第四章相互作用 交换力的概念(书P109、P352) 粒子的运动和变化离不开相互作用。在经典力学中,我们知 道,运动规律由牛顿方程,或等效的哈密顿或拉格朗日方程来描 写,相互作用以力或作用势的形式进入方程。在量子力学中,描 写运动规律的是H平i0ot,相互作用也是出现在哈密顿量H 中。量子力学中的运动就是状态波函数的变化,实际要运算的是 截面和跃迁概率等量,常用的办法是从薛定谔方程出发,写出相 应的矩阵元并加以计算 粒子物理涉及到的是微观高能的问题,需要既是量子化又是 相对论的理论,这就是量子场论,它要求相互作用场的量子化和 引入相应的传播相互作用的粒子。相互作用发生时,是一份一份 的物理量以一定的速度在空间传播,这实际上就是相互作用粒子 的概念
第四 章 相互作用 交换力的概念 (书P.109、P.352) 粒子的运动和变化离不开相互作用。在经典力学中，我们知 道，运动规律由牛顿方程，或等效的哈密顿或拉格朗日方程来描 写，相互作用以力或作用势的形式进入方程。在量子力学中，描 写运动规律的是HΨ=i∂Ψ/∂t ，相互作用也是出现在哈密顿量H 中。量子力学中的运动就是状态波函数的变化，实际要运算的是 截面和跃迁概率等量，常用的办法是从薛定谔方程出发，写出相 应的矩阵元并加以计算。 粒子物理涉及到的是微观高能的问题，需要既是量子化又是 相对论的理论，这就是量子场论，它要求相互作用场的量子化和 引入相应的传播相互作用的粒子。相互作用发生时，是一份一份 的物理量以一定的速度在空间传播，这实际上就是相互作用粒子 的概念
测不准关系与交换粒子 N,→>N,+X X+N,→>N 2 在交换过程中,能量的不确定度为mxC。力程 方200Me·fmn R~c△t=c myc mxC→>0,R m、c2~100MeV,R~2fm X
测不准关系与交换粒子 1 1 2 2 N N X XN N →+ +→ , 在交换过程中，能量的不确定度为 2 X cm 。力程 2 2 200 ~ cm fmMeV cm ctcR X X ⋅ ≈=Δ h 2 X cm → ,0 R → ∞； 2 X cm R fm2~,MeV100~ N1 N 2 X
1935年,汤川秀树建立核力的介子场论。他认为核子核子间的相 互作用是由于交换介子而引起的,并且由力程预言介子的质量介乎电子 质量和核子质量之间,是电子质量的200多倍。实验上,首先探测到的 质量在电子和核子之间的粒子是子,其质量 m.=2066m=10566Me/c2 但μ子与核子的作用很弱,不是核力这种强作用所交换的粒子。1947 年,泡威尔( Powell)等从实验上发现了汤川预言的介子,称π介子 带有正、负电荷和不带电的三种π介子分别记作π+、π和π。π介子的 质量经实验测定是 m.=2733m=1396Mve 2642m=1350MVc
1935年，汤川秀树建立核力的介子场论。他认为核子-核子间的相 互作用是由于交换介子而引起的，并且由力程预言介子的质量介乎电子 质量和核子质量之间，是电子质量的200多倍。实验上，首先探测到的 质量在电子和核子之间的粒子是μ子，其质量 但μ子与核子的作用很弱，不是核力这种强作用所交换的粒子。1947 年，泡威尔（Powel1）等从实验上发现了汤川预言的介子，称π介子。 带有正、负电荷和不带电的三种π介子分别记作π＋、π－和π0。π介子的 质量经实验测定是 2 μ e m = m = /66.1056.206 cMeV 0 2 π e 2 π e 273.3 139.6MeV/ 264.2 135.0MeV/ mm c mm c ± = = = =
虚粒子 virtualparticle的概念 核力的作用在较低能量下(比介子质量小)也是可以发生 的,此时怎么可以认为核子发射了很重的介子而本身质量不 变?这里的交换粒子,实际上是虚粒子。虚粒子用于传递相互 作用,因而总是局限在一定时空范围内的。由于测不准关系, 它本身可以不遵从自由粒子的能量动量关系。表现到作用过程 中,就是交换粒子的质量不确定,或者能量守恒在作用时间内 (△<h/(m2c)是破坏的,破坏的范围就是△E=mc2 当然,在能量足够高时,虚粒子也可以被实际的产生出来,成 为满足上述能量动量质量关系的实粒子,如上面测出的π介 子
虚粒子(virtualparticle)的概念 核力的作用在较低能量下（比介子质量小）也是可以发生 的，此时怎么可以认为核子发射了很重的介子而本身质量不 变？这里的交换粒子，实际上是虚粒子。虚粒子用于传递相互 作用，因而总是局限在一定时空范围内的。由于测不准关系， 它本身可以不遵从自由粒子的能量-动量关系。表现到作用过程 中，就是交换粒子的质量不确定，或者能量守恒在作用时间内 （ ）是破坏的，破坏的范围就是 。 当然，在能量足够高时，虚粒子也可以被实际的产生出来，成 为满足上述能量-动量-质量关系的实粒子，如上面测出的π介 子。 2 t mc /( ) Δ p h π 2 E mc Δ = π
THE FORCES IN NATURE INTENSITY OF FORCES BINDING PARTICLE TYPE (DECREASING ORDER)I(FIELD QUANTUM OCCURS IN: STRONG NUCLEAR FORCE GLUONS(NO MASS) ATOMIC NUCLEUS PHOTON ATOMIC SHELL ELECTRO-MAGNETIC FORCE-1000 (NO MASS) ELECTROTECHNIQUE WEAK NUCLEAR FORCE BOSONS Zo, w, W" RADIOACTIVE BETA 100000 (HEAVY) DESINTEGRATION GRAVITATION 10-38 GRAVITON? HEAVENLY BODIES THE EXCHANGE OF PARTICLES IS RESPONSIBLE FOR THE FORCES