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当前粒子物理研究发展情况与对称性应用

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发布日期:2018-11-12 15:29

    粒子物理属于前沿研究方向,物理学最基础的原理便是对称原理,对称原理包含广义的守恒原则以及对称性破缺等,虽然世界各国专家学者对粒子物理研究都比较透彻,但依然存在一些问题需要解决。本文从当前粒子物理研究发展情况入手,阐述对称性与应用。
  1 强弱相互作用对称性
  当前世界范围内承认的相互作用分别为引力、弱、电磁、强相互作用,并且强弱相互作用可以和部分对称性与破缺相互对应。弱相互作用理论产生于 1958 年,但是不能重整化,需要弱电统一。目前使用的弱电统一理论当中存在电荷流与中性流对称问题,质量与寿命的对称需要在弱变道以及分支比中进行统一,对电磁与弱散射进行统一处理。电磁散射取决于量子电动力学。强弱相互作用对称性比较明显,三代夸克、有色,弱相互作用,三代轻子,无色,他们之间有一定的相似性。针对同位旋以及弱相互作用理论的特性,可以认为轻子是同位旋1/2,可以与 SU(2)对称[1].类似相互作用,因为不同代之间存在不同作用量子,所以可以引入多种类弱相互作用的色子。
  如果单一化使用 W-Z,可能会使三代作用基本一致,所有的轻子都存在普适性,三代微子以及轻子的数量也是相同的。从整体上来看,短程的强弱相互作用比较相似且统一,二者在形式上基本是相同的,唯一的差别在作用强度差别上,这一特点与狭义相对论中泛量子力学存在一些差异。强弱相互作用对称基础为强子与轻子,保证色与味对称以及胶子 W-Z 对称,这也是大统一理论是必然前提之一。将强弱相互作用统一处理,在特定条件下进行转化,使相互作用和 SU(3)对应。若强子模型与 QCD 比较破缺,可以使弱相互作用和 SU(2)对应。SU(2)可以通过嵌套的方式,归入到 SU(3)当中,从试验结果来看,二者在相互作用形势以及 Feynman 图上都是保持统一的。通常情况下量子力学都是 Schnodinger 方程,电磁相互作用会影响氢原子能级以及强弱相互作用,使其在形式上保持一致,只有耦合常数存在差异即可[2].国内专家学者在对粒子物理进行研究时,经常使用"群"这一工具,并且这也属于存在对称性教学表现形式之一。按照相关规定及理论,对所有种类的相互作用进行分类,明确其对称群,讨论统一性的工作方案。
  2 质量与寿命对称性
  强子质量以及强子寿命和强弱相互作用 SU(3)以及破缺程度有直接关系,拉氏量及方程存在一些不同,但是二者还呈现出对称的特性。拉氏量与方程强相互作用部分及矢量流守恒都有一定的联系。拉氏量会在一定程度上影响对称性,并且这一影响程度会受到破缺方式的影响,使二级近似转化成微扰方程或者是高阶方程,SU(3)与三色夸克是相互对应的。SU(3)理论主要强调强相互作用过程中 S 与 I 的数量,而弱相互作用则与 Q 和 U 相对应,所以相同量子寿命近似值基本也是相同的。
  I 值不同会影响质量,而 U 不同,会对寿命产生影响,二者本质都是破缺[3].因为强弱的相互作用会影响强子质量以及强子的寿命。在双方对称的前提下,耦合常数也会产生不同。因为这些要素都集中在 SU(3)当中,但是这两种要素都在和第四维相互对应的,如果将其发展成狭义相对论,则可以与四度对称,情况允许时可以达到第五维。如果呈现不对称情况,并且电子半径虽然小,但是比较稳定,若有完善的内部结构,则可以判定其具有更加强大的相互作用,这种联系和引力以及强相互作用基本上的相对称且统一的。粒子和小黑洞比较类似,电子在这方面的特点比较明显。所有的千字质量都可以结语成 Jp=(1/2)模式的重子质量公式,也可以对该公式进行简化,提升公式运行效率。将公式简化完毕以后推广到共振态,从横规律推广至纵规律,势可以从 Moise 开始逐渐的化简,最终提出粒子质量公式,将质量公式推广到重味强子中[4].
  3 量子方程对称性
  从目前的研究结果来看,自旋 s 和同位旋 L 基本上是完全想死的,与同位旋多重态相互对应,并且双方是可以推广发展的,二者之间量子数三角形关系明显。所以同位旋必然存在相对易以及反对易规则与类统计性等多方面要素,衍伸分析可发现超多重态也是存在超旋的,且 1 与 S 不守恒,但是将推广的目标定义在费米子数以及动量矩就会呈现守恒的趋势。对同位旋来说,可以通过引入波函数量的方式来构成方程,明确易规则以及不相容原理,这也是 I 与 S 之间的差异,但是需要从实际发展情况来决定推广还是不同。拉氏量当中包含一些场与其相对应的方程,这些场都是可以相互带入的,之后计算出不同的结果,彼此之间呈现靴带关系概念[5].
  4 对称性破缺
  对称性比较优美,但是在自然界中经常会因为各种因素是其产生破缺,经过人们多年来的研究发现,粒子物理中宇称不守恒开创了对称性破缺研究新方向。在数学中突变和相变情况比较类似,可以通过该方式产生自发的破缺,反之则可以称之为对称性破缺,如果产生对称性破缺,则可以将其认定为相变。
  弱相互作用手征对性破缺存在 PCAC,按照类似性分析,可能存在 I=1/2SCB=1 的粒子。其中包含许多 CP 不守恒粒子,这种模式是当前被广泛认可的模式。非 Abe 规范理论需要对定于对称性制定严格的规范条例,规范场无质量,有质量则定域包含了对称性会遭到破坏,如果 Higgs 遭到破缺,才会导致质量。高低能对称性与高低能破缺、PEP 破缺时产生的统计性统一,对质量谱及低能 GMO 公式和修改精确质量公式,中能为 S=aJ+b 以及音节公式,配合高能,构成 Hagedoin 质量谱[6].
  5 结语
  粒子物理是目前比较前沿的一种研究方式,本文从对称性破缺、量子方程对称性、质量与寿命对称性、强弱相互作用对称性五个方面,对粒子物理常见问题以及问题解决方式进行阐述,旨在明确粒子物理常见知识,完善研究成果。
  参考文献:
  [1] 张一方 . 粒子物理中的各种对称性及其应用 [J]. 信阳师范学院学报 ( 自然科学版 ),2010,01:36-41.
  [2] 张一方 . 粒子物理中的各种分形及其可能的共同基础 [J]. 云南大学学报 ( 自然科学版 ),2015,04:317-321.
  [3] 张一方 . 从量子力学 - 相对论到物理学的基本原理和 Noether定理的推广 [J]. 云南大学学报 ( 自然科学版 ),2011,04:375-381.
  [4] 张一方 . 宇称不守恒开创了对称性破缺研究的新纪元 [J]. 湖南城市学院学报 ( 自然科学版 ),2013,03:39-43.
  [5] 孟杰,郭建友,李剑,李志攀,梁豪兆,龙文辉,牛一斐,牛中明,尧江明,张颖,赵鹏巍,周善贵 . 原子核物理中的协变密度泛函理论 [J]. 物理学进展,2011,04:199-336.
  [6] 张一方 . 超对称和环量子引力理论与粒子物理中的统一 [J]. 吉首大学学报 ( 自然科学版 ),2012,02:51-57.

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