manbet手机版十月五日

manbet手机版这一被授予今年诺贝尔奖的发现对于我们理解自然界的一种基本力的理论是如何工作的具有决定性的重要性，这种力将最小的物质-夸克-联系在一起。manbet手机版大卫总值manbet手机版，manbet手机版大卫Politzermanbet手机版而且manbet手机版弗兰克•威尔茨克称为manbet手机版他们的理论贡献使得粒子物理标准模型的完成成为可能，这个模型描述了自然界中最小的物体以及它们如何相互作用。manbet手机版与此同时，它是努力对自然界的所有力进行统一描述的重要一步，而不考虑空间尺度- -从原子核内最微小的距离到宇宙的浩瀚距离。

manbet手机版强力解释

manbet手机版强相互作用——常被称为manbet手机版色彩交互manbet手机版-是自然界四种基本力之一。manbet手机版它作用于夸克之间，夸克是构成质子、中子和原子核的成分。manbet手机版粒子物理学的进展或它与我们日常生活的相关性，有时对于没有物理学知识的人来说似乎很难理解。manbet手机版然而，当分析一个日常现象时，比如在桌子上旋转的硬币，它的运动实际上是由基本构件之间的基本力决定的——质子、中子、电子。manbet手机版事实上，这枚硬币大约80%的重量是由于质子和中子内部的运动和过程——夸克之间的相互作用。manbet手机版今年的诺贝尔奖就是关于这种相互作用，即颜色力。

manbet手机版大卫总值manbet手机版，manbet手机版大卫Politzermanbet手机版而且manbet手机版弗兰克•威尔茨克称为manbet手机版发现了强相互作用的一个性质，这解释了为什么夸克只有在高能量时才表现得几乎像自由粒子。manbet手机版这一发现为颜色相互作用理论奠定了基础manbet手机版量子色动力学manbet手机版,量子色)。manbet手机版该理论已经得到了非常详细的测试，特别是近年来在日内瓦的欧洲粒子物理实验室(CERN)进行的测试。

manbet手机版标准模型和自然界的四种力量

manbet手机版第一个对人类明显可见的力是重力。manbet手机版这种相互作用使物体落到地面，但也控制着行星和星系的运动。manbet手机版重力可能看起来很强大——例如，考虑一下彗星撞击地球形成的巨大陨石坑，或者将卫星送入太空所需的巨大火箭。manbet手机版然而，在微观世界中，在电子和质子等粒子之间，引力是极其微弱的(图1)。

manbet手机版物理学家喜欢称之为三种力或相互作用，这三种力或相互作用适用于微观宇宙manbet手机版标准模型manbet手机版．manbet手机版他们是manbet手机版电磁相互作用manbet手机版,manbet手机版弱相互作用manbet手机版和manbet手机版强相互作用manbet手机版．manbet手机版通过几位早期诺贝尔奖得主的贡献，标准模型具有非常强大的理论地位。manbet手机版这是因为它是唯一一个同时考虑了爱因斯坦相对论和量子力学的数学描述。

manbet手机版标准模型描述了夸克、轻子和携带力的粒子。manbet手机版例如，夸克构成原子核中的质子和中子。manbet手机版构成原子外壳的电子是轻子，就目前所知，它不是由任何更小的成分构成的。manbet手机版原子结合在一起形成分子，分子形成结构，这样整个宇宙就可以被描述了。

manbet手机版电磁相互作用提供了光和凝聚力

manbet手机版电磁相互作用导致了我们周围世界的一些常见现象，比如摩擦、磁性，以及我们和我们放在一边的物体都不会从地板上掉下去的事实。

manbet手机版氢原子中电子和质子的电磁相互作用是难以想象的大数字10^{manbet手机版41}manbet手机版比重力强几倍。manbet手机版然而，尽管这两种相互作用的强度有很大差异，但也有一些相似之处。manbet手机版相互作用强度随距离的平方而减小，且范围较广。manbet手机版电磁相互作用和引力相互作用都是由manbet手机版迫使航空公司manbet手机版引力子和光子(光粒子)。manbet手机版与光子相反，引力子还没有被发现。manbet手机版它们的长范围可以被证明是由于它们没有静止质量的事实。manbet手机版来自太阳的光子是地球上生命所必需的。manbet手机版然而，当能量是由太阳中心的聚变产生时，标准模型中的另外两种相互作用也起着重要作用。manbet手机版光子有一个重要的性质;manbet手机版它是电中性的，但带有电荷。manbet手机版这就是光子之间不相互作用的原因。

manbet手机版电磁相互作用由量子电动力学(QED)理论描述，量子电动力学是最成功的物理学理论之一。manbet手机版它与实验结果一致，精度接近千万分之一。manbet手机版1965年，Tomonaga、Julian Schwinger和Richard Feynman因此被授予诺贝尔奖。狗万世界杯manbet手机版它如此成功的原因之一是，这个方程包含一个小常数，即所谓的精细结构常数或耦合常数，manbet手机版一个_{manbet手机版新兴市场}manbet手机版，其值为1/137，远小于1。manbet手机版这使得将电磁效应计算为小常数的级数展开成为可能，这是一种优雅的数学方法，称为摄动计算，是由费曼发展起来的。

manbet手机版量子力学在QED理论中的一个重要性质是精细结构常数可以被证明是随能量而变化的;manbet手机版它随着能量的增加而增加。manbet手机版在今天的加速器中，例如欧洲核子研究中心的LEP加速器，在大约1000亿电子伏特的能量下，该值被测量为1/128而不是1/137。manbet手机版如果精细结构常数的能量依赖关系被描述为与能量的关系，曲线略微向上倾斜。manbet手机版理论物理学家说，这个函数的导数是正的。

manbet手机版弱相互作用-放射性衰变

manbet手机版弱相互作用由玻色子W携带^{manbet手机版±}manbet手机版和Z^{manbet手机版0}manbet手机版与光子和引力子不同，这些粒子有非常大的质量(大约100个质子质量!)。manbet手机版这就是为什么相互作用的范围很短。manbet手机版它对夸克和轻子都起作用，是一些放射性衰变的原因。manbet手机版它与电磁相互作用密切相关，在20世纪70年代阐明的电弱相互作用中，这两种相互作用被称为联合。manbet手机版Gerardus ' t Hooft和Martinus Veltman因最终提出这一理论而获得1999年诺贝尔奖。

manbet手机版强烈的相互作用-电荷和颜色

manbet手机版自20世纪60年代以来，人们就知道质子(和中子)是由夸克组成的复合物质。manbet手机版然而，奇怪的是，不可能产生自由夸克。manbet手机版它们是受限的，这是这些积木的基本属性。manbet手机版只有两三个夸克的聚合体才能自由存在，比如质子。manbet手机版夸克的电荷是质子的一小部分，-1/3或+2/3，这个奇怪的特征还没有被解释清楚。manbet手机版每一个夸克，除了一个电荷之外，还有一个特殊的性质，象它的电荷一样，是量子化的，也就是说，它只能取一定的值。manbet手机版这个属性叫做manbet手机版颜色收费manbet手机版，因为它与颜色的概念相似。

manbet手机版夸克可以携带红、蓝、绿三色电荷。manbet手机版每一个夸克都有一个反夸克，就像电子有一个反粒子——正电子一样。manbet手机版反夸克的色电荷是反红、反蓝或反绿。manbet手机版夸克的聚合体可以自由存在manbet手机版中性的颜色manbet手机版．manbet手机版质子中的三个夸克(u, u和d)具有不同的色电荷，因此总色电荷是白色(或中性)。manbet手机版就像电中性分子可以形成化学键一样(通过其正负部分之间的吸引力)，原子核中质子和中子之间的力交换是通过夸克和携带力的粒子泄漏出来的颜色力发生的。

manbet手机版夸克之间的力是由manbet手机版胶子manbet手机版(来自单词“glue”)，像光子一样，缺乏质量。manbet手机版然而，与光子相反，胶子也具有彩色电荷的性质，由彩色电荷和反彩色电荷组成。manbet手机版这一特性使得色力如此复杂，不同于电磁力。

manbet手机版较弱的耦合使粒子自由

manbet手机版在很长一段时间里，物理学家们认为，不可能找到一种理论，可以用计算电磁或弱相互作用的方法来计算夸克之间强相互作用的影响。manbet手机版例如，如果研究原子核中两个质子之间的相互作用，将其描述为π介子的交换，就可以得到相当好的结果——汤川秀树正是凭借这个想法获得了1949年的诺贝尔奖。狗万世界杯manbet手机版然而，需要一个大于1的耦合常数，这意味着不能使用费曼的摄动计算(见上文)。manbet手机版不幸的是，即使在今天，也没有令人满意的方法来计算这种强烈的相互作用效应。

manbet手机版对于更高的能量，情况似乎更糟;manbet手机版如果beta函数是正的(耦合常数随能量变化的方式)，相互作用将更强，计算将变得越来越荒谬。

manbet手机版德国理论物理学家库尔特·赛门铁克(Kurt Symanzik，现已去世)意识到，实现合理理论的唯一途径是找到一个具有负beta函数的理论。manbet手机版这也解释了为什么夸克有时会在质子内部以自由粒子、颗粒的形式出现——这是在电子和质子之间的散射实验中看到的一种效应。

manbet手机版不幸的是，赛门铁克自己并没有发现这样的理论，尽管Gerardus ' t Hooft在1972年夏天非常接近发现它，但物理学家们开始感到绝望。manbet手机版“证据”甚至表明，所有现实的理论都有一个正的贝塔函数。manbet手机版我们现在知道这是不正确的，因为1973年6月，今年的获奖者进入了竞技场。manbet手机版在两篇连续发表在《物理评论快报》上的文章中，一篇由格罗斯和威尔切克撰写，另一篇由波利策撰写，他们宣布了一个惊人的发现:beta函数可以是负的。manbet手机版当他们的发现被发现时，这些物理学家还很年轻——事实上，威尔切克和波利策还是研究生。

manbet手机版根据他们的理论，力的载体，胶子，有一个独特的和非常意想不到的性质，即它们不仅与夸克相互作用，而且彼此之间也相互作用。manbet手机版这一性质意味着夸克彼此靠近得越近，夸克色电荷就越弱，相互作用也就越弱。manbet手机版当能量增加时，夸克相互靠近，因此相互作用强度随着能量的增加而降低。manbet手机版这个性质，称为渐近自由，意味着beta函数是负的。manbet手机版另一方面，相互作用强度随着距离的增加而增加，这意味着夸克无法从原子核中移除。manbet手机版该理论证实了实验:夸克被限制在质子和中子内部，以三组为一组，但在适当的实验中可以可视化为“颗粒”。

manbet手机版渐近自由使得假定夸克和胶子是自由粒子，计算它们的小距离相互作用成为可能。manbet手机版通过以非常高的能量碰撞粒子，有可能使它们足够接近。manbet手机版当渐近自由被发现，一个理论，量子色动力学，QCD，是无症状自由的，已经被表述出来，计算可以第一次显示出与实验的极好的一致性(图2)。

manbet手机版高解析度图像(jpeg113kb)

manbet手机版图2所示。manbet手机版“运行”耦合常数的值，manbet手机版一个manbet手机版年代manbet手机版向下倾斜的曲线(负beta函数)是QCD中无症状自由度的预测，可以看到，它与已经进行的测量非常一致。

manbet手机版粒子雨揭示了真相

manbet手机版QCD理论的一个重要证明是电子和它们的反粒子正电子之间的碰撞，当它们彼此湮灭时，具有很高的动能。manbet手机版根据爱因斯坦的方程E=mc^{manbet手机版2}manbet手机版，动能可以转化为新的粒子，例如具有质量和动能的夸克。manbet手机版这些夸克在这个过程中产生得非常深，彼此非常接近，但却以极高的速度远离彼此。manbet手机版由于QCD中的渐近自由，现在可以计算这个过程。

manbet手机版不可否认，当夸克彼此远离时，它们会受到越来越强的力的影响，最终导致新的夸克-反夸克粒子的产生，大量粒子分别朝着原来的夸克和反夸克的方向出现。manbet手机版但是这个过程保留了第一个可以计算的无症状自由部分的“记忆”，给出了与观测一致的这两次阵雨事件发生的概率值。

manbet手机版也许更令人信服的是20世纪70年代末在汉堡的DESY加速器中发现的三次流星雨。manbet手机版这些现象可以成功地解释为胶子从夸克或反夸克辐射出去(图3)。

manbet手机版今年的诺贝尔物理学奖得主发现的QCD渐近自由也为几年前在斯坦福加速器观察到的现象提供了解释(Friedman, Kendall和Taylor;manbet手机版1990年诺贝尔奖)。manbet手机版质子的带电成分在受到猛烈撞击时表现为自由粒子，从而获得高能量。manbet手机版通过把质子的动量和带电的成分(夸克)加在一起，也很明显，大约一半的质子动量是其他东西——胶子!

manbet手机版自然力能统一吗?

manbet手机版也许QCD的渐近自由最诱人的效果是，它打开了统一描述自然力的可能性。manbet手机版当检查电磁、弱相互作用和强相互作用的耦合常数的能量依赖性时，很明显，它们几乎(但不是完全)在一点上相遇，并在非常高的能量下具有相同的值。manbet手机版如果它们确实在某一点上相遇，那么可以假定这三种相互作用是统一的，这是物理学家的一个老梦想，他们希望用尽可能简单的语言描述自然法则(图4)。

manbet手机版高分辨率图像(jpeg 225kb)

manbet手机版图4。manbet手机版在标准模型中运行耦合常数(左)，并引入超对称(右)。manbet手机版在标准模型中，这三条线显示了三种基本力的耦合常数的逆值，它们在一点上不相遇，但随着超对称的引入，并假设超对称粒子的质量不超过约1 TeV/cmanbet手机版2manbet手机版在美国，他们确实在某一时刻相遇。manbet手机版这是否预示着欧洲核子研究中心(CERN)的下一个加速器——大型强子对撞机(Large Hadron Collider)——将会发现超对称现象，还是仅仅是个巧合?

manbet手机版然而，如果要实现统一自然力的梦想，标准模型还需要一些修改。manbet手机版一种可能性是引入一组新的粒子，超对称粒子，其质量可能足够小，可以在日内瓦欧洲核子研究中心正在建造的大型强子对撞机加速器中进行研究。

manbet手机版如果超对称性被发现，它也意味着对弦理论的有力支持，甚至可能将万有引力与其他三种相互作用统一起来。manbet手机版标准模型也需要修改，以纳入最近发现的中微子的性质——它们有一个不同于零的质量。manbet手机版此外，也许这将导致其他一些宇宙学之谜的解释，如似乎主宰太空的暗物质。manbet手机版不管这一发展如何，很明显，QCD中渐近自由的奇妙而意外的发现(图5)深刻地改变了我们对自然界基本力量在我们的世界中工作的方式的理解。

manbet手机版连结及进一步阅读

manbet手机版插图:Typoform