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东莞高埗电工培训考证学校

点击:964 日期:2018-05-02 选择字号:

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量子场论和重正化理论的发展上一阶段对微观世界理性认识的最大进展是量子力学的建立。经过一代物理学家的努力,量子力学能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收及辐射等等现象,特别是当它同狭义相对论结合而建立相对论性量子力学以后,它已经成为微观世界在原子、分子层次上的一个基本理论。但是,量子力学还有以下几个方面的不足:①它不能反映场的粒子性;②它不能描述粒子的产生和湮没的过程;③它有负能量的解,这导致物理概念上的困难。量子场论是由P.A.M.狄喇克、E.P.约旦、E.P.维格纳、W.K.海森伯和泡利等人在相对论量子力学的基础上,通过场的量子化的途径发展出来的,它很好地解决了这三个问题。

在量子场论领域中最早发展起来的是量子电动力学,它是把电磁场(光子场)和电子场都加以量子化,从而描述电子和光子的各种现象的一种理论。40年代里,人们对这个理论中的发散困难作了深入的分析。由于J.S.施温格、朝永振一郎、R.P.费因曼和F.J.戴森等人的努力,在解决这个问题上有了突破性的进展。他们发现,如果重新定义理论中的质量和电荷,使之同实验的观测值相应,则量子电动力学中的无穷大结果不再出现。这种消除无穷大结果的方法,叫做重正化理论。它不但在原则上解决了量子电动力学中出现的发散困难,还提出了一整套按电子电荷的幂次展开的,直观的,用图形表示的逐级近似(微扰近似)的计算方法──费因曼图方法,使量子电动力学的计算有了简单可靠的、具有相对论协变性质的基础。P.库什和H.M.福里1947年发现的电子反常磁矩,和由W.E.兰姆等发现的氢原子的2^2S1/2和2^2P1/2能级的分裂,只有通过量子电动力学的重正化理论才能得到正确的解释(见μ子和电子回磁比和兰姆移位)。今天,量子电动力学已经经受了许多实验上的验证,成为电磁相互作用的基本理论。

探索强作用的基本理论50年代初证明了重正化的方法,也适用于强相互作用的汤川理论。但这无助于使汤川理论成为强相互作用的基本理论,因为按强作用耦合常数的幂次展开级数是不收敛的,对于弱相互作用理论则更困难。1934年由E.费密提出的弱作用理论中,虽然耦合常数小,可以作微扰展开,而且在最低阶的计算得到很好的结果,但是,在高阶修正时出现的无穷大结果不能用重新定义质量和耦合常数的方法来消除,所以它是不可重正化的。

1954年,盖耳—曼,M.L.戈德伯格和W.梯令提出强相互作用的色散关系理论。在50年代直到60年代初它有很大的发展,在强作用过程的现象分析方面,也曾得到一些好的结果,但经过十多年的研究,终于肯定色散关系不可能是强作用的基本理论,主要原因是它只包含对散射振幅的普遍要求,而缺乏强相互作用独有的特殊性的东西。因而它只能是一种唯象分析手段。

沿着这个方向发展的还有雷其极点理论等。它们在缺乏严格证明的情况下被推广于强作用的散射理论。所得到的最重要的结果是:①基本粒子的自旋和质量有明显的规律性;②随着入射能量增加,二体散射截面在小角度处的变化具有特定的模式。由于这些理论的出发点和缺点与色散关系大致相同,故它们的成就和存在的问题就同色散关系大致相仿。

相互作用中对称性理论的进展在当时,理论上另一重大的进展是相互作用中的对称性的研究(对称性和守恒律)。如果量子场系统在一种对称变换下保持不变,则将对应着一种守恒量,例如在时空平移下不变,对应的守恒量就是能量和动量。在50年代初期,普遍认为在各种相互作用中,都有着空间反射变换、电荷共轭变换和时间反演变换的不变性,与此相对应,宇称和C宇称应该是守恒的。不过,这种观点,除了1955年由泡利在很一般的前提下,从理论上证明了CPT联合变换下量子场论的不变性以外,其他是没有从实验上或理论上被严格证明过的。

1955年,经过周密地对奇异粒子θ介子和θ介子的实验分析发现了θ-θ之谜。1956年,李政道和杨振宁了解到,在弱作用中宇称守恒事实上并没有得到过实验上的证实。他们提出,在弱作用中宇称是不守恒的,也不存在θ-θ之谜。1957年,吴健雄小组在极化原子核60Co的β衰变的实验中,证实了宇称不守恒。随后不久,宇称不守恒在其他的弱作用过程的实验中也得到了证实。这些实验同时也证实了在弱作用中宇称的不守恒。

1964年,J.W.克洛宁等人在长寿命K介子的衰变实验中,发现有2π终态的衰变,从而实验又证实了尽管单独的空间反射和单独的电荷共轭变换的不变性在弱作用中受到破坏,但是它们的联合变换的不变性也遭到破坏。随后认识到,这个实验事实上也证实了在弱作用中时间反演变换的不变性的破坏。

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