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1、第卷第期淮北煤師院學(xué)報(bào)4#.5675!年?#?%&?(#)山+,(?#?.誦&(&/02,%3?#..,/,??,?1!超弦理論國(guó)蹄概述吳向堯袁廣宇8淮北,9:;7煤師院物理系77<摘本文介紹超弦理論的基本思想及發(fā)展過(guò)程,并指出其在粒子物理中所產(chǎn)生的重大影響5關(guān)鍵詞超對(duì)稱超引力超弦隨著,,,5弱電統(tǒng)一理論的成功鼓舞人們把弱力電磁力強(qiáng)力統(tǒng)一起來(lái)當(dāng)把引力也包含在內(nèi),即實(shí)現(xiàn)超統(tǒng)一時(shí),碰到了無(wú)窮大5,的困難即把引力理論量子化時(shí)遇到了不可重整化的發(fā)散現(xiàn)象5無(wú)窮大無(wú)休止的出現(xiàn),使得理論失去內(nèi)在自洽性5說(shuō)明廣義相對(duì)論與量,子理論不相容那么出路何在呢=人們認(rèn)識(shí),·到出現(xiàn)無(wú)窮
2、大的困堆在于把相互作用的粒子當(dāng)作點(diǎn)粒子由牛頓引力理論、5,5、>,>>ΑΒ>>??,>>,·Β廠Χ‘“時(shí)。知當(dāng)兩粒子的距離附陽(yáng)所以無(wú)窮大問(wèn)題是由于傳統(tǒng)理論把粒帶子當(dāng)作點(diǎn)粒子帶來(lái)的,人們嘗試用一維弦來(lái)描述粒子,于是形成了弦理論,后來(lái)發(fā)展成為超弦理論5早期的弦理論在Δ7年代末,描述強(qiáng)力現(xiàn)象的量子色動(dòng)力學(xué)8Ε?Φ<還未建立起來(lái),有人設(shè)想強(qiáng)力可用弦來(lái)解釋。根據(jù)這一模型,強(qiáng)力是被橡皮筋一樣的東西束縛在一起的夸克5下圖是介子、,二,,,重子的弦結(jié)構(gòu)每根弦的末端都有一個(gè)夸克弦可以斷斷了之后在斷頭處形成新的夸克5?！笆r5一Γ介子重子圖Η強(qiáng)子的弦模型Β!一一9Ι收稿日期叫淮北煤師院學(xué)報(bào)
3、!年用弦可解釋夸克禁閉問(wèn)題,也5如圖9所可用弦的斷裂和結(jié)合解釋粒子的碰撞反應(yīng)八5丫上丫?冷口。土!”‘?一雙啥夕一‘?#?%&?萬(wàn)圖?兩弦的斷裂和結(jié)合&丫十廠、擴(kuò)(十上圖表示粒子反應(yīng)斌廠廠?現(xiàn)代的弦模型及理論隨著量子色動(dòng)力學(xué)的建,用夸克之間交換立膠子模型取代強(qiáng)子的弦模型后來(lái)人們把粒子看,,作長(zhǎng)為!獷)?+的一維弦弦有開(kāi)弦和閉弦開(kāi)弦象琴弦,有端點(diǎn),也象琴弦一樣有振動(dòng),形成駐波振動(dòng)頻率有基頻和泛頻之分,,,設(shè)弦長(zhǎng)為,&圖)弦振動(dòng)如圖)所示的弦振動(dòng)有下列關(guān)系,??!..,??/0二&元/1//0‘?！薄?。——兄0—幾?!?卜一一8,8咋‘&一討論,,2當(dāng)0/3時(shí)弦不振動(dòng)/
4、4,而均,5,?2當(dāng)0二!時(shí)弦振動(dòng).、?,6,,山/?!7/二為基頻?,一,。,而嶺。9!、一如圖:所立示圖0:不同值的弦振動(dòng)弦振動(dòng)就相當(dāng)于無(wú)窮多個(gè)諧振子的振動(dòng),由于波動(dòng)性和粒子性都是粒子的特性,兩者是等價(jià),,的因而弦的每一種振動(dòng)模式都對(duì)應(yīng)一種粒子由量子力學(xué)的諧振子能量’‘??,‘?‘?;?,、、???、‘。?,,、。!一。一666。66,6一。,一6一66一一一<二=0(九。粒子的能量和質(zhì)量是由振動(dòng)頻率決定的而諧振子振動(dòng)模式頻率由弦勻?知8張力>決定,,早期的弦理論認(rèn)為時(shí)空是??維的真實(shí)物理世界時(shí)空是四維的因此令人難以置,后來(lái)引進(jìn)超對(duì)稱、使時(shí)空成為,信!3維從而使弦理論在?3
5、一Α3年代得到很大的發(fā)展這是由于引人了超對(duì)稱,超引力的思想,從而使弦理論發(fā)展成為趨弦理論第期吳向堯等超弦理論概述95超對(duì)稱超空間是一種抽象的幾何空間,一半是普通時(shí)空,另一半是廣義的內(nèi)部時(shí)空,是八維時(shí),,空超對(duì)稱是從通常時(shí)空轉(zhuǎn)動(dòng)或變換到內(nèi)部時(shí)空時(shí)的不變性是給費(fèi)米子和玻色子兩類不同粒子聯(lián)系起來(lái)的一種對(duì)稱性55使每個(gè)已知費(fèi)米子都有對(duì)應(yīng)的玻色子每個(gè)已知的玻色子都有對(duì)應(yīng)的費(fèi)米子5即每種粒子都有其超對(duì)稱伴侶,如對(duì)自旋為9的引力子實(shí)施一個(gè)超,就得到自旋:Κ9的5下面給出由超對(duì)稱理論所設(shè)想的粒子表5對(duì)稱操作粒子表,由超對(duì)稱理論設(shè)想的粒子、夸克輕子.Κ97一7其伴子,7規(guī)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論中引人超對(duì)稱就可將9Δ維弦理論改進(jìn)為7維弦理論599超引力與超弦,,人們發(fā)現(xiàn)對(duì)定域超對(duì)稱理論引進(jìn)自旋為:Κ9的規(guī)范超場(chǎng)時(shí)為了使理論具有超對(duì)稱性,就必須引進(jìn)一個(gè)無(wú)質(zhì)量的,自旋為9的場(chǎng),這正是引力場(chǎng)5可見(jiàn),定域超對(duì)稱理論就是超引力理論5它自然地需要引力存在5它有5可能使引力理論與量子理論協(xié)調(diào)起來(lái)由于超對(duì)稱能自然描述引力,于是人們放棄用弦理論來(lái)解釋強(qiáng)力,而試圖用它首先來(lái)描述引力,5超對(duì)稱弦理論與超引力理論的結(jié)合就是超弦理論5再嘗試納人其他幾種力計(jì)算超弦理論中引力的量子效應(yīng)時(shí),不再出現(xiàn)發(fā)散5這說(shuō)明超弦理論使引力與量子理論協(xié)調(diào)起來(lái)5,由于超弦理論解
7、決了引力的量子化這個(gè)困難問(wèn)題從而近年來(lái)超弦理論成為粒子物理的前沿課題5:超弦理論的特點(diǎn):5超弦理論可以描述不同的粒子超弦可以按不同方式,5、、振動(dòng)每一種振動(dòng)模式可以看成一類粒子輕子夸克引力子等只是振動(dòng)模式不同而已,而以弦上所帶的電荷,弱荷和色荷等各種荷來(lái)區(qū)分不同的粒5子:59超弦理論對(duì)時(shí)空維數(shù)的限制我們生活的時(shí)空是四維的,一維時(shí)間,三維空間5以往的牛頓力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、廣義相對(duì)論和量子場(chǎng)論可在四維時(shí)空,也可在任意維時(shí)空寫出它們的公式,但超弦理論卻不,,,同理論的自洽性要求時(shí)空是7維的也即只
