关灯
登录后可将在线时长兑换成盟币 ,连续在线 [1] 小时后,每小时 [0.5] 盟币.
×

你已累计兑换次数 0

你已累计兑换积分 0盟币

[资料] 规范场论2

[复制链接]
henryharry2 发表于 2012-9-4 09:26:13 | 显示全部楼层

超光速与时间倒退

 
随着一个超快子能量的失去,它会在空间和(向后的)时间上走得越来越快。因而,在一个粒子相互作用中(或许当一束宇宙射线与地球的大气相互作用时)产生的任意超快子的命运是在一个极短的瞬间内辐射掉所有的能量,并加速到一个相当惊人的速度,极其迅速地跑到宇宙的另一边。
像这样的实体真实存在的可能性几乎是微乎其微的。但是,即使有最微小的可能性来发现像这样激动人心的东西,也是值得我们花一点精力的。这就像买彩票,一张彩票只有赢得大奖的一个极小的可能性,但你会认为为了大奖的结果,这仍然是值得的。因此,一些物理学家确实已经在宇宙线簇射中寻找超快子的痕迹(这确实代表了一个小小的“赌注”,事实上,这是由于探测器已经建成,并且正在用于更常规的工作中)。按照逻辑,一个超快子的“标记”是刚好在来自空间的一个粒子撞击地球大气层的顶部产生一束像μ子的粒子簇线之前,在地球表面上一个宇宙线探测器所记录的一个事件。在这个事件中所产生的任何超快子将沿着它的轨迹随时间向后地传向探测器。
弦理论利用超对称来解决快子问题,我们认为最小质量态是两个反平行光子的束缚态,从轴矢量的观点来看,这两个光子仿佛是一个处于正能态,另一个处于负能态;同时利用庞加莱原理,庞加莱原理认为反向飞行的光子才会通过引力相互吸引,这样也可以解决快子问题,我认为我们的方案是最好的。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 
 楼主| henryharry2 发表于 2012-9-4 09:28:04 | 显示全部楼层

康普顿散射(Compton)散射

 
对高能行为的探索可以很方便地通过研究一些简单的过程来完成。我们必须估算高能粒子散射过程的能量依赖关系。最简单也最重要的是康普顿散射,它是一个光子入射到电子的散射过程。最低阶只涉及电磁相互作用,下面画出来的就是两个给出最低阶贡献的图。严格说起来,我们下面要讲的大部分只在光子有不为零的质量时才对,但是为了简单,我们将忽略这一微妙之处。
temp.jpg
问题的核心是该理论对粒子能量的依赖行为。一个必要的特性是理论上的行为绝不允许当入射粒子(在这个例子中是光子)的能量升高时,要发生的过程的几率也增加。否则,对足够高的能量几率将大于1,这是没有意义的,而且绝不能成为一个可以接受的物理理论。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 
 楼主| henryharry2 发表于 2012-9-4 09:28:32 | 显示全部楼层

康普顿散射(Compton)散射

 
我们现在讲述一下上面的这些费曼图的一般特性。这两个图中任何单独一个都会构成一个坏理论。如果只考虑两图中的一个,可以发生的过程的概率将随入射光子能量增加而无限增加,这当然是不可接接受的。但是在我们的例子中,这两个图合起来产生一个可以接受的结果,即如果光子能量增加,这个概率是一个常数。这两个图相互抵消,这是一个奇妙的事,几个图可以相互抵消彼此的坏行为。确实,这正是量子电动力学采用的花招的精妙之处。

各个图的坏行为彼此相消是支持规范理论的观点,量子电动力学就是一个最简单的例子。单个图给出的都是不能接受的能量行为,但是每件事都是这么安排好的,使得在最后,那些坏的行为都抵消了。这是一个复杂的抵消游戏,它会时时要求引入新的粒子。实验必须证实那些具有所要求特性的新粒子的存在。让我们来看看是否可以用包含带电矢量玻色子的弱相互作用来实现这一点。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 
 楼主| henryharry2 发表于 2012-9-4 09:29:29 | 显示全部楼层

下夸克的衰变

 
上图的高能行为以及包含不同粒子相似的图的高能行为,可以作如下的猜测。我们这儿并不打算解释什么,只是说出这些法则。入射或出射的光子(自旋为1的矢量粒子)贡献一个正比于光子能量的因子。一个虚光子的贡献与能量无关,也就是说可以看作一个常数。一个虚电子或更一般地说,虚的自旋为1/2的粒子的行为表现为1/E。一个入射或出射的电子(自旋为1/2)应被算做√E。一个虚标量粒子(自旋为0)必须记入因子1/E平方,而一个入射或出射的自旋为零的粒子贡献为常数。
temp.jpg
必须指出的是,在一些特殊情况下,能量的依赖关系可能会与用这个规则数出来的能量关系不同,它很可能还要依赖于一些实际耦合的细节,诸如有时会抵消一些上述的与自旋大小有关的能量关系。要注意的一个情况是,我们后面会遇到的一个矢量玻色子与两个实的(即不是虚的)粒子的耦合。在规范理论的情形下,顶角永远使自旋效应消失,也就是说,对于一个(可能是虚的)矢量玻色子耦合到两个实粒子的情况,我们总是可以忽略这个矢量玻色子的自旋效应。下夸克的衰变就是一个例子,它对应这个图。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 
 楼主| henryharry2 发表于 2012-9-4 09:29:55 | 显示全部楼层

康普顿散射(Compton)散射

 
在这里,虚的负W的两端都是与实粒子耦合。在这种情况下,与虚W相关的能量依赖性就和标量粒子一样,即为1/E平方。为了读者的方便,我们将上面讨论的不同因子在下表中列出。端点表示其两端与实粒子相连的虚粒子的行为,是按规范理论的耦合写出的。
自旋入/出端点
011/E平方1/E平方
1/2√E1/E1/E
1E11/E平方
在一个可重正化的理论中,一个可以发生的过程的概率作为能量的函数,要么是衰减的,要么在最坏的情况下趋于一个常数。纵使在纯粹直觉的层次上,如果入射能量增加,反应几率无限增长也是不能接受的。注意,如前面讨论的,我们是将这些图的所有贡献加起来平方得到这些概率
(截面)的。对康普顿散射,我们来数数那些图的能量行为,我们就得到一个随能量上升的结果。事实上是E平方(于是截面将以E的4次方形式升高)。显然,这是不能接受的。但是第二个图也有一个正比于E平方的领头阶,而且可以证明它正好与第一个图有相反的符号,这两个图加起来就成了一个常数。一个简化了的关于这两个图为什么有相反符号的解释是,中介()电子在第一个图中有很大的正能量,而在第二个图中有很大的负能量。因而中介电子的因子在两个图中有不同的符号。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 
 楼主| henryharry2 发表于 2012-9-4 09:30:59 | 显示全部楼层

中性矢量玻色子

 
下面我们将忽略电磁相互作用,在后面讨论的某些情况下这种作用会给出包含一个虚光子的图。但它们对整个论证并非是最基本的。让我们先来考查一下正W和电子的散射。相应的最低阶图是下图中的第一个。有一个虚中微子传递这个过程,它的高能行为是很糟的。
temp.jpg
通过如上面描述的那样的幂次记数,估计出来的高能行为是很糟的,即为E平方关系。(对每个W是E,每个电子是√E,而中介的中微子贡献为1/E)。由于与W相关的顶角都连有一个虚粒子(中微子),不存在任何特殊的相消效应。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 
 楼主| henryharry2 发表于 2012-9-4 09:31:50 | 显示全部楼层

中性矢量玻色子

 
回忆一下康普顿散射,我们也许会认为这种困难能用另外一个过程来克服,也就是用上图中的第二个费曼图。由于进入的电子放出一个带正电的W粒子,中介粒子(图中称为负X)不可能是中微子,因为电荷守恒要求这个中介粒子带电荷-2(电荷守恒律是严格成立的)。但迄今还没有发现过这样的粒子。因此这个图不存在,这就是为什么在图下边我们放了一个骷髅。那现在怎么办?
temp.jpg
解决的办法是引入另外一个矢量玻色子,这次这个矢量玻色子没有电荷。我们假定它与带电的矢量玻色子以及电子耦合,那么这第三类的新图就成为可能,请见下图。这种新的中性粒子与带电矢量玻色子和电子的耦合要这样选取,使得这个新图的高能行为与上面的第一图的坏的高能行为抵消。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 
 楼主| henryharry2 发表于 2012-9-4 09:33:11 | 显示全部楼层

中性矢量玻色子

 
上部的这个顶角的能量行为必须和E相同,并且这个中间矢量玻色子在两端都与实粒子耦合,我们就真的有了所需的能量行为E平方(每个带电的W贡献E,每个电子√E,三个矢量玻色子耦合贡献E,中间矢量玻色子贡献1/E平方)。选择在各种顶点合适的耦合常数的符号与大小,我们就能得到相消,两个图之和在高能时为成为一个常数。
我们付出的代价是引入了一个特别的新粒子,一个中性的矢量玻色子。然而,这是规范理论的胜利:一个具有所要求的耦合性质的中性矢量玻色子已经被观测到了。通常称之为中性Z。它的质量为91.187GeV,稍稍高于带电W的质量。

1972年在费米实验室的一次会议上,Benjamin李做了一个题为“弱相互作用理论的前景”的讲演,使温伯格的文章变得清晰明白。Benjamin李的讲演是非常重要的,他给广大听众解释了规范理论的方方面面;这在之后不久,在欧洲核子中心(CERN)用巨大的法国气泡室Gargamelle(“巨人”泡室,西欧中心重液泡室),通过中微子实验确定了中性流(中性Z存在的一个结果)的存在。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 
 楼主| henryharry2 发表于 2012-9-4 09:34:09 | 显示全部楼层

粲(Charm)夸克

 
另外一个观测到的相互作用是Λ的衰变。这个中性粒子非常像中子,但比较重(为1116MeV)。Λ粒子有一个d、一个u和一个s(奇异)夸克,从这儿我们可以猜测s夸克大约比d夸克重200MeV。由于可用的能量较高,Λ有几种衰变方式,但其中之一与中子衰变类似,即衰变成一个质子、一个电子和一个反中微子。因此,很像一个中子衰变的情况(更恰当地说是d夸克的衰变),这个衰变可以理解为s夸克衰变到一个u夸克和一个负W,随后这个负W很快衰变成为一个电子和反中微子。请见下图。
temp.jpg
我们发现s-u-W与顶点相关联的耦合常数大约是d-u-W顶点的耦合常数的1/4。这个因子被解释成某个现在称之为Cabbibo角θ的正切。按目前普遍接受的观点,d衰变时有一个因子cosθ附加到耦合常数g上,而s衰变时相应的有一个因子sinθ。很有意思的是在W与s夸克通过下面图中的第一个费曼图散射的过程,我们可以看到要怎么做才能取得合适的高能行为。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 
 楼主| henryharry2 发表于 2012-9-4 09:35:01 | 显示全部楼层

粲(Charm)夸克

 
与Λ和中子衰变有关的夸克-W顶点都包括在这儿了。已知夸克像电子一样是自旋为1/2的粒子,和前面对电子的讨论一样,我们猜测这个过程也有很坏的高能行为。
temp.jpg
同样,必须找到与之相抵消的图,很自然地最先想到的事就是,试一试以前用过的同样的花招,即引入一个包含中性Z的图(如上右图)。然而,这一次失败了,原因是这儿出现了一个新顶角,即s-中性Z-d顶角,根据目前的实验,它是不存在的。用理论学家的语言来说是“不存在奇异性改变的中性流(s夸克具有奇异性,而d-夸克没有)”。那么怎么来修复它呢?
回复 支持 反对

使用道具 举报

 
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则


2威望

1546盟币

4关注

3粉丝

19帖子

排行榜
作者专栏

关注我们:微信订阅号

官方微信

APP下载

全国服务热线:

4000-018-018
Copyright   ©2005-2018  博研网Powered by©Myboyan.com    ( 粤ICP备10062441号 )