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  • 粒子物理行( 五 ) 四種基本力 ----- 電磁交互作用

    在前幾章,我們粗略地認織了量子場論的理論框架。從本章開始,我們會接觸到粒子物理的具體內容。粒子物理的理論雖然頗為抽象,但只要運用一點想像力,不難理解其物理圖像。由本章開始,我們會嘗試形象地介紹四種基本交互作用 ( 簡稱為基本力 )。讀過這幾章後,讀者可以嘗試判斷日常遇到的任何物理現象是哪種基本交互作用所致。

  • 元素118號︰從1999年的造假風波到2006年的正式發現

    上世紀初,「核物理之父」歐內斯特‧拉瑟福(Ernest Rutherford)和諾貝爾化學獎得主弗雷德里克‧索特(Frederick Soddy)儲存了一些放射性釷在實驗室中。他們發現這些釷會自發地變成鐳。索特便宣稱道,他們發現了核蛻變(Nuclear transmutation)——核蛻變指一種化學元素透過放射衰變成為另一種化學元素的現象。「索特當時不把這現象稱為『蛻變(Transmutation)』,不然我們會被誤以為在搞煉金術。」拉瑟福說道。

  • 粒子物理行 (四) 路徑積分

    我們在第一章知道,這機率分佈由波函數的平方給出,而波函數的演化遵從薛丁格方程式。類似牛頓運動方程,薛丁格方程式是一種對物理過程在時間軸上的局部描述。正如古典物理學中的最小作用量原理,在量子力學裏我們也可從整體角度描述物理過程,這種方法稱為路徑積分 (path integral)。

  • 旋轉最快的物質—夸克膠子電漿態

    美國科學雜誌Discovery所選出「2017年100個最有趣的發現」中,第38名的發現「世界上旋轉最快的物質態」為成大物理系助理教授楊毅團隊參與之美國布魯克海文實驗室相對論性重離子對撞機(Brookhaven National Laboratory’s Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)中STAR實驗組的研究成果。本文將訪問楊毅助理教授之訪問內容秉整為文章,介紹此實驗之內容與楊毅助理教授對此實驗之看法。

  • 正子與電子的龜兔賽跑:正子激發磷光強度遠勝電子

    不過引發陰極發光並不是電子的專利。電子的反物質—正子,也有同樣的效果。在德國普朗克離子物理研究所的Eve Stenson和她的團隊,在最新的研究報告中比較同樣能量的電子與正子造成的磷光強度。實驗證實,正子能夠激發更亮眼的發光效應。

  • 令人困惑的質子半徑

    在2010年,Randolf Pohl的團隊以前所未有的精確度測量到質子的大小,但是觀測結果卻使他們困惑了。他們測量出的質子半徑(或是更精確地說,正電荷能夠拓展到多遠)是0.84飛米(注:1 fm=10^15m),比先前所測量出的數據少了0.04飛米。如此看來,質子的寬度似乎少了4%。

  • 反微中子——解釋宇宙成份的粒子

    微中子的反粒子就是微中子自己?為了解答這個問題,4組科學家埋首探測一個 80 億億億年(8 × 10^25年)一遇的超罕見事件!

  • 意外的強相關聯材料 --- 魔角雙層石墨烯

    厚度只有一個原子大小的石墨烯,除了作為拓樸絕緣體的基本模型外[1],其絕佳的導電以及應力特性也成了材料、化學與光電等應用領域的重要議題。價電子佔據p軌域的碳基材料幾乎不被認為是超導材料,更與強關聯系統沒有太大關係。最近一期自然雜誌連續兩篇論文[2,3]報導魔角雙層石墨烯 (Magic Angle - Twisted Bilayer Graphene 簡稱 MA-TBG) 材料中發現的超導與強關聯物理:費米面附近的能帶有極小的能帶寬度,並且當改變載子濃度到半填滿狀態時,所量測的電導大幅下降;此外這材料的溫度-載子濃度 (temperature-carrier density) 相圖更透露出與高溫超導許多相似之處。本文將簡單介紹魔角雙層石墨烯的基本物理,其費米面附近所形成的平能帶[4](flat band,能帶與動量關係E(K) 為一定值),以及簡單的物理圖像來理解實驗結果。

  • (第三章)作用量

    在第二章,我們討論了對稱原理和粒子的分類方法。可是,我們只把對稱原理應用在自由 粒子上,並沒有應用在粒子的相互作用上。在本章和未來幾章,我們會討論量子場論中描 述粒子相互作用的框架,以及對稱原理在粒子相互作用中的初步應用。

  • 物理學家看慣性融合計畫縮減案

    美國能源部過度重視核武將導致天文物理等領域的基礎研究受挫

  • 追捕神秘的馬約拉納量子位元

    在物理界裡已經快要見怪不怪的事情又發生了:研究人員們又被一個好像存在、又好像不存在的現象吸引住了;這次是一個同時身兼物質與反物質角色的粒子—馬約拉納費米子(Majorana fermions)。有些凝態物理學家覺得他們已經找到這種難以理解的怪獸,但其他人還是有點懷疑。無論如何,微軟(Microsoft)已經開始懸賞馬約拉納費米子,期望有天可以用在量子計算上。

  • 星系未有發現暗物質 首證星系形成未必與暗物質有關

    天文學家一般認為暗物質是星系形成的關鍵。最新刊於《自然》研究發現星系 NGC 1052–DF2 可能沒有暗物質。此發現或首次證明星系形成未必與暗物質有關。

  • (第二章)粒子的分類和對稱原理

    在第一章裏,我們明白到每一種粒子都對應一量子場,而粒子是量子場的激發。一個很自然的問題是:給定兩顆粒子,怎麼辨別它們是否同一種粒子? 也就是說,給定兩顆粒子,怎麼辨別它們是否同一個量子場的激發?例如,為什麼我們說電子和光子是不同的粒子?要回答這個問題,我們必先了解量子埸論的一個基本原理(也可能是最重要的一個原理)——對稱原理(symmetry principle )。簡單來說,對稱原理意思是粒子間的相互作用取決於物理定律的對稱性。而粒子的分類其實就是粒子的相互作用行為的分類,所以物理定律的對稱性在粒子的分類裏起着關鍵性作用。在以下的討論中,我們將考慮最一般意義下的粒子。也就是說,粒子不一定是如電子般的基本粒子,也可以是如質中甚至氫原子般由數顆基本粒子組成的合成粒子。

  • (第一章)粒子、場和量子場

    一切物質皆由基本粒子組成。粒子物理學是一門研究基本粒子相互作用的物理學分支。從還原論角度看,粒子物理學是自然科學的基礎。在「粒子物理行」裏,我們會踏足粒
    子物理學的每個角落,包括粒子物理的基本概念、主要研究成果和一些有關歷史。

  • APS News:魅夸克(Charmed Quark)的發現

    夸克(Quarks)只是的「標準模型」(the Standard Model)裡所描述的基本粒子大家族裡的一個分支。但是當年魅夸克的發現卻是如此特別,因為它引燃了後續一連串的基本粒子物理的突破,留下了一段世稱「十一月革命」的佳話。除了對科學的衝擊之外,魅夸克被發現的歷程也帶著傳奇的色彩—它幾乎是同時被兩位非常不一樣的人所領導的兩組不同的團隊,在兩座不同的加速器,運用不同的方式所發現的。

  • 用加速器來研究宇宙射線

    LHCb實驗利用高能質子與氦原子對撞,為宇宙射線模型提供了實驗數據以供比較。
     

  • 在重子系統中發現CP不守恆

    LHCb實驗宣佈,他們在b重子系統中首次測量到CP不守恆的現象。

  • 1922年諾貝爾物理獎:尼爾斯.波耳

    1922年諾貝爾物理獎得主又是另一個鼎鼎大名的科學家,他就是量子力學教父尼爾斯.波耳(Niels Bohr)。波耳的電子能階原子結構模型,相信每位理科生都必定學過。

  • 測量反氫原子的光譜

    ​​​​​​​CERN的ALPHA實驗發表了對反氫原子的光譜測量結果。結果顯示與氫原子的光譜測量結果一致。

  • 用超級電腦來驗證雙幻原子核(double magic nuclei)

    美國橡樹嶺(Oak Ridge National Laboratory)的物理學家用超級電腦確認了鎳78是個雙幻原子核(double magic nuclei)。
    所有的原子核都是由質子與中子所構成,而質子與中子又統稱為核子(nucleon)。

  • 1919年諾貝爾物理獎:約翰內斯.斯塔克

    約翰內斯.斯塔克(Johannes Stark)的陽極射線和原子物理研究為他帶來1919年諾貝爾物理獎。可是,在第二次世界大戰之中選擇了納粹一方的他,被同盟國軍事法庭判罪,讓這個諾貝爾獎得奬者蒙上種族歧視之千古污名。

  • 散不散開有關係:對「負質量」的辯論

    牛頓第二運動定律告訴我們,物體加速度的方向與所加外力的方向一致。但是在新近的一個實驗裡,觀察到原子蒸汽中的原子加速度方向居然與所施外力的相反。這表示那個原子蒸汽的運動挑戰了現存的物理定律?

  • 一石五鳥造粒子

    「大強子對撞機美人實驗」(The Large Hadron Collider beauty experiment (LHCb))是用來測量電荷+宇稱不守恆的國際合作研究。這個實驗已經發現了五個新的重子(baryons)。

  • 1910年諾貝爾物理獎:約翰內斯・范德華

    是什麼使氣體凝聚成液體?氣體與液體的分別,一直是許多科學家希望理解的問題。1910年諾貝爾物理奬得主約翰內斯・范德華(Johannes van der Waals)就用數學描述了兩態之間的互換原理。

  • 由兩個介子所組合成的奇怪原子

    位於 CERN 的 DIRAC 實驗發表了他們的新結果。他們發現了一種特別的原子,由兩個介子所形成。

  • 從磁性材料看希格斯衰變

    依據一份傑恩(Jain)及其研究團隊在「自然物理」(DOI: 10.1038/ nphys4077)刊出的報告,二維的反鐵磁材料可以提供希格斯波色子衰變一個凝態版的類比。

  • 質子有多大?

    一個國際團隊對一個由緲子與氘所結合的緲氘原子進行了仔細的光譜測量,並進而測量出氘原子的半徑。他們發現氘原子的半徑比過去的測量結果更小,進而推出質子的半徑也比過去的測量來的更小。

  • 1906年諾貝爾物理獎:約瑟.湯姆森

    1906年的諾貝爾物理獎頒給量度出電子電荷、證明電子是比原子更細小的次原子粒子的約瑟.湯姆森(Joseph Thomson)。上次我們討論過1905年的得奬者萊納證明了陰極射線是由電子所構成的,但仍未能量度出電子的電荷和質量。一路回看科學的發展史,就能夠讓我們了解每個重大發現是如何環相扣,互相影響。
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  • 1905年諾貝爾物理獎:菲臘.萊納

    每一個我們習以為常的科學知識,都曾經是前沿的科學假設。例如X光顯影已成為日常生活中再普通不過的技術,這曾是倫琴得到1901年第一屆諾貝爾物理獎的前沿科學。1905年物理獎則頒給真空管的改造者菲臘.萊納(Philipp von Lenard),就是我們在倫琴文章中提到那一款Crookes真空管。

  • 1904年諾貝爾物理獎:約翰.斯特拉特

    在科學發展史上,不同學科的科學家合作研究往往能更有效地促進整體科學發展。1904年的諾貝爾獎就是證明:這一年的物理獎和化學獎分別頒發給兩位研究同一現象的科學家,他們是物理學家約翰.斯特拉特,第三代瑞利男爵(John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh)和化學家威廉.拉姆齊爵士(Sir William Ramsay)。