材料处于超导态,会失去电阻,呈现零电阻特性,同时对磁场具有排斥作用.超导材料表现出的性质称为超导电性.超导材料在电力传输、低温制冷、磁悬浮运输、高能粒子加速器、储能、精密测量、微波器件、逻辑元件等领域具有广阔的应用前景.目前铜氧化物高温超导体的临界温度已达到160K左右,并已经在很多领域得到了大量的实际应用.超导态也是一个对称性自发破缺的态.1957年,美国3位物理学家John Bardeen,Leon Cooper和Robert Schrieffer对超导电性的起源给出了令人信服的解释,现在被称之为BCS超导电性理论,并于1972年获得诺贝尔物理学奖.该理论指出,两个具有相反动量和相反自旋的电子通过与晶格振动相互作用可以结成电子对,称为Cooper对,超导电性来源于这些电子对在动量空间中的凝聚,超导态是Cooper对的凝聚态.由于Cooper对破坏了原来电子-声子系统满足的U(1)规范对称性,因此,超导态是一个U(1)规范对称性自发破缺的态,在其激发谱中有一个能隙.BCS理论在基本粒子物理、核物理、宇宙学等学科中有重要的应用.
  BCS理论出现以后,Nambu想要去理解超导态中的规范对称性是如何破缺的,探讨其中是否还蕴藏更深层次的道理.结果他花了大约两年的时间,利用量子场论的框架,推导出了BCS理论的结论.通过考虑对顶角的辐射修正,他发现超导态中的规范不变性仍然存在,表征规范不变性的Ward恒等式可以建立,只是以非线性的方式来实现.这样,超导态中的所有计算都可以在规范不变下进行,从而发现了在场论表述下的对称性自发破缺.Nambu在对BCS理论的处理中,发现存在着一个具有零能量和动量的态,称为无质量的声子,当把库仑场考虑进去以后,这些无质量的声子就变成了有质量的等离激元.
  1960年,Nambu提出在基本粒子的量子场论中也存在着对称性自发破缺,通过引入某种未知场的真空期望值,与超导态相类比,建立了强相互作用理论.在假定手征对称性具有很小的明显破缺时,发现π介子有一个小的质量,比其他尺度小得多,并推导出了表征轴矢量、π介子衰变常数以及π介子与核子间耦合的GT关系,计算出了π介子与核子间的散射截面,发现与实验符合.π介子是一个复合粒子,当对称性没有明显的破缺时,该复合粒子就变成了无质量的.J.Goldstone利用标量场做了类似的计算,得到了真空期望值,发现能谱中也有一个无质量的粒子,现在被称作Nambu-Goldstone玻色子.在基本粒子理论中,手征对称性是整体对称的,而整体对称性的破缺会导致出现无质量的粒子;在超导电性理论中,对称性是规范不变的,这会导致有质量的态出现.1964年,F.Englert,R.Brout,以及P.W. Higgs分别提出了相对论规范理论,他们发现自发破缺的规范对称性没有产生一个无质量的粒子,而是给出了一个有质量的标量态,现在被称为Higgs玻色子,它是迄今为止在实验上尚未观测到的唯一的标准模型粒子.2008年9月10日,在欧洲核子中心开始运行的大型强子对撞机(LHC),有希望提供实验证据证实Higgs粒子存在与否(LHC运行9天后,由于连接加速器中两个磁体间的电路出现问题,导致机械故障,引起液氦泄露,现在正在抢修,预计2009年能重新运行).随后,Nambu及其合作者提出了强相互作用的基本理论应该是基于SU(3)规范群的非阿贝尔规范理论.非阿贝尔规范理论是由杨振宁和Robert Mills于1954年首先提出的,现在被称为Yang-Mills理论,已经成为人们统一自然界电磁、弱、强和引力四种相互作用中前三种作用的数学基础.2000年,美国Clay数学研究所悬赏100万美元奖金征集四维时空中量子Yang-Mills方程的解,时值今日该问题尚未破解.Gerhard ’t Hooft和Martinus Veltman证明了即使规范对称性自发破缺,非阿贝尔规范理论也是可重整化的.杨振宁和Nambu等人的工作引发了一系列有关非阿贝尔规范理论的后续的重大发现,如电弱理论、渐进自由、量子色动力学、夸克混合等.
随机推荐
中学物理与素质教育——兼谈物理教材为加强素质教育所作的努力
固态阴极射线发光的发现
中学物理教学过程中激发学生的学习兴趣
浅析初中物理自主型课堂教学模式学习策略与学法指导
力学与固定关系的研究
浅谈设计性实验的创新能力培养与科学道德教育
对称性与守恒定律
浅谈物理教学中学生创造思维的培养
引力神话的根源
让学生在动手中体验

设为首页 | 关于我们 | 广告联系 | 友情链接 | 版权申明

Copyright 2009-2014 All Right Reserved [粤ICP备05100058号-11]