第133章粒子物理学
作者:程威灵      更新:2019-07-26 03:59      字数:3081

月净威,哈佛大学科学家,道:“定义。电工中所关注的电介质在电磁场中受到的有质动力也是电磁力。电机中起主要作用的力通常是磁场作用在铁质电枢上的有质动力,而不是载流导体上受的力。电枢上受的有质动力可以运用虚位移方法由外源供能、场能、机械功的平衡式导出。”

精星灵,曰:“代表:电力,磁力。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“电磁力是自然界中的4种基本力之一。”

精星灵,曰:“证明。库仑定律和安培实验表明:电荷在电场中受到库仑力;电流在磁场中受到安培力。电荷量为q的点电荷在电场强度为e的电场中受到的作用力即库仑力是fe=qe(1)电流元idl在磁通密度为b的磁场中受到的磁力即安培力由安培分式表示df=idl×b(2)一个载电流的导体回路l所受的力便可由上式沿回路l的积分得到(3)电荷量为q的点电荷以速度v在磁场中运动受到的磁力称为洛伦兹力,为f=qv×b(4)运动电荷所受洛伦兹力的方向总是与运动速度垂直,所以洛伦兹力对运动电荷所做的功恒为零。当电场、磁场同时存在时,运动电荷受到的洛伦兹力即为f=q(e+v×b)(5)当电荷以体密度ρ分布时,电磁力的体密度即为f=ρ(e+v×b)(6)由式(5)或式(6)所表示的洛伦兹力的公式和麦克斯韦方程组是经典电动力学的基础。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“电介质在电场中因极化出现束缚电荷而受到电场力;磁介质在磁场中因磁化出现分子电流而受到磁力。这些力又称介质力(本质上也都是洛伦兹力)。其中一部分为介质本身所承受的为内应力;另一部分为材料总体上净余的力,称为电磁有质动力。电工中所关注的是有质动力。在电机中通常起主要作用的力是磁场作用在铁质电枢上的有质动力,而不是载电流的导体上受的力。因为导体常置于槽内,槽中的磁通密度很小,载流导体受力很小。在静电场中,假定不存在电滞那样的现象,则一带电体受到的电场力在广义坐标g方向的分量fg与静电场的能量we,有以下关系。”

精星灵,曰:“(7)由上式可见,保持电场中的各电荷不变的条件下,带电体的受力有某一方向的分量时,则沿该方向的移动必导致电场能量减少。由此可以判断物体的受力方向。当保持电场中各导体电位不变在电场中的介质都是线性的情形下。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“(8)可见带电体受力有某一方向的分量时,则沿该方向的移动将导致电场能量增加。对于磁场中的载流回路所受的力,有与式(7)、(8)相似的公式。假定不存在磁滞那样的现象,载流回路所受的力在广义坐标g方向的分量可表示为。(9)式中wm是磁场的能量。在磁介质为线性的情形下,还有(10)在运用场能对广义坐标的偏导数计算物体的受力时,需要有以各广义坐标g表示的场能的函数式,而这就需要知道场的分布。”

精星灵,曰:“应用。在现今工程技术能够实现的条件下,可以产生强磁场和大电流,从而获得强大的磁力,但却难以获得大量的静电荷和强电场以产生强大的静电力。几乎所有的电动机都是靠磁力驱动的。而一些静电仪器、电子管器件、静电除尘装置等,则是以静电力来实现其功能的。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“胶子。gluon.理论上预言传递夸克(quark)之间强相互作用的粒子。共8种,静质量为0,自旋为1,具有色荷(colorcharge)。带电粒子间的电磁相互作用是通过交换光子而实现的;与此类比,具有色荷的夸克之间的强相互作用是通过交换胶子而实现的,所不同的是光子不带电荷,光子本身不能放出或吸收光子;胶子具有色荷,胶子之间也有强相互作用,胶子本身可放出或吸收胶子。实验上还未发现自由状态的胶子,但1968年电子对质子的深度非弹性散射实验中,显示质子中有着点状结构,质子的能量只有一半由带电的点状物质所携带,另一半则由中性的无电磁作用的组分所携带。按照夸克模型,这带电的点状结构是夸克,中性的组分就是胶子,实验结果提供了可能存在胶子的迹象。1979年在高能正负电子对撞实验中发现三喷注现象,进一步显示了胶子的存在。”

精星灵,曰:“物理中解释。在物理学中,胶子是一种负责传递强核力的玻色子。它们把夸克捆绑在一起,使之形成质子、中子及其他强子。胶子的电荷为零,但自旋是1。它们通常假设为无质量,但亦可能有大至几百万电子伏特(mev)的质量。胶子是维持原子核稳定的重要一环。在量子色动力学(qcd,是一广为接受描述强核力的理论)中,当两颗粒子色荷互相作用时便会交换胶子。当两颗夸克交换胶子时,它们自身的色彩亦会同时改变;胶子会携带发出者的反色彩以补偿发出者的色变,它亦会携带接收者的色彩。因胶子本身有色,故它们亦能与其它胶子互相作用,令到对于强核力的数学分析十分复杂和困难。于1980年代早期,位于汉堡的德国电子加速器(desy)的大规模电子-正子碰撞器(largeelectron-positroncollider,petra)凭一明显的三重喷流结构显示了胶子的存在;其第三喷流被认定为一个产生了的夸克发出胶子。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“八种胶子。从一般人的角度来看,由于有三种色荷,故应有九种不同的胶子。可是,若由数学角度出发则胶子应有无限多种:以上九种形态的叠加(如图)。此外,由于实验证明无色重子并不互相作用,故以下性质必然成立,否则重子便能通过发射胶子来利用强核力互相作用。”

因胶子再没有其他线性独立关系,故只有八种线性独立的胶子,其一般简化为“胶子共有八种”。

精星灵,曰:“胶子(gluon)组成:基本粒子;系:玻色子;群:规范玻色子;基本相互作用:强力;发现:1979年(吴秀兰等);符号:g;类型编号:8;质量:0;电荷:0;色荷:非零;自旋:1。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“色荷。粒子物理学中,色荷(colorcharge)是夸克与胶子的一种性质,在量子色动力学(quantumchromodynamics,qcd)的架构底下,与它们之间的强相互作用有关。色荷与粒子的电荷呈类比关系,但因为qcd的数学复杂性,色荷与电荷有许多技术上的不同。夸克与胶子的「颜色」与视觉上的色彩无关,而仅仅是对於一种表现上几乎不超过原子核大小范围的性质的一项奇特名称。「颜色」这个词单纯是因为色荷有三种类形,类比於三原色;相对地,电荷就只有一种类型(但其中尚有正负之分)。”

精星灵,曰:“本质夸克与胶子的一种性质。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“简介。在1964年,夸克的存在被提出不久后,oscarw.greenberg引入了色荷这样的标记,以解释夸克如何能并存在一些强子之中,处在几乎相同的状态却仍满足泡利不相容原理。这概念后来证实有用。此后从1970年代,qcd开始发展,并构成粒子物理学中标准模型的重要成份。色荷是一种具有三个可能性的新量子数。使用色荷来表示夸克的某种性质,会有人真的认为夸克具有颜色,这只是个夸克的一个标签。这是用来计算与解决重子问题的的关键。例如组成ωˉ粒子的三个奇异夸克(sss),一个是红的(r),另一个是绿的(g),第三个是蓝的(b)。胶子负责携带与交换色荷,夸克则负责传递色荷。此外,每个夸克所携带的色荷只有一个颜色单位:如果每个夸克所携带两个色单位,它的耦合强度就是原来的两倍,这是不允许的。胶子由于是携带与交换色荷,所以胶子会携带两个色荷。完整系列的胶子色荷组成有8个,分别为:rg反,bg反,gb反,rb反,br反,gr反,1/√6(rr反+gg反-2bb反),1/√2(rr反-gg反)。”