漫谈2004年诺贝尔物理学奖

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1、漫谈2004年诺贝尔物理学奖----一个向往自由的强相互作用理论吴詠时美国犹他大学物理系中国科学技术大学上海研究院清华大学高等研究中心（上海研究院，2004年10月23日）PressRelease2004诺贝尔物理奖新闻发布三位美国物理学家获得今年的诺贝尔物理奖：他们是大卫·格罗斯，大卫·珀礼策和弗朗克·维尔切克。他们是因发现了在夸克之间强作用力的一个非凡的性质而获奖。氦原子亚原子世界示意图原子电子原子核夸克中子质子比例不对！亚原子世界示意图氦原子电子原子核夸克中子质子（比例不对）向极小尺度推进（20世纪的成就）原子（一百亿分之一米）原子核（再小一万倍）核子（再小十倍

2、）夸克和电子（至少再小一千倍）“物质基本粒子”周期表（每种三色）（每种无色）三代夸克轻子SixFlavorsofLeptons六种夸克上粲顶下奇底三代Spin-0MesonsSpin-1MesonsSpin-1/2BaryonsSpin-3/2Baryons反夸克时间夸克有三色红绿兰青粉黄夸克夸克带三彩反夸克带反三彩为何叫做“颜色”?和普通颜色相似之处：夸克的“颜色”有三种。等量的混和导致白色(即无色)。其他的性质不受影响。颜色可否导致相互作用力?六十年代并不知道WhyThreeColors?PuzzleofQuark’sStatisticsR-ratioine+e-

3、AnnihilationNeutralPion’sElectromagneticDecayElectro-WeakAnomalyCancellation………………..PuzzleofQuarkStatisticsExperimentalfact:SymmetryUnderstandingOrbitalpart:symmetric(S-wave)SpinandFlavor:symmetric(theaboveratio)butquarksarefermions(anti-symmetric)!Newdegreesoffreedom:Threecolors,provid

4、inganti-symmetryforhavingnocolorforaprotonconsistingofthreequarksR-ratioine+e-AnnihilationPartonModelR-ratioine+e-Annihilation四种基本相互作用引力　　　弱　　　　电磁　　　强中介粒子作用于广义相对论标准模型（Yang-Mills规范场论）基础理论四种基本作用力万有引力电磁作用力弱作用力强作用力基本相互作用力力须有中介ForceCarriersSpecialRelativity:ForcesmusthavemediatorsQuantumTheo

5、ry:MediatingFieldsareParticlesgraviton00Gravitationalspin=2PropertiesofForce-CarryingParticles规范作用原理麦克斯韦电磁理论：电磁力作用（1849）爱因斯坦广义相对论：引力作用（1915）杨振宁-米尔斯规范作用原理（1954）格拉肖-温伯格-萨拉姆模型：电弱统一作用（1967）量子色动力学：强作用力（格罗斯、珀礼策、威尔切克，1974）电磁作用虚光子中子的弱衰变(uud)(udd)夸克间的强作用力杨振宁-米尔斯规范作用力的特点传递色荷的胶子也带色（正-反复合色）QuarksEm

6、itGluonsandChangeTheirColor夸克放出（或吸收）胶子同时改变自己的颜色颜色守恒兰和反兰抵消，总的仍为红胶子之间有相互作用三胶子作用四胶子作用StrongInteractionbetweenNucleonsNuclearForceasResidueStrongForce七十年代以来的加速器首次运行年代质心能量新加速器尚在运行.BEPCEvidencefortheExistenceofGluon:Three-JetEventsine+e-AnnihilationQuark-AntiquarkJetsQuark-AntiquarkandGluo

7、nJets二喷注事例夸克的直接证据三喷注事例胶子的直接证据杨振宁--米尔斯规范粒子的特点(落实到颜色相互作用)夸克有三色，在强作用时改变颜色。胶子是强作用力的中介粒子。胶子有（八种）复合色。胶子载带夸克颜色改变的信息。胶子之间也有颜色作用。夸克-胶子或胶子之间颜色作用同样强。颜色强作用随距离加大而增强！随能量增加而减小！（得奖工作）Pre-historyofAsymptoticFreedomCurrentAlgebraofQuarks(Gell-Mann,1965)“Naturereadsthebookoffreefieldtheory.”Scali