夸克禁閉和漸近自由

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1、夸克禁閉和漸近自由中國(guó)科大(2009.09.11)黃濤(中科院高能所)1美《科學(xué)》雜志評(píng)出08年十大科學(xué)進(jìn)展在對(duì)細(xì)胞重新編程“定制”細(xì)胞系方面，開啟了一個(gè)生物學(xué)研究新領(lǐng)域。第一次直接觀測(cè)到了太陽(yáng)系外圍繞其他恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星。癌癥基因名單擴(kuò)充。發(fā)現(xiàn)了一類全新的以鐵化合物為基礎(chǔ)的高溫超導(dǎo)材料。看”到了蛋白質(zhì)如何與目標(biāo)結(jié)合，然后轉(zhuǎn)換細(xì)胞的代謝狀態(tài)，起到促成某一組織特性的作用。發(fā)現(xiàn)了一種有應(yīng)前景的新工具，能夠把風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電等所產(chǎn)生的過(guò)剩電能進(jìn)行規(guī)?；鎯?chǔ)，邁向可再生能源。胚胎視頻：研究人員對(duì)發(fā)育中的胚胎內(nèi)部細(xì)胞進(jìn)

2、行了史無(wú)前例的細(xì)致觀察。研究發(fā)現(xiàn)“好脂肪”工作過(guò)程，他們可以將“好脂肪”轉(zhuǎn)變?yōu)榧∪?，反之亦然。?jì)算物質(zhì)世界的重量：物理學(xué)家最新的計(jì)算數(shù)據(jù)表明，標(biāo)準(zhǔn)模型非常準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了質(zhì)子和中子的質(zhì)量。更快、更廉價(jià)的基因組測(cè)序232008年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)南部陽(yáng)一郎(1921年生)小林誠(chéng)(1944年生)益川敏英(1940年生)5深層次物質(zhì)結(jié)構(gòu)兩大特點(diǎn)量子色動(dòng)力學(xué)理論—強(qiáng)相互作用基本理論?？淇撕湍z子及其相互作用的理論夸克禁閉漸近自由6內(nèi)容一.夸克模型和三代夸克二.漸近自由--量子色動(dòng)力學(xué)理論三.漸近自由的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證四.夸克禁閉難

3、題五.展望7一.夸克模型和三代夸克六十年代發(fā)現(xiàn)了大量強(qiáng)子態(tài)，1960反Σ粒子發(fā)現(xiàn),王淦昌等。1961SU(3)八重態(tài)方案，對(duì)稱性分類。Neeman,Gell-Mann1964Ω-發(fā)現(xiàn)1964年Gell-Mann提出Quarkmodel。1965-66層子模型(相對(duì)論性)。89質(zhì)量公式預(yù)言m?-?1670MeV實(shí)驗(yàn)m?-?1672.45?0.29MeVsI3K+(u?s)K0(d?s)?-(?ud)?+(u?d)K-(s?u)??0?K0(s?d)sI3K*+K*0?-K*-?+?K*0?0??sI3n(ud

4、d)p(uud)?-(dds)?0(uds)?0?+(uus)?-(dss)?0(uss)(sss)△0△-△+△++?0?*-?*+(ddd)(udd)(uud)(uuu)(dds)(uds)(uus)?*-?*0(uss)(dss)?-自旋為0?0=u?u-d?d?2自旋為1101112線性勢(shì)+庫(kù)侖勢(shì)線性勢(shì)?夸克禁閉13141973年Kobayashi-Maskawa在日本學(xué)術(shù)刊物”理論物理進(jìn)展”（ProgressofTheoreticalPhysics）發(fā)文指出如果自然界中還存在（至少）第三代夸克(頂

5、夸克t和底夸克b)，微觀粒子系統(tǒng)中的CP破壞現(xiàn)象就可以得到解釋。從而預(yù)言了底夸克b和頂夸克t的存在并為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。他們還認(rèn)識(shí)到B介子(包含b夸克的介子)有可能是研究CP對(duì)稱性破壞的最理想的場(chǎng)所。發(fā)現(xiàn)對(duì)稱性破缺的來(lái)源并預(yù)言了自然界至少存在三代夸克。1977年發(fā)現(xiàn)了b夸克，1995年發(fā)現(xiàn)了t夸克。三代費(fèi)米子ucte??dsb?e????一直到1995年，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)頂夸克總共發(fā)現(xiàn)了三代夸克、三代輕子(48)。在它們之間傳遞相互作用的是規(guī)范玻色子(12)夸克輕子九十年代末美國(guó)和日本化巨資建造了B介子工廠就是為了

6、尋找在B介子中CP不守恒現(xiàn)象。此后幾年來(lái)兩個(gè)B介子工廠的實(shí)驗(yàn)(美國(guó)的BaBar和日本的Belle)證實(shí)了他們提出的CKM矩陣（KM是Kobayashi-Maskawa的縮寫，C是意大利科學(xué)家NicolaCabibbo的代稱）。B-factory?Super-Bfactory(Japan)udcstbemtnenmnt電荷+2/3-1/30-1夸克(q)輕子(l)“基本”粒子從輕到重18mu=1.5-4.5MeVmd=5-8.5MeVms=80-155MeVmc=1.0-1.4GeVmb=4.0-4.5GeV

7、mt=174GeV1920物質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次原子→原子核物理→粒子物理(高能物理)粒子物理就是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最小組成成份(夸克、輕子)及其基本相互作用(電磁、弱、強(qiáng)相互作用)規(guī)律的科學(xué)。21二.漸近自由--量子色動(dòng)力學(xué)理論(QuantumChromodynamics(QCD))色自由度引入1972colorGell-Mann1964GreenbergPara統(tǒng)計(jì)1965-66層子模型2223242-5GeV強(qiáng)子R值測(cè)量3770404041604415?R/R(%)BES前:15-20BES(total):6.6

8、25261967-1968深度非彈中的scaling?漸近自由。Friedman,Kendall,Taylor1990NobelPrizeQuark-partonmodelFeynman,Bjorken,…27282930實(shí)驗(yàn)上的Scaling現(xiàn)象告訴我們，如果電子－質(zhì)子的非彈散射是由于電子與質(zhì)子內(nèi)部的許多類點(diǎn)成分發(fā)生不相干的彈性散射所引起的，那么Scaling現(xiàn)象就自然發(fā)生。人們將這些類點(diǎn)組成分稱為部分子(Pa