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1、第卷第期淮北煤師院學(xué)報4#.5675!年?#?%&?(#)山+,(?#?.誦&(&/02,%3?#..,/,??,?1!超弦理論國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)一起來當(dāng)把引力也包含在內(nèi),即實(shí)現(xiàn)超統(tǒng)一時,碰到了無窮大5,的困難即把引力理論量子化時遇到了不可重整化的發(fā)散現(xiàn)象5無窮大無休止的出現(xiàn),使得理論失去內(nèi)在自洽性5說明廣義相對論與量,子理論不相容那么出路何在呢=人們認(rèn)識,·到出現(xiàn)無窮
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。知當(dāng)兩粒子的距離附陽所以無窮大問題是由于傳統(tǒng)理論把粒帶子當(dāng)作點(diǎn)粒子帶來的,人們嘗試用一維弦來描述粒子,于是形成了弦理論,后來發(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)象的量子色動力學(xué)8Ε?Φ<還未建立起來,有人設(shè)想強(qiáng)力可用弦來解釋。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
3、!年用弦可解釋夸克禁閉問題,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)子的弦模型后來人們把粒子看,,作長為!獷)?+的一維弦弦有開弦和閉弦開弦象琴弦,有端點(diǎn),也象琴弦一樣有振動,形成駐波振動頻率有基頻和泛頻之分,,,設(shè)弦長為,&圖)弦振動如圖)所示的弦振動有下列關(guān)系,??!..,??/0二&元/1//0‘?！薄??！?—幾?!?卜一一8,8咋‘&一討論,,2當(dāng)0/3時弦不振動/
4、4,而均,5,?2當(dāng)0二!時弦振動.、?,6,,山/?!7/二為基頻?,一,。,而嶺。9!、一如圖:所立示圖0:不同值的弦振動弦振動就相當(dāng)于無窮多個諧振子的振動,由于波動性和粒子性都是粒子的特性,兩者是等價,,的因而弦的每一種振動模式都對應(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)量是由振動頻率決定的而諧振子振動模式頻率由弦勻?知8張力>決定,,早期的弦理論認(rèn)為時空是??維的真實(shí)物理世界時空是四維的因此令人難以置,后來引進(jìn)超對稱、使時空成為,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超對稱超空間是一種抽象的幾何空間,一半是普通時空,另一半是廣義的內(nèi)部時空,是八維時,,空超對稱是從通常時空轉(zhuǎn)動或變換到內(nèi)部時空時的不變性是給費(fèi)米子和玻色子兩類不同粒子聯(lián)系起來的一種對稱性55使每個已知費(fèi)米子都有對應(yīng)的玻色子每個已知的玻色子都有對應(yīng)的費(fèi)米子5即每種粒子都有其超對稱伴侶,如對自旋為9的引力子實(shí)施一個超,就得到自旋:Κ9的5下面給出由超對稱理論所設(shè)想的粒子表5對稱操作粒子表,由超對稱理論設(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)對定域超對稱理論引進(jìn)自旋為:Κ9的規(guī)范超場時為了使理論具有超對稱性,就必須引進(jìn)一個無質(zhì)量的,自旋為9的場,這正是引力場5可見,定域超對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)起來由于超對稱能自然描述引力,于是人們放棄用弦理論來解釋強(qiáng)力,而試圖用它首先來描述引力,5超對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算超弦理論中引力的量子效應(yīng)時,不再出現(xiàn)發(fā)散5這說明超弦理論使引力與量子理論協(xié)調(diào)起來5,由于超弦理論解
7、決了引力的量子化這個困難問題從而近年來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、、振動每一種振動模式可以看成一類粒子輕子夸克引力子等只是振動模式不同而已,而以弦上所帶的電荷,弱荷和色荷等各種荷來區(qū)分不同的粒5子:59超弦理論對時空維數(shù)的限制我們生活的時空是四維的,一維時間,三維空間5以往的牛頓力學(xué)、電動力學(xué)、廣義相對論和量子場論可在四維時空,也可在任意維時空寫出它們的公式,但超弦理論卻不,,,同理論的自洽性要求時空是7維的也即只
