手征对称性动力学破缺和铜氧化物超导体相变的三维量子电动力学研究

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粒子物理学中的对称性破缺研究

粒子物理学中的对称性破缺研究

粒子物理学中的对称性破缺研究粒子物理学是研究宇宙中最基本物质构成及其相互作用规律的学科。

其中,对称性破缺是一个重要的问题,它揭示了自然界运行的规律和现象。

在物理学中,对称性是一种重要的概念。

简单来说,对称性指的是在变换下具有不变性。

而自然界的基本相互作用所满足的对称性直接指导了物质的性质和现象。

然而,在一些情况下,对称性并不成立,这就是对称性破缺的现象。

对称性破缺可以分为两类:连续对称性破缺和离散对称性破缺。

连续对称性破缺指的是系统的对称性在某个参数值附近由连续变为离散,而离散对称性破缺则是指系统的对称性在某个参数值附近由完全保持变为局部保持。

对称性破缺的研究对于理解自然界的基本规律和物质的性质具有重要意义。

一方面,它可以解释为何在我们周围的世界中存在不同种类的粒子和相互作用。

例如,在电弱相互作用中,对称性的破缺导致了带电粒子和无质量的光子的存在。

另一方面,对称性破缺也探索了宇宙起源的奥秘。

根据大爆炸理论,宇宙的对称性在初始时刻是完全的。

然而,随着宇宙的演化,对称性破缺发生,从而产生了各种不同的物质和粒子。

对称性破缺的研究方法主要包括实验观测和理论模型。

实验观测通常采用粒子加速器和探测器等设备,通过粒子碰撞和衰变等过程来研究对称性破缺的现象。

例如,大型强子对撞机(LHC)就是目前我们最先进的加速器之一,它的主要目标之一就是寻找希格斯玻色子,这是对称性破缺的重要预言。

另一方面,理论模型通过发展数学框架来描述对称性破缺的机制和规律。

例如,希格斯机制是描述电弱对称性破缺的重要理论模型。

不仅在粒子物理学中,对称性破缺也在其他领域有广泛的应用和影响。

例如,在凝聚态物理领域中,对称性破缺研究揭示了物质中的新奇物态,如超导、铁磁等。

此外,在高能物理和宇宙学、量子场论等领域,对称性破缺的研究也为我们认识自然界的基本规律提供了重要线索。

总之,粒子物理学中的对称性破缺研究是一个重要的课题,它不仅有助于我们深入理解自然界的基本规律和物质的性质,还可以为科学技术的发展和人类社会的进步提供新的思路和方向。

超导材料中的电子对称性破缺与配对机制

超导材料中的电子对称性破缺与配对机制

超导材料中的电子对称性破缺与配对机制摘要超导材料是指在低温下具有零电阻状态和完全反射磁场的材料。

超导材料的研究一直是材料科学的一个热门领域。

在过去的几十年里,借助于强磁场技术和新的超导材料的发现,人们对超导现象有了更深入的理解。

本文将介绍超导材料中的电子对称性破缺与配对机制的研究进展。

引言超导现象是指当某些材料的温度降到临界温度以下时,材料的电阻突然降为零,自发产生电流,并完全排斥磁场的现象。

自从1911年Dutch scientist Heike Kamerlingh Onnes首次发现超导现象以来,人们对超导现象的研究越来越深入。

超导材料的电子对称性破缺与配对机制是超导现象的重要基础,它们与超导材料的结构和电子性质密切相关。

近年来,许多研究人员在这一领域取得了重要的突破,本文将介绍这些研究成果。

超导材料中的电子对称性破缺在超导材料中,电子对称性破缺是指材料中的电子不再具有原来的对称性。

这种对称性破缺可能导致电子在材料中形成特定的排布方式,从而改变材料的电子性质。

电子对称性破缺通常是由于材料的晶体结构或者电子自旋引起的。

近年来,研究者们通过高分辨率电子显微镜、X射线衍射等手段,对超导材料中的电子对称性破缺进行了详细的研究。

他们发现,超导材料中的电子对称性破缺可以通过调控材料的结构和合成过程来实现。

结构调控超导材料的晶体结构对超导性质有重要影响。

所谓结构调控即通过改变超导材料的晶格结构来调控电子对称性破缺。

目前,研究者们发现改变超导材料的压力、温度和化学成分等因素可以改变材料的晶格结构,从而实现对超导材料的电子对称性破缺的调控。

例如,在铜基超导材料中,通过施加高压可以使材料的晶格结构发生变化,从而导致电子对称性破缺的发生。

合成过程调控超导材料的合成过程对超导性质也有重要影响。

所谓合成过程调控即通过改变超导材料的合成方法来调控电子对称性破缺。

目前,研究者们发现改变超导材料的溶液浓度、溶液温度和溶液pH值等因素可以改变材料的合成过程,从而实现对超导材料的电子对称性破缺的调控。

化学:无机化学

化学:无机化学
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d fe e t me o f r d tr n n t e i rn a i l h t d o ee mi i g h o y e o t n n n t c ro i n c p e x g n c n e t i a i o r so o p r — p wd r o e wi s ra e i m c n it g o h t u f c f l o ssi f n
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苯并 三氮唑缓蚀铜粉 中含氧量 的测定 =
V o u e c m ity— l avolt s cr l m he sr u t i e pe tum r
手征对称性动力学破缺和铜氧 化物 超导 体 相 变 的 三 维 量 子 电 动 力 学 研 究 =
Dy a c lc i y n mi a h r s mmer r a i g a d l a t b e kn n y p a e t st n o u r t u e c n n i
ad arln re [ ,中] 郭栋才( n cyo ii 刊 tl / 湖南 大学化学化工学 院, 长沙 4 0 8 ) 易立 10 2, 明,舒万 艮,张真真 , 曾昭容 ,张曦倩 , / 光谱 学与光谱 分析 . 2 0 ,2 (1. 一 0 6 6 1) 一
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建立 了 “ 多耦合 原子。 ”系 统的 多光 腔 子相互作用模型.利用腔量子 电动力学 理论,研究 了原子与腔场 相互 作用 过程 中量子信息传递 的特性 ,分 析 了原子间 耦 合 作 用 对 量 子 信 息 传 递 的 影 响 . 结 果 表 明:在一定 的相互作用 时间 内,量子 信 息 可 以在 腔 场 与 原 子 间可 逆 传 递 或 保 持 ,原子间 的偶极作用导致量 子纠缠信 息非完 全传递和 非完 全保 持.参 1 0 关键词:腔量子 电动力学 ;耦 合原子; 多光子相互 作用 ;多原子。 场系 统; 腔。 量 子 信 息传 递

粒子物理学中的对称性破缺

粒子物理学中的对称性破缺

粒子物理学中的对称性破缺在粒子物理学中,对称性破缺是一个重要的概念。

对称性破缺指的是系统中存在的一种对称性,在特定条件下被破坏或者部分破坏,从而产生了不同于对称状态的新现象。

对称性在自然界中起着至关重要的作用。

我们所熟知的,物质世界具有各种各样的对称性,例如空间平移对称性、时间平移对称性、洛伦兹对称性等。

这些对称性不仅存在于宏观物体中,也存在于微观粒子之间。

而粒子物理学的研究正是要深入探究这些对称性及其破缺的规律。

对称性破缺的一个经典例子是超导现象。

在超导材料中,当温度降低到超导临界温度以下时,电子与晶格之间的相互作用导致了超导电流的流动,使电阻消失。

这种现象被认为是由电荷U (1) 规范对称性破缺引起的。

除了超导现象,对称性破缺在粒子物理学其他方面也具有重要意义。

例如,在弱相互作用中,质子和中子的内禀对称性——同位旋对称性被破缺了。

这导致了质子和中子的质量不同,以及不同粒子之间的弱相互作用。

在粒子物理学的研究中,对称性破缺的理论框架是标准模型。

标准模型是物理学中关于基本粒子及其相互作用的理论框架,事实上,它是最成功的理论之一。

标准模型从对称性的角度出发,将电磁力、弱力和强力统一在一起,并成功地预言了许多实验结果。

然而,标准模型仍然存在一些问题,例如在引力领域的描述以及暗物质等。

对称性破缺可以为物理学家提供进一步研究的方向。

例如,通过对对称性的破缺进行深入研究,或许能够揭示宇宙起源的奥秘。

研究对称性破缺的过程中,科学家常常使用实验手段来验证理论。

例如,在粒子加速器中,通过高能粒子的碰撞可以产生新的粒子并研究他们的性质。

这样的实验对于理解对称性破缺提供了重要的线索。

除了实验手段,理论物理学家也运用数学的方法来研究对称性破缺。

例如,通过群论的数学工具,可以研究物质之间的对称性及其破缺方式。

数学的精确性可以为物理学家提供严密的推导和计算。

总结而言,在粒子物理学中,对称性破缺是一个重要而复杂的概念。

对称性破缺研究的广泛应用以及其深远的理论意义使其成为一个热门的研究课题。

强子物理中的对称性破缺机制

强子物理中的对称性破缺机制

强子物理中的对称性破缺机制在物理学的研究中,对称性一直是一种非常重要的概念。

对称性意味着系统在某种变换下保持不变,而对称性破缺则是指系统在某些条件下不再具有对称性。

而在强子物理中,对称性破缺机制是解释强子之间相互作用的重要理论。

强子物理研究的对象是由夸克组成的粒子,其中最为著名的是质子和中子。

而这些夸克粒子之间的相互作用是由强相互作用力驱动的。

根据强相互作用力的理论,即量子色动力学(QCD),夸克之间的相互作用是由一种被称为胶子的粒子传递的。

而在量子色动力学中,存在着一种被称为色荷的量子数来描述夸克和胶子之间的相互作用。

在强相互作用力的理论中,存在着一个重要的对称性,即SU(3)对称性。

这个对称性是指夸克和胶子的相互作用法则在变换下保持不变。

在理论中,SU(3)对称性是通过引入八个生成元来描述的,分别对应于八种不同的胶子。

这些生成元的线性组合可以构成SU(3)群,而夸克和胶子的相互作用可以由这个群对称性的变换规则来描述。

然而,现实中我们并不能观察到强子之间完全对称的状态。

实验观测表明,强子之间存在着一种称为手征对称性的破缺。

手性是夸克自旋与运动方向之间的关系,手征对称性破缺意味着系统在不同的方向上具有不同的性质。

这种对称性破缺是如何发生的呢?对称性破缺的机制可以通过引入一种叫做“自发对称性破缺”的机制来解释。

这个机制认为,在系统的基态中,系统的真实状态并不是具有完全对称的状态,而是具有一种破缺了对称性的状态。

这种破缺可以通过引入一种叫做“规范场”的粒子来实现。

规范场是描述系统中对称性变换的场,它的存在使得系统的基态具有了对称性的破缺。

在强子物理中,胶子场就是典型的规范场。

胶子场的存在导致了强子之间的对称性破缺。

具体来说,胶子场在系统的基态中形成了一种被称为色荷凝聚态的状态。

色荷凝聚态是指胶子场在夸克之间形成了一种非零的期望值,使得系统的基态具有了对称性的破缺。

对称性破缺的机制不仅可以解释强子物理中的现象,还可以应用于其他物理学领域。

物理学中的宇称对称性破缺现象

物理学中的宇称对称性破缺现象

物理学中的宇称对称性破缺现象宇称对称性破缺是物理学中一个重要的现象,它涉及到粒子物理学、原子物理学和宇宙学等多个领域。

它指的是一个系统在空间中左右对称的性质被破坏,即在空间中进行镜像变换后系统的性质会发生变化。

这个现象的研究不仅有助于深入理解自然界中的基本规律,还为开发新型材料和设备提供了重要的科学依据。

物理学中的宇称对称性破缺现象最早是在1956年被提出的。

当时,李政道和杨振宁通过研究弱相互作用发现,这种作用并不具有宇称对称性。

他们进一步提出,在弱相互作用下,宇称对称性可能被破缺。

这个研究引起了科学界的广泛关注,随后的实验结果也证实了这一猜想。

这个发现为粒子物理学和现代物理学的发展提供了全新的思路。

宇称对称性破缺现象在粒子物理学中的应用尤为突出。

通过实验的方法,科学家们可以研究粒子在宇称操作下的性质变化,从而揭示宇称对称性破缺的本质。

一些重要的实验结果表明,宇称对称性在物理世界中是被破坏的。

比如说,弱相互作用只对左手粒子产生影响,而右手粒子却没有受到任何影响。

这意味着,物理世界中存在着左右的差别。

不仅如此,宇称对称性破缺现象在原子物理学和宇宙学中的应用也引起了研究者的极大兴趣。

在原子物理学中,破缺的宇称对称性使得原子内部的电子波函数成为非对称的,这种非对称性与实验结果是一致的。

在宇宙学中,宇称对称性的破缺将对宇宙的形成和演化产生重要影响。

它可以影响宇宙微波背景辐射的温度分布、星系和星系团的形成及演化等方面。

近年来,随着物理学技术的不断进步,宇称对称性破缺现象的研究又取得了一些重要进展。

特别是在实验技术方面,一些新型的加速器和探测器设备的出现为研究宇称对称性破缺提供了更为精确的手段。

另外,理论物理学的发展也为宇称对称性破缺现象的解释提供了更为深入的思路。

总之,物理学中的宇称对称性破缺现象是人们对宇宙奥秘的探索过程中的一次重要发现。

通过研究这种现象,人们不仅可以加深对自然规律的认识,还可以为开发新型材料和设备提供科学依据。

QCD 揭秘

QCD 揭秘

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然而,除了它们所有的相似性,在 QCD 和 QED 之间还有着几个至关重要的区别。首先,用 QCD 耦合常数标志的胶子对色荷的响应比光子对电荷的 响应强得多。其次,正如图 1 所示,除了只对色荷 做出响应之外,胶子还可以把一种色荷变成另一种。 这类所有可能的改变都是允许的,而且迄今为止色 荷是守恒的。例如,如果吸收一个胶子能把一个蓝 夸克变成一个红夸克,则这个胶子本身一定带有一 个单位的红色荷和负一个单位的蓝色荷。
所有这一切似乎要求有 3×3=9 种不同的色胶 子。但是,胶子的一种特殊组合——SU(3)色单态 ——与其他的态不同,它对所有的荷具有同等的响 应。如果我们想有一个完全色对称的理论,就必须 去除这种组合。这样我们剩下的只有 8 个物理的胶 子态(形成一个 SU(3)色八重态)。幸运的是,这个 结论被实验所证实。
量子电动力学的物理内容被概括为一种运算法 则,它联系着时空中每一个可能物理过程的概率振 幅。这些费曼图通过把图 2 一类的相互作用顶角连 接在一起构成,它代表着一个带电的点粒子(轻子 或夸克)辐射出一个光子。将每一条线对应的运动 学传播子因子与每个顶角对应的相互作用因子乘起 来就可得到振幅。反转一条线的方向等价于把粒子 替换为它的反粒子。
图 3 这里展示的 QCD 拉格朗日量原则上是强相互作用的一 个完整的描述。但是实际上它导致了一些众所周知难解的方程。 这里 mj 和 qj 分别是第 j 味夸克的质量和量子场, A 是带有时 空指标μ和ν以及色指标 a、b、c 的胶子场。数值系数 f 和 t 保 证了色的 SU(3)对称性。除了夸克质量之外,耦合常数 g 是该理 论唯一的自由参数。
描写现实 乍一看来,建议图 3 的方程或图 1 中那些等价 的图可用以描述强相互作用粒子真实世界显得令人 无法接受。没有一个我们真正看到过的粒子出现在 图 1 中,且没有一个出现在图 1 中的粒子曾经被观 测到过。特别是,我们从来没有看到过粒子带有分 数电荷,然而我们却把它赋予了夸克。而且我们肯 定没有见过任何像胶子一样的东西,——一种传递 长程强力的无质量的粒子②。因此,如果 QCD 是对 于这个世界的描写,就必须解释为什么夸克和胶子 不能作为独立的粒子存在。这就是所谓的禁闭问题。 除了禁闭之外,在观测的现实与夸克和胶子的 幻想世界之间还有另一个定性的区别。这个区别描 述起来是很微妙的,但同样是基本的。在这里我不 可能对唯象论据完全公平的对待,但我能够以其最 终和净化了的理论形式来阐述这个问题。唯象学表 明,如果 QCD 是对这个世界的描写,那么 u 和 d 夸 克应该具有非常小的质量。然而,如果这些夸克确 实具有非常小的质量,那么 QCD 的方程就具有一 些附加的对称性,称之为手征对称性(chiral symmetry)(源于“手”的希腊字 chiros)。这些对称性 允许在右手夸克间(其旋转方向相对于运动方向像 一个普通的右手螺丝)和在左手夸克间分离变换。

以梦为马探核路 飞燕凌云逐金乌

以梦为马探核路 飞燕凌云逐金乌

以梦为马探核路飞燕凌云逐金乌作者:***来源:《科学中国人·下旬刊》2021年第10期自愛因斯坦提出质能关系E=mc2以来,人类已通过氢弹的成功证实了人工核聚变的可行性。

以此为开端,聚变能凭借其规模化、持久性、经济性和清洁性的特点,对其可控化利用成为各国科学家争相关注的热点之一。

在此过程中,激光驱动核聚变成为实现可控核聚变的重要途径。

“以实现激光核聚变为目标,从基本原理出发,对受控核聚变相关的前沿物理问题展开探索性研究,既着眼理论突破,又重视计算软件的开发,同时验证工程上的可行性,为真正清洁可持续的核能利用打下基础,并以自身学识培养年青一代。

”这是国防科技大学前沿交叉学科学院教授马燕云一直在做的事。

逐梦科大造“太阳”大抵每个热爱物理的孩子都有一个科学梦,马燕云也不例外。

1993年,怀揣梦想并矢志报国的他顺利进入国防科技大学应用物理系。

基于自身兴趣与学校的专业设置,年轻的马燕云将研究方向瞄准激光核聚变方向,从此与核聚变结下不解之缘。

据马燕云介绍,地球上的能源几乎都直接或间接地来源于太阳,而太阳的能量来源于其内部所发生的核聚变反应,目前人类已经可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。

除了重要的国防用途,核聚变更为重要的作用,在于为人类真正解决能源危机提供可能。

数十年来,全球科学家一直梦想着在实验室里实现太阳的聚变反应,以期获得取之不尽的清洁能源,而科学家实现聚变目标的装置也被称为“人造太阳”。

由于核聚变燃料可直接取自海水中富含的氘,如果每升海水中所蕴含的氘发生完全的聚变反应,就能产生相当于300升汽油燃烧时释放的能量。

以此推算,根据目前世界能源消耗水平和海水存量,聚变能可供人类使用100亿年。

“已知地球的寿命大约是50亿年,从这个角度来说的话,这种资源可以说是取之不尽、用之不竭的。

”马燕云解释道。

随之而来的问题便是,如何实现可控的核聚变,使之成为稳定的能源提供方式?关于可控核聚变的实现,苏联科学家N.巴索夫和中国科学家王淦昌先后独立提出了用激光照射在聚变燃料靶上实现受控热核聚变反应的构想,并开辟了实现受控热核聚变反应的新途径——激光核聚变。

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Key words dynamical chiral symmetry breaking, QED3, Dyson-Schwinger equation, phase structure and phase transition of cuprate superconductor, d-wave superconductis been known that Dyson-Schwinger (D-S) equation approach provides a nonperturbative framework which admits simultaneous study of chiral
Received 6 June 2006 * Supported by National Natural Science Foundation of China (10425521, 10135030, 10575004), Major State Basic Research Development Program (G2000077400), Key Grant Project of Chinese Ministry of Education (CMOE) (305001), Research Fund
1 Introduction
Recently, the interplay between the antiferromagnet(AF) phase and superconductivity remains one of the central themes in the physics of highTc cuprates[1—3]. An appealing connection between AF and d-wave superconducting (dSC) phases has been discussed, based on the ideas originally articulated by Emery and Kivelson[4]. When long range dSC phase is destroyed by thermal or quantum vortex-antivortex fluctuations[5, 6], the resulting state can be either a symmetric algebraic Fermi liquid (AFL phase, i.e., pseudogap phase)[7, 8] or, if the fluctuations are sufficiently strong, an incommensurate antiferromagnet[9—11]. In the latter case, AF phase(spin density wave phase) arises through an in-
herent dynamical instability of the underlying effective low energy theory of a phase fluctuating d-wave superconductor, a (2+1) dimensional quantum electrodynamics, QED3[7, 8]. This instability is known as the spontaneous chiral symmetry breaking. Experiments have found tantalizing hints of such coexistence in zero applied magnetic field in Y and La based cuprates[12—15]. It has been shown previously[16] that, in the framework of QED3, such a coexistence can occur locally in the vicinity of fluctuating field-induced vortices[17], as found in the experiments of neutron scattering[13], muon-spin resonance[18] and scanning tunneling microscopy[19].
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高 能 物 理 与 核 物 理 ( HEP & NP )
第 31 卷
symmetry breaking and confinement[20, 21]. With the chiral symmetry preserved nonperturbative truncation, this model has been widely used to study the properties of strong interaction vacuum and hadrons in free space and in medium (in the framework of QCD)[22, 23] as well as those of electrodynamic interaction (in the framework of QED)[24—27], and to simulate the chiral symmetry restoration and deconfinement in the system with finite temperature and/or finite chemical potential[23]. By implementing the 1/N expansion technique, Franz and collaborators have solved the D-S equation in the framework of QED3 under leading order approximation of 1/N expansion, i.e., taking the inverse of the fermion propagator in the form S−1(p) = iγ • p + Σ(p), Π(p) = α/p, and shown that the chiral symmetry breaking could take place even the gauge field has a small mass m[17]. It opened up a possibility for the coexistence of bulk AF and dSC phases in the QED3 theory of underdoped cuprates. However, it is important to take into account the wave function renormalization, the selfenergy, and the full gauge boson polarizaion. Furthermore, the inverse of the fermion propagator is usually decomposed as S−1(p) = iγ • pA(p) + B(p). It leaves a room to investigate the phase structure and phase transition of the underdoped cuprates by solving the D-S equations with the general expression of the fermion propagator. Moreover, the stability of the coexistent phase of the AF and the dSC has not yet been analyzed in the view of thermodynamics. We then try to shed light on these problems in this paper.
Abstract With the coupled Dyson-Schwinger equations in the framework of the unified QED3 theory, we study the phase transition between the antiferromagnet(AF) and the d-wave superconductor (dSC) of planar cuprates at T =0. By solving the coupled Dyson-Schwinger equations both analytically and numerically in rainbow approximation in Landau gauge and comparing the obtained results with that given in the 1/N expansion, we find that there exists a chiral symmetry breaking from dSC phase to AF phase when the quasifermion flavors N 4 in half-filling and the AF phase can possibly coexist with the dSC phase in the underdoped region. By comparing the pressure between the coexistent AF-dSC phase and dSC phase, we find that AF-dSC coexisting phase is the stable phase, the AF phase can then coexist with the dSC phase.
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