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1、第卷第期淮北煤师院学报4#.5675!年∀#∃%&∋(#)山+,(−#∋.诵&(&/02,%3−#..,/,∗∃,∋1!超弦理论国蹄概述吴向尧袁广宇8淮北,9:;7煤师院物理系77<摘本文介绍超弦理论的基本思想及发展过程,并指出其在粒子物理中所产生的重大影响5关键词超对称超引力超弦随着,,,5弱电统一理论的成功鼓舞人们把弱力电磁力强力统一起来当把引力也包含在内,即实现超统一时,碰到了无穷大5,的困难即把引力理论量子化时遇到了不可重整化的发散现象5无穷大无休止的出现,使得理论失去内在自洽性5说明广义相对论与量,子理论不相容那么出路何在呢=人们认识,·到出现无穷
2、大的困堆在于把相互作用的粒子当作点粒子由牛顿引力理论、5,5、>,>>ΑΒ>>?≅,>>,·Β厂Χ‘“时。知当两粒子的距离附阳所以无穷大问题是由于传统理论把粒带子当作点粒子带来的,人们尝试用一维弦来描述粒子,于是形成了弦理论,后来发展成为超弦理论5早期的弦理论在Δ7年代末,描述强力现象的量子色动力学8Ε−Φ<还未建立起来,有人设想强力可用弦来解释。根据这一模型,强力是被橡皮筋一样的东西束缚在一起的夸克5下图是介子、,二,,,重子的弦结构每根弦的末端都有一个夸克弦可以断断了之后在断头处形成新的夸克5Γ“尸衬5一Γ介子重子图Η强子的弦模型Β!一一9Ι收稿日期叫淮北煤师院学报
3、!年用弦可解释夸克禁闭问题,也5如图9所可用弦的断裂和结合解释粒子的碰撞反应八5丫上丫∃冷口。土!”‘ϑ一双啥夕一‘⋯#⋯%&∀万图∋两弦的断裂和结合&丫十厂、扩(十上图表示粒子反应斌厂厂∋现代的弦模型及理论随着量子色动力学的建,用夸克之间交换立胶子模型取代强子的弦模型后来人们把粒子看,,作长为!犷)∗+的一维弦弦有开弦和闭弦开弦象琴弦,有端点,也象琴弦一样有振动,形成驻波振动频率有基频和泛频之分,,,设弦长为,&图)弦振动如图)所示的弦振动有下列关系,−∋!..,−−/0二&元/1//0‘。”—“。——兄0—几∋!∋卜一一8,8咋‘&一讨论,,2当0/3时弦不振动/
4、4,而均,5,∋2当0二!时弦振动.、−,6,,山/∋!7/二为基频∋,一,。,而岭。9!、一如图:所立示图0:不同值的弦振动弦振动就相当于无穷多个谐振子的振动,由于波动性和粒子性都是粒子的特性,两者是等价,,的因而弦的每一种振动模式都对应一种粒子由量子力学的谐振子能量’‘−−,‘−‘−;−,、、−−−、‘。−,,、。!一。一666。66,6一。,一6一66一一一<二=0(九。粒子的能量和质量是由振动频率决定的而谐振子振动模式频率由弦匀∋知8张力>决定,,早期的弦理论认为时空是∋?维的真实物理世界时空是四维的因此令人难以置,后来引进超对称、使时空成为,信!3维从而使弦理论在≅3
5、一Α3年代得到很大的发展这是由于引人了超对称,超引力的思想,从而使弦理论发展成为趋弦理论第期吴向尧等超弦理论概述95超对称超空间是一种抽象的几何空间,一半是普通时空,另一半是广义的内部时空,是八维时,,空超对称是从通常时空转动或变换到内部时空时的不变性是给费米子和玻色子两类不同粒子联系起来的一种对称性55使每个已知费米子都有对应的玻色子每个已知的玻色子都有对应的费米子5即每种粒子都有其超对称伴侣,如对自旋为9的引力子实施一个超,就得到自旋:Κ9的5下面给出由超对称理论所设想的粒子表5对称操作粒子表,由超对称理论设想的粒子、夸克轻子.Κ97一7其伴子,7规范粒子些9.一77
6、其伴子,引力子其伴子黑格斯粒子在弦理论中引人超对称就可将9Δ维弦理论改进为7维弦理论599超引力与超弦,,人们发现对定域超对称理论引进自旋为:Κ9的规范超场时为了使理论具有超对称性,就必须引进一个无质量的,自旋为9的场,这正是引力场5可见,定域超对称理论就是超引力理论5它自然地需要引力存在5它有5可能使引力理论与量子理论协调起来由于超对称能自然描述引力,于是人们放弃用弦理论来解释强力,而试图用它首先来描述引力,5超对称弦理论与超引力理论的结合就是超弦理论5再尝试纳人其他几种力计算超弦理论中引力的量子效应时,不再出现发散5这说明超弦理论使引力与量子理论协调起来5,由于超弦理论解
7、决了引力的量子化这个困难问题从而近年来超弦理论成为粒子物理的前沿课题5:超弦理论的特点:5超弦理论可以描述不同的粒子超弦可以按不同方式,5、、振动每一种振动模式可以看成一类粒子轻子夸克引力子等只是振动模式不同而已,而以弦上所带的电荷,弱荷和色荷等各种荷来区分不同的粒5子:59超弦理论对时空维数的限制我们生活的时空是四维的,一维时间,三维空间5以往的牛顿力学、电动力学、广义相对论和量子场论可在四维时空,也可在任意维时空写出它们的公式,但超弦理论却不,,,同理论的自洽性要求时空是7维的也即只
