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夸克禁闭和渐近自由

夸克禁闭和渐近自由. 中国科大 ( 2009.09.11 ) 黄 涛 ( 中科院高能所 ). 美 《 科学 》 杂志评出 08 年十大科学进展. 在对细胞重新编程“定制”细胞系方面，开启了一个生物学研究新领域。 第一次直接观测到了太阳系外围绕其他恒星运转的行星。 癌症基因名单扩充。 发现了一类全新的以铁化合物为基础的高温超导材料 。 看”到了蛋白质如何与目标结合，然后转换细胞的代谢状态，起到促成某一组织特性的作用。 发现了一种有应前景的新工具，能够把风能、太阳能发电等所产生的过剩电能进行规模化存储，迈向可再生能源。

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夸克禁闭和渐近自由

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  1. 夸克禁闭和渐近自由 中国科大(2009.09.11) 黄 涛 (中科院高能所)

  2. 美《科学》杂志评出08年十大科学进展 • 在对细胞重新编程“定制”细胞系方面，开启了一个生物学研究新领域。 • 第一次直接观测到了太阳系外围绕其他恒星运转的行星。 • 癌症基因名单扩充。 • 发现了一类全新的以铁化合物为基础的高温超导材料 。 • 看”到了蛋白质如何与目标结合，然后转换细胞的代谢状态，起到促成某一组织特性的作用。 • 发现了一种有应前景的新工具，能够把风能、太阳能发电等所产生的过剩电能进行规模化存储，迈向可再生能源。 • 胚胎视频：研究人员对发育中的胚胎内部细胞进行了史无前例的细致观察。 • 研究发现“好脂肪”工作过程，他们可以将“好脂肪”转变为肌肉，反之亦然。 • 计算物质世界的重量：物理学家最新的计算数据表明，标准模型非常准确地预测了质子和中子的质量。 • 更快、更廉价的基因组测序

  3. 2008年度诺贝尔物理学奖 益川敏英(1940年生) 小林诚(1944年生) 南部阳一郎(1921年生)

  4. 5

  5. 深层次物质结构两大特点 量子色动力学理论—强相互作用基本理论。夸克和胶子及其相互作用的理论 • 夸克禁闭 • 渐近自由

  6. 内容 一. 夸克模型和三代夸克 二. 渐近自由--量子色动力学理论 三. 渐近自由的实验验证 四. 夸克禁闭难题 五. 展望

  7. 一. 夸克模型和三代夸克 六十年代 发现了大量强子态， 1960 反Σ粒子发现, 王淦昌等。 1961 SU(3) 八重态方案，对称性分类。 Neeman,Gell-Mann 1964 Ω-发现 1964年 Gell-Mann提出Quark model。 1965-66 层子模型(相对论性)。

  8. 质量公式预言 m- 1670 MeV实验 m- 1672.45 0.29 MeV s s △- △0 △+ △++ s (uuu) (ddd) n(udd) p(uud) (udd) (uud) 0 *- *+ (uus) (dds) (uds) 0(uds) +(uus) -(dds) I3 0 *- *0 (uss) (dss) -(dss) 0(uss) - (sss) K0(ds) K+(us) K*0 K*+  +(ud) + 0 0 -(u d)  I3 - I3  K-(su) K0(sd) K*- K*0 自旋为0 自旋为1 uu-dd 0 = 2

  9. 线性势+库仑势线性势夸克禁闭

  10. 14

  11. 1973年Kobayashi-Maskawa在日本学术刊物”理论物理进展”（Progress of Theoretical Physics）发文指出如果自然界中还存在（至少）第三代夸克(顶夸克t和底夸克b )，微观粒子系统中的CP破坏现象就可以得到解释。从而预言了底夸克b和顶夸克t的存在并为实验所证实。他们还认识到B介子(包含b夸克的介子)有可能是研究CP对称性破坏的最理想的场所。发现对称性破缺的来源并预言了自然界至少存在三代夸克。 • 1977年发现了b夸克，1995年发现了t夸克。

  12. 三代费米子 uc t e   d sb e   一直到1995年，费米实验室发现顶夸克 总共发现了三代夸克、三代轻子(48)。 在它们之间传递相互作用的是规范玻色子(12) 轻子 夸克

  13. 九十年代末美国和日本化巨资建造了B介子工厂就是为了寻找在B介子中CP不守恒现象。此后几年来两个B介子工厂的实验(美国的BaBar和日本的Belle)证实了他们提出的CKM矩阵（KM是 Kobayashi-Maskawa的缩写，C是意大利科学家Nicola Cabibbo的代称）。 B-factorySuper-B factory(Japan)

  14. “基本” 粒子 从轻到重 电荷 +2/3 t u c 夸克 ( q ) s b d -1/3 nm ne nt 0 轻子 ( l ) e m t -1

  15. mu=1.5-4.5 MeV md=5-8.5 MeV ms=80-155 MeV mc=1.0-1.4 GeV mb=4.0-4.5 GeV mt=174GeV

  16. 物质结构的层次原子→原子核物理→粒子物理(高能物理)粒子物理就是研究物质结构的最小组成成份(夸克、轻子)及其基本相互作用(电磁、弱、强相互作用)规律的科学。物质结构的层次原子→原子核物理→粒子物理(高能物理)粒子物理就是研究物质结构的最小组成成份(夸克、轻子)及其基本相互作用(电磁、弱、强相互作用)规律的科学。

  17. 二.渐近自由--量子色动力学理论(Quantum Chromodynamics (QCD)) • 色自由度引入 1972 color Gell-Mann 1964 Greenberg Para统计 1965-66 层子模型

  18. 2 - 5 GeV 强子 R 值测量 4040 4160 4415 3770 R/R(%) BES前: 15-20 BES(total):6.6

  19. 1967-1968 深度非弹中的scaling渐近自由。 Friedman,Kendall,Taylor 1990 Nobel Prize Quark-parton model Feynman, Bjorken, …

  20. 实验上的Scaling现象告诉我们，如果电子－质子的非弹散射是由于电子与质子内部的许多类点成分发生不相干的弹性散射所引起的，那么Scaling现象就自然发生。人们将这些类点组成分称为部分子(Parton)。实验上的Scaling现象告诉我们，如果电子－质子的非弹散射是由于电子与质子内部的许多类点成分发生不相干的弹性散射所引起的，那么Scaling现象就自然发生。人们将这些类点组成分称为部分子(Parton)。 • 这样，电子和质子内的点Parton相互作用发生弹性散射就成为电子－质子深度非弹散射的基本过程。 • quark-parton model那些自旋为1/2的部分子(点粒子)就是所有的价夸克和海夸克。

  21. 量子色动力学理论(非阿贝尔规范场)

  22. 反屏蔽

  23. 1973年 Gross-Wilczek，Politzer奠定了量子色动力学理论基础。证明了非阿贝尔规范场的渐近自由性质。 35

  24. 屏蔽

  25. Loop Corrections

  26. 三. 渐近自由的实验验证 主要是微扰QCD在高能区域的应用。 QCD exclusive processes

  27. Altarelli-Parisi evolution equation

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