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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢,Hadronic physics(强子物理）,-浙江近代物理中心 鲁定辉,dhlu,1.Hadron structure,and transitions,2.Matter under extreme,conditions,1/51,The Smallest and Largest nuclei,N,delta,N*,pi,etc,dense star,2/51,标准模型,(,微扰论,),：,相对论性量子场论:,SU(3),SU(2),U(1),对于强、弱、电磁相互作用统一描述。,成功地描写了早到宇宙最初（10,12,秒起），小到10,19,米（或高到,10,12,eV),各种物理现象。,白壁微瑕？,(,非微扰,),3/51,“Direct”evidence of quarks,试验巧妙地确定其质量,电荷及三种颜色,4/51,夸克,禁闭与非微扰,本世纪最主要物理学问题之一-李政道,因为真空对气泡压力，夸克不可能出来。而在气泡内部，夸克可自由运动(,bag),与超导类比,完全抗磁体,真空是完全抗色介质？,试验伎俩,高能电子碰撞，,相对论重离子碰撞,中子星等,5/51,夸克-反夸克禁闭,格点量子色动力学（,Lattice QCD,）,自然界中没有自由夸克，它们总结合成强子（质子、中子、,p,介子，,K,介子等），这称为禁闭,comfinement,静止夸克-反夸克之间有着很强禁闭势，在大尺度上，随二者之间距离线性增加,6/51,强子物理研究对象,与强子结构（谱）和,相互作用（跃迁）相关物理问题,提出新(唯象)理论,解释和指导试验,探索未知领域，如,N*，missing states,7/51,Related Nobel Prizes,1922,Bohr,the structure of atoms,1927,Compton,the Compton effect;,Wilson,paths of charged particle,1932-33 Heisenberg,Schrodinger,Dirac,1935,Chadwick,neutron,1938,Fermi,new elements by slow neutron,1949,Yukawa,mesons on nuclear force,1957,Yang and Lee,1961,Hofstadter,electron scattering,(sub nuclear physics),1963,Wigner,symmetry in nucleus,and Mayer and Jensen,shell model,8/51,Continued,1965,Tomonaga,Schwinger,Feynman,field theory,1967,Bethe,energy production in stars,1969,Gellman,quark model,1974,Hewish,pulsars,1975,Bohr,Mottelson,collective model,1976,Richter,Ting,discovery of J/psi,1979,Glashow,Salam,Weinbery,1990,Friedman,Kendall,e-p DIS,1998,tHooft,Veltman,renormalization,Gross,Politzer,Wilczek,asymptotic freedom,-,quark confinement?,9/51,高能电子散射,10/51,The evolving proton,11/51,核民主?,对称性,六十年代初发觉大量“基本”粒子(,resonances),(见下页）,有没有联络?更高对称性?怎样分类？,Isospin,（,同位旋）,一个,nucleon,pion,Sigma,同一个“粒子”不一样状态？(自旋,宇称相同),推广同位旋概念,（破缺）幺正对称性,粒子按不可约表示分类，每个粒子对应其一个分量,夸克色香味,丰富多彩,粒子,世界,12/51,Baryon Summary,13/51,同位旋（,isospin,flavor symmetries),Internal symmetries,conserved in all strong interactions,核子,:J Q m(MeV/c2)I_3,p 1 938.27 ,n 0 939.56 -,在费米尺度，强作用比,EM,作用强2-3数量级，其强作用性质相同。,14/51,介子,Particles J Q mass I_3,pi+0 1 139.56 1,pi0 0 0 134.97 0,pi-0 1 139.56 -1,全部,强子都有确定同位旋！,与自旋类似，是粒子内部抽象空间角动量,强相互作用过程同位旋守恒,，,可给出很强理论限制和预言,15/51,Pi-Nucleon Scattering,(pi+,pi0,pi-)+(p,n),共10个反应道（电荷守恒），相互独立？,时间反演不变,8个独立,同位旋空间转动不变,两个独立振幅（复数）,16/51,同位旋（味）破缺,Broken symmetries,SU(2),是,u,d,夸克对称，破坏2-3%,SU(3),SU(4)SU(5)SU(6),同位旋破坏主要来自多重态不一样分量质量差印起运动学效应,主要表现为粒子质量与寿命不完全相同！,17/51,奇异数(,Strangeness),1947年宇宙线试验(,after pion)，1954,年加速器试验发觉一批,奇异,粒子,特征一：协同产生，独立衰变,特征二：快产生，慢衰变（10-24,10-10秒）,需要新量子数,S：,旧粒子,(pi,N)S=0,强和,EM,过程中守恒，弱作用可破坏,18/51,SU(3),理论,坂田模型：,1,。全部强子由,p,n,Lamda,和其反粒子组成,p,n,Lamda,组成,SU(3),三维基础表示,介子,由一对正反基础重子组成,重子,由一个基础重子和一个介子组成,解释介子好，但对重子不好,19/51,8-fold way,1961年，,Neuman and Gell-Mann,介子和重子都是,SU(3),群八维表示或直乘,部分处理了重子问题，但产生新问题:(已经有8个1/2+粒子,9个3/2+粒子),预言了一个 新粒子？,怎样处理,多出,10*和27？,20/51,Predict Omega,预言一个新粒子！,B=1,I=0,S=-3,Q=-1,质量由同一多重态,粒子估算,21/51,Weak Decay,新粒子不能经过强或电磁衰变,有弱衰变，故寿命10(-10)秒,1964,年发觉确立了,SU(3),对称性理论,22/51,Experiment,(,BNL),23/51,Quark Model,Gell-Mann and Zweig,（,1964,）,强子由深层次粒子组成,介子(,q-qbar)，,重子(,qqq)(next page),Note:10*and 27 no longer appear！,24/51,What is model?,模型就是奥地利,火车时刻表。,它经常晚点，乘客问列车员：“你们干吗还要时刻表？”列车员回答：“有了时刻表你才知道火车晚点呀！”,-,Weisskopf（,杨福家原子物理书）,25/51,Multiplets(figures),26/51,Colored quark,Every,naturally,occurring particle is a color singlet!,（,自然选择？）,重子,与自旋统计规律矛盾,颜,色自由度,假定轨道角动量为零，此时粒子能量最低,10重态波函数（,omega),反对称（,Pauli,原理）要求引入色空间：每味夸克都有三色，重子是色,SU(3),一维表示（,色空间完全反对称态,）,。,27/51,重子波函数（例）,基态空间，色部分可先不考虑,而八重态需要混合对称,如质子波函数,28/51,核子磁矩（,2.793,，,-1.913,是自然常数？）,磁矩来自组分夸克磁矩矢量和,其中,质子磁矩,29/51,磁矩试验值(,ratio n/p=-2/3),baryon,moment,calc,expt,p,2.79,2.793,n,-1.86,-1.913,-0.58,-0.61,2.68,2.33+0.13,0.82,-1.05,-1.41+0.25,-1.40,-1.25+0.01,-0.47,-0.69+0.04,30/51,重子质量也不再是自然界基本常数！,质量来自组分夸克质量与剩下相互作用(,hyperfine),3 equal masses,31/51,Mass prediction,(,MeV),Using m_u=363,m_s=538,C=4m_u2*50,Baryon,Calc,Expt,N,939,939,Lambda,1116,1114,Sigma,1179,1193,Xi,1327,1318,Delta,1239,1232,Sigma*,1381,1384,Xi*,1529,1533,Omega,1682,1672,32/51,强子谱,m,p,=938.27MeV,(uud),m,n,=939.56563MeV,(udd),m,p,=139.56995MeV,(u,d,u,d),m,K,=493.677MeV,(u,s,u,s),这些,质量,曾,被认为是自然界基本常数！,Lattice QCD,精度达,10%,以内,33/51,正反粒子变换,Dirac Eq(1928),Diracs hole theory,Positron(1932)antiproton(1955)50K antiH,反粒子对应于场复共扼激发态,粒子-反粒子质量，寿命，自旋相同，全部内部相加性量子数反号。,34/51,电荷共扼,Charge Conjugation,C,变换性质：,CC=1,若,Q,为相加性守恒量，,除,Q=0，,普通,Q,与,C,没有共同本征态,35/51,C,宇称,Only,纯中性粒子才是,C,本征态，,C(gamma)=-1,C(pi0)=C(gamma)C(gamma)=1,EM,作用过程中,C,守恒,-正反粒子对（偶）,36/51,C,变换与,C,宇称,强作用和,EM,作用在,C,变换下不变,由,C,变换联络两个过程之规律相同,若初态是,C,变换本征态，则末态也是,pi0,不能衰变成三个光子,电子偶素能够衰变到两个光子(,S=0),或三个光子（,S=1),37/51,G-Parity,C,宇称适用范围太小。,对于普通介子（,pi),定义：,普通介子,G-Parity,为：,性质：全部强子都有确定,变换性质，但只有普通介子才有,G-Parity,正反粒子系统,复合系统=子系统宇称乘积,38/51,G,宇称守恒与实例,强作用,G-,变换下不变，而电磁作用破坏,Invariant mass at 770MeV,width=153MeV,I=1,G=1,C(rho0)=-1,Rho,介子经过强作用衰变到三个,pi,严格警戒，,Rho0,经过,EM,作用到两,gamma,严格警戒,自旋必为奇数。,39/51,核子结构,40/51,重视试验，但不可盲信！,据,Spires database:,有,318,篇,with keyword PENTAQUARK,1.Nakano(LEPS)PRL91,01(),2.Stepanyan(CLAS),hep-ex/0307018,自旋,宇称,同位旋未定,SPring-8,41/51,核子电形状因子,Dipole?,Exponential？,Scaling law?,42/51,Neutron charge distribution,43/51,质子电和磁分布不一样,44/51,New data,New data,45/51,E2/M1(spherical？),In%,sn.yang,46/51,GDH sum rule,47/51,Other topics,Polarizability,N*physics,Hybrid states(qqqg),Axial charge gA,Timelike form factor,48/51,Deep-inelastic scattering,pQCD,Exclusive reaction,inclusive reaction,Form factor,Structure functions W_i(x2,E-E),Bjorken limit,x=-q2/2P.q,study,quark distribution function u(x),d(x),g1(x),g2(x),49/51,Parton model,Only 54%momenta carried by quarks,Spin crisis,Gross-Llewellyn-Smith sum rule,Adler sum rule,Gottfried sum rule,Bjorken sum rule(spin dependent),Ellis-Jaffe sum rule,proton spin crisis,50/51,谢谢各位,!,51/51,