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)1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

2、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232008年度诺贝尔物理学奖南部阳一郎(1921年生)小林诚(1944年生)益川敏英(1940年生)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

3、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。1961SU(3)八重态方案，对称性分类。Neeman,Gell-Mann1964Ω-发现1964年Gell-Mann提出Quarkmodel。1965-66层子模型(相对论性)。89质量公式预言m-1670MeV实验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)-自旋为00=uu-dd2自旋为1101112线性势+库仑势线性势夸克禁闭13141973年Kobayashi-Maskawa在日本学术刊物”理论物理进展”（ProgressofTheoreticalPhysics）发文指出如果自然界中还存在（至少）第三代夸克(顶

5、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。三代费米子uctedsb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)夸克轻子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

6、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NicolaCabibbo的代称）。B-factorySuper-Bfactory(Japan)udcstbemtnenmnt电荷+2/3-1/30-1夸克(q)轻子(l)“基本”粒子从轻到重18mu=1.5-4.5MeVmd=5-8.5MeVms=80-155MeVmc=1.0-1.4GeVmb=4.0-4.5GeV

7、mt=174GeV1920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。21二.渐近自由--量子色动力学理论(QuantumChromodynamics(QCD))色自由度引入1972colorGell-Mann1964GreenbergPara统计1965-66层子模型2223242-5GeV强子R值测量3770404041604415R/R(%)BES前:15-20BES(total):6.6

8、25261967-1968深度非弹中的scaling渐近自由。Friedman,Kendall,Taylor1990NobelPrizeQuark-partonmodelFeynman,Bjorken,…27282930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(Pa