20世纪物理学各个分支发展概况.docx
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20世纪物理学各个分支发展概况
20世纪转折时的统计物理学
引言
统计力学是物理学的一个分支,它把原子尺度(埃的尺度)的物理性质与宏观尺度的物理性质,以及所有有关的介观与宏观现象联系起来。
如果知道了原子之间的相互作用力,要计算所有感兴趣的宏观物理量,就需要处理涉及大数量的相互作用的问题(须知凝聚体每立方厘米所包含的原子数目量级达到1022)。
倘若这一任务能够完成,我们不仅理解了热力学的原理,而且具备了应用于许多其他领域,如工程、材料科学以及物理化学等的理论基础。
上面所勾画的统计物理学的概念已有一百多年历史了。
它可以追溯到19与20世纪转折时期的玻尔兹曼,吉布斯以及许多其他现代物理学家的贡献。
在一百年以后的今天,我们要问:
统计力学这一物理学分支的现状怎样?
标志其发展的里程碑是什么?
哪些基本问题尚未解决?
未来几十年的发展重点会是什么?
等等。
统计力学基础问题
人们或许会感到惊讶,统计力学最基本的基础仍然是一个活跃的研究领域。
让我们简单地概述一下这些问题。
我们知道,在基本粒子和原子尺度描述系统随时间演化的基本方程已是熟知的了。
我们还知道,在经典极限情况下,量子力学的运动方程还原为经典力学的牛顿方程,它们描述系统的态随时间的演化。
因此,很自然的是把宏观系统(假定处于热平衡态)的任何可观察量看成是相应的微观量沿着相空间中系统的相轨道的时间平均(在经典统计力学中,N个原子的相空间是由所有粒子的坐标和动量构成的6N维空间)。
根据统计力学的遍历性假设,上述的时间平均可以代之以适当的统计系综(描述代表点在相空间的几率分布)的平均。
例如,完全与其环境隔绝的孤立系统的能量是守恒的,因此系统的相轨道必定落在相空间的能量超曲面上。
按照统计力学的微正则系综,在此能量超曲面上的所有区域是等几率的。
由此可以建立统计力学定义的摘,并由情极大原理导出相应的可观察量的系综平均值。
当然,沿相轨道的时间平均与在能量超曲面上的系综平均的等价性,是高度非平庸的。
因为它意味着能量超曲面上的相轨道是充分的混饨,以致于它能在足够短的时间内(译者注:
指宏观短但微观长的时间)充分接近超曲面上的任意点。
要使这些条件(这里只能非常粗略地叙述)尽可能精确地实现,并认识到系统的哪些性质保证了遍历性假设得以满足,以及对少数几个相当特殊的反例,为什么遍历性假设不满足,这些都是长期以来具有挑战性的问题。
与此相关的另一个问题是不可逆性。
热力学第二定律告诉我们,如果孤立系不处于平衡态,它的嫡随时间的变化总是增加的,绝不会减少(除了统计涨落外,而后者在热力学极限下绝对可以忽略)。
那么要问:
如何能从完全时间可逆的经典力学的牛顿运动方程推导出热力学第二定律呢?
上述两个问题,遍历性与不可逆性,都是很难回答的,其阐述需要用相当复杂的数学语言,这里不准备叙述。
但我们想强调,对这两个问题的认识,很多得益于对经典力学中非线性问题和非线性动力学,以及混饨运动科学的细致深入的研究。
有关的进展已被记载在玻尔兹曼奖获得者的工作中,如鲁勒(D.Ruelle,1986),席耐(Y.Sinai,1986),和利玻威芝(J.L.Lebowitz,1992)。
不过仍然存在相互矛盾的观点。
1998年在巴黎举行的上一届统计物理会议中,关于不可逆性的争论就是一个明证。
毫无疑问,这种情况在未来几十年还会持续。
我们还想强调,这些有争议的问题主要涉及的是基本原理,而与解决实际问题(包括不可逆现象)的具体计算没有什么关系。
事实上,对偏离平衡态很小的现象可以很方便地用线性响应理论处理,久保亮武(R.Kubo)因这方面的贡献而获得1977年玻尔兹曼奖,以后该理论还有许多进一步的发展。
然而,远离热平衡态的现象仍提出了许多重要的、涉及对统计物理基本认识的问题,下面还会再谈到。
临界现象理论
当我们处理平衡态统计力学问题时,各种统计系综(微正则、正则、巨正则)原则上均可提供描述原子及它们的相互作用的微观哈密顿量与平衡态物质的宏观性质之间的精确联系。
然而要实际完成这一计算,只能对相当简单的系统(理想气体,稀溶液,谐振子集合,以及能用它们描述的系统,如低温下的晶体,理想顺磁体,等等)。
这些都已成为各种统计力学标准教科书中广泛叙述的内容。
而所有其他的系统,仍然是活跃的研究课题。
熟知的一个例子是经历气-液凝聚的稠密流体:
虽然早在一百年前就可以用范德瓦尔斯理论定性描述,但该理论却不能正确描述临界点邻域的行为(例如,我们知道序参量的临界指数是b=0.325,而不是如该理论所预言的b=l/2),这一点五十多年前已从实验上知道了,但定量精确描述气一液相变的临界行为的理论直到60年代才出现。
理论进展中非常重要的一步是对临界现象一些普遍性质的认识,它们包括:
(l)趋近临界点时,序参量(上例中为液、气密度之差)可任意地小,然而自由能却不能按朗道理论所假定的那样展成泰勒级数,为什么会这样?
(2)各种物理量的临界奇异性是如何相互联系的?
什么是表征临界指数相互关系的标度律?
(3)如何理解临界现象的普适性的物理基础?
例如,为什么气-液临界点的临界指数与二元混合流体,各向异性磁体,以及某些二元合金(如p铜)的有序一无序转变的临界指数相同?
在过去40年中,统计物理理论最大的成功之一就是临界现象的上述问题得到了阐明。
为此,玻尔兹曼奖颁发给了费希尔(M.E.Fisher,1983)、卡达诺夫(L.Kadanoff,1989)与威多姆(B.Widom,1988),以表彰他们在发展标度律和普适性等方面所做出的特殊贡献。
尤其重要的成就是重正化群理论的建立,威尔逊(K.Wilson)因在这方面开拓性的工作而获得1977年玻尔兹曼奖与1982年诺贝尔物理奖。
重正化群理论使我们能够理解哪些性质决定了普适类,临界指数及相关的普适量(如标度函数与普适的振幅比)究竟与哪些性质有关,与哪些性质无关。
数值方法
必须强调,除了相当简单的“球模型”可以在任意空间维数严格求解外,我们还不知道有任何其他模型可以在三维空间严格求解,并具有临界点。
因此,为了研究三维空间的临界现象与相图,发展数值方法非常有价值。
例如蒙特卡罗方法(Metropolis等,1953年)以及分子动力学摸拟方法(用高速计算机解牛顿运动方法)。
这些方法仅在最近几十年才变成统计力学的最重要的工具之一,虽然用计算机模拟获得的某些重要发现(例如硬球系统的固一液相变)要更早一些。
值得注意的是,尽管重正化群方法可以精确计算临界指数等普适量,但该方法不能预言非普适量,如临界温度和流体的临界密度,或临界振幅的绝对大小。
现在这些任务可以用蒙特卡罗方法,借助于对有限大小的系统的计算机模拟结果的恰当的分析,并根据有限大小标度理论得出的适当的参数作为输入,而满意地解决。
(要知道在实际数值模拟中,N不是 1022,而量级仅为102~108。
因此用N的变化作为一个控制参数是最有用的)。
一方面,由于计算机模拟能以相当直接的方式实现统计力学的许多概念(如加上或除去各种微扰的线性响应概念,以及对大系统中一些小的子系统的分析);另一方面,不像30年前,今天每位科学家的办公桌上就有计算机,因此近年来计算机模拟已成为解决统计力学任务的一种标准工具,而且还远未被充分开发。
显然,计算机模拟方法将继续得到广泛应用。
但是另一点也很清楚,要使计算机模拟的潜力充分发挥,必须注意它与解析方法及实验方法的相互影响;还须注意,分子动力学方法和蒙特卡罗方法本身都有一些重要问题没有解决。
无论是它们处理经典统计力学的原来的形式,或是推广以处理量子统计力学,有时会遇到严重的困难。
例如,当我们试图推广量子蒙特卡罗方法去处理费米子自由度时遇到的著名的“负符号问题”的困难。
如果这一领域能得到突破,用数值方法处理统计力学将在低温凝聚物质系统得到广泛的应用(如磁性,超导体,半导体,金属-绝缘体转变等)。
有序化与相变的新类型
有一个相变的分支迄今还没有得到很好的理解,它涉及淬致无序效应。
虽然复本方法(replicamethod)对研究某些问题是有用的工具,爱德华兹(S.Edwards)因这方面的贡献而获得1995年玻尔兹曼奖,但许多问题仍未解决。
著名的例子包括具有无规场作用的伊辛模型,或具有正负符号相互竞争的随机键的伊辛模型(即所谓“自旋玻璃”)。
过去30年中,在这些系统中已发现了性质上不同的新的有序化与相变类型。
尽管平均场理论对伊辛铁磁体是平庸的,但它却是处理伊辛自旋玻璃的有力工具。
帕里西(Parisi)因这方面的贡献获1992年玻尔兹曼奖。
不过三维伊辛自旋玻璃的“玻璃转变”点以及低温相的性质至今仍有争议。
此外,我们也还不了解自旋玻璃与“普通”玻璃转变(即从过冷流体到非晶态固体)有多少共同之处。
了解玻璃转变无疑是当代凝聚态物理学中面临的重大挑战之一。
现在,这方面已引起了人们很大的关注,并将在未来几十年中继续成为统计力学的基本研究课题之一。
与上述同样状况的是表面与界面现象的研究。
虽然早在200年前就有了用杨氏方程确定液滴与固体表面的接触角,以描述与饱和气体相接触的固体表面“润湿”或“非润湿”的概念。
但直到1977年才建立了对这两种状态之间的润湿相变的概念的理论表述。
润湿现象及其相关的问题(如多层吸附,界面粗糙化及表面张力波,临界吸附及表面临界现象,晶体的小面化转变,表面熔化以及其他类型的表面诱发的有序-无序转变等),是十分活跃的研究领域,还远远没有被充分地探索。
软凝聚物质
关于平衡态统计力学,我们想在这里强调的最后一个题目是“软凝聚物质”,它包括许许多多不同的系统,最突出的有液晶,高分子溶液与熔体,橡胶,高分子乳胶,气-液界面的肥皂分子以及与之相关的由类脂分子形成的朗缨尔薄膜,生物膜及由它们形成的超分子结构等。
50年前,这些都被认为是化学研究的课题,早期的理论成就还被授予了诺贝尔化学奖,如1974年弗洛里(P.J.Flory)因研究高分子而得奖,但现在已形成统计物理很大的一个研究领域。
特别是通过德让纳(deGennes)开拓性的工作(获1991
年诺贝尔物理奖),他证明了研究临界现象所发展的理论(标度理论与重正化群)在这一领域是多么有用,并解决了一些长期悬而未决的问题,如良溶剂中长柔性巨分子端到端距离所遵从的规律。
软凝聚物质中的相变与统计物理学中的相变存在多方面的联系。
例如溶液-凝胶转变可以联系到逾渗问题,即用导电或绝缘的线段随机放置在点阵上,问什么条件下点阵网络出现宏观导电性。
又例如高分子乳胶或嵌段共聚物熔体的中间相,它们与简单固体中的有序结构具有惊人的相似性,但前者更容易用统计力学解析方法求解。
这是因为它们所涉及的长度尺度很大,可以用“平均场”类型的理论更准确地描述。
毫无疑问,这一领域是统计力学中发展最快的研究领域之一,并有特别高的“回报”,因为经常会发现这一领域与其他问题之间存在极有趣的联系:
例如,“蛋白质折叠”与“玻璃转变”之间存在联系,二者的相空间中都具有复杂的“能景”(“energylandscape”)。
软凝聚物质还可以用非平衡统计力学最有效地加以研究。
由于过程进行得比较慢,且发生在更长的空间尺度,因而比较容易用实验方法加以研究。
例如对“失稳分解”过程,即二元混合物在其不稳定区通过自发浓度涨落而引起的离析过程,可以通过高分子混合物充分地加以研究。
非平衡问题
毫无疑问,非平衡统计力学是一个非常重要的、并日益活跃的分支领域。
在讨论遍历性时我们曾提到“非线性动力学”,它推动了对湍流初现及流体动力学斑图(pattern)形成等的研究。
虽然本世纪中已开始研究完全发展的湍流的标度性质,但仅在最近30年,非平衡凝聚物质中斑图形成的物理规律才成为研究焦点,包括流体动力学的经典问题[如瑞利一贝纳尔(Rayleigh-Benard)对流],以及其他一些问题,如技状凝固,粘性指进,共晶结晶以及表面上生成的前分界面等,所有这些显然有重要的技术应用,如有助于了解金相微结构。
我们知道,平衡态问题可以用自由能函数的极小来表述,但远离平衡现象不存在这样统一的原理,而必须解动力学方程。
如为了描述化学反应中的螺旋波等斑图,需解反应扩散方程。
为了描述瑞利书纳尔圈等流体动力学斑图,需解纳维-斯托克斯(Navier-stokes)方程,或其简化形式,如振幅方程,后者与描述临界涨落动力学及相分离系统中的浓度涨落动力学的朗道一金兹堡方程类似。
对某些系统,如受驱颗粒物质,建立适当的唯象方程仍是未解决的问题。
目前我们有关颗粒介质的斑图的知识仍然来源于计算机模
拟。
当然,所有这些流动现象的研究都有重要的工业应用。
尽管统计力学的某些应用是非常明显的,如工程师应用平衡态物态方程处理热力学过程,但是也有一些应用是事先并未预料到的“副产品”。
例如对自旋玻璃的研究导致模拟退火的概念,它已成为优化问题的公认的原则。
自旋玻璃的研究还促进了神经网络的发展,后者也有许多实际应用。
目前,随机过程[从无规行走到利维(Levy)飞行]理论几乎都已得到应用,从生物学到股票市场分析,这许多看起来十分不同领域的相似性,难道仅仅是引起我们的好奇,而不值得探索其背后的本质吗?
未来的发展趋势
总的来说,对大多数研究者而言,统计物理这一领域具有巨大的潜力,还远远没有被完全发挥,这是十分明显的。
统计物理必将在越来越多的科学领域中得到应用。
以前是化学家而不是物理学家研究的“软凝聚物质”就是一个很好的例子。
此外,统计物理学还经常使不同物理学领域之间联系起来,例如格点规范理论作为处理量子色动力学的一种方法,形式上与统计物理的配分函数的路径积分表述相似,它已在基本粒子理论与天体物理学,特别是早期宇宙的理论以及夸克-胶子等离子体相变中得到应用。
对于统计物理学的研究者,未来几十年究竟应考虑哪些研究课题,我们不打算作任何特定的预言。
不过有一点可以肯定,这些课题必定是十分多样化的,从凝聚态物理到物理化学,从各种技术应用中提出的问题(如模拟交通流程)到生物学与经济学,等等。
我们预期,由于解析方法与计算机模拟方法之间的相互影响还远远没有弄清楚,从方法论的角度去研究它们仍将继续成为一个主导的方面。
新千年中的宇宙线物理学
历史回顾
宇宙线的研究始于20世纪初,它是为探索当时普遍用于放射性测量仪器的静电计出现的本底漏电之谜而发展起来的。
正如物理学中常见的,由于人们对某种无法解释的本底进行仔细观测而导致惊人的发现一样,地球不断地被来自天外的高能粒子撞击,这些粒子就是宇宙线。
早年的研究兴趣,大多集中在这些粒子来自何方,以及它们在大气层中引发的种种现象。
这些科学兴趣使研究发展为实验粒子物理学和高能物理学。
但是,大约从20世纪中叶开始,这类研究几乎全部都被新的地面上的粒子加速器所替代,因为加速器的粒子束可以精密控制,靶的制备又十分完善。
然而,正电子、μ子、π介子和其他几种介子,还有最初发现的奇异粒子,都是在加速器上产生这些粒子前由宇宙线实验发现的。
甚至像1972年集粒子存在的证据,最初也是在宇宙线实验中发现的。
科学家们有从实验粒子物理学向宇宙线物理学,或是现在常说的天体粒子物理学倒退的趋向。
这是本世纪最后几十年出现的一个明显的特点。
这种倒退的趋势是由多种原因造成的。
的确,寻找质子衰变现象诱发了投资建造许多大型地下探测器是其原因之一。
虽然至今无人直接记录到一个衰变质子,但从大麦哲伦星云超新星爆发(Supernova1987A)中至少观测到两次中微子爆发。
另一个原因是发现能发射非常高能量γ射线(或其他中性粒子)点源的可能性。
这种重新把宇宙线作为天体物理学现象来研究的兴趣,现在已发展成一门可能称之谓粒子天文学的学科。
这还不是一个有精确定义的名称,但是与经典的天文学作了一个有用的区别。
经典的天文学(光学的、无线电的、红外的、X射线的)都是利用了光子的波动性质,即可以聚集、衍射、反射或把信号集中到探测器上的特性。
与此相反,带电粒子研究,高能Y射线天文学和中微子天文学,全部利用了粒子物理学和能形象地记录粒子的运动方向和能量的技术。
但是,X射线天文学的前身也来自宇宙线家族,这个领域一直与宇宙线物理学保持着密切联系。
利用太阳和日冕作为对宇宙线物理学基本过程进行小规模观测的实验室一直是一个不断进行的研究课题。
空间实验可以直接观察太阳风中动力学结构与宇宙线之间的相互作用,特别是当太阳风打在物体上形成的无碰撞等离子体激波。
这种现象给爆发时费米加速理论提供了实验基础。
这种过程正是现在看作天体物理学系统那样广大的范围内宇宙线形成的主要过程。
同样,长期对太阳起伏的研究可以对宇宙线传输理论的修正提供观测数据。
几项新成就
日冕的结构与动力学
一颗名为Ulysses的人造卫星,发射轨道偏离黄道平面并飞过太阳两极上空,它的任务是对太阳风等离子体和日冕的三维结构进行实地观察。
如果我们要在地面或地面附近观察从星系源射来的宇宙线,那么这区域就是这些宇宙线必须通过的局部环境。
所谓的反常宇宙线的发现,给该区域星际物质提供了直接的研究样品。
这些宇宙线是扫过太阳系附近,被日冕内层剥离掉电子的中性原子的原子核,它们在日冕边缘激波处的太阳风中被加速。
由于这个过程的各阶段都能相当详细地观察到,这些资料给我们了解更远的有相似过程的宇宙线源提供了依据。
1997年高新太阳风成分探测器(AdvancedCompositionExplorer)发射的另一个任务是送回有关太阳风的成分、太阳高能粒子、太阳磁场和日地间环境等的数据,也要测量星系宇宙线中的原子核。
它可利用其有利的条件,在地面以上百万英里远的太阳风中对太阳活动作实时监测。
从星系宇宙线中测到的镍和钻原子核发现,它们各自的核合成与被加速之间有一个相当长的时间差(大于10万年)。
这说明宇宙线相对来说是由古老的物质加速而成的,不是超新星爆发刚喷发的。
中微子质量
近十年内物理学的最值得称道的新成果可能要算中微子振荡的发现。
而它的有力的证据绝大部分是日本神冈的超神冈研究集团(Super-KamiokadeCollaboration)提供的。
这个实验是在日本神冈的一个很深的锌矿中进行的,用了5万吨纯净水、卫1000多个(直径50厘米)的大型光电倍增管。
这种光电倍增管是早年观测到SN1987A超新星中微子爆发所用的探测器的后代。
宇宙线在大气层中发生核相互作用产生的中微子在这些探测器中引起的相互作用,最初是当作质子衰变本底来研究的。
由于探测到的中微子束遍
及大批的中微子径迹长度,包括大约从探测器上面15000米直接产生的中微子到从下面穿过地球大于1000万米到达探测器的中微子,这样的实验对发展探索中微子振荡很有意义。
中微子振荡(如在电子中微子和卜子中微子之间,或μ子中微子和T子中微子之间,或某些组合)只有在中微子具有有效质量的条件下才能发生。
一些决定组合程度和中微子质量大小的参数可能是搞清楚基本粒子质量来源的关键。
因此,可以想像这些结果的重要性。
弄明白中微子振荡的这一证据与其他的振荡征兆(特别是太阳中微子丢失)的一致性,是当前基本粒子理论工作的一个主要焦点。
开劈TeV天体物理学研究的窗口
三十多年前,J.Jelley首先在地平面上测到能量在ITeV左右的粒子与高层大气相互作用产生的切连科夫辐射的闪光。
这就意味着从地面上研究TeV能量的y射线天文学是可能的。
然而,由于宇宙线带电粒子产生的大量本底闪光的干扰,使这种方法实际上没有某种附加的鉴别措施还是无法实现的。
最近十年来由于在切连科夫望远镜上引用了精确成象系统(sophisticatedimagingsysterns),使这项实验技术出现了重大的突破,它在降低本底上改进如此之大,只要用Whipple望远镜,在TeV能量范围真正地实测天文学现在也成为可能了。
开辟一个新的观察窗口,和往常一样,会偶然发现某些未知的现象。
这里,Whipple和相继出现的某些研究集体,发现了两个密近的布拉札星体(Blazar)有很强的快速变化的发射。
这些星体是河外星系天体,它们具有发射物质的核(向着一个中心是质量特别巨大的黑洞吸积而发射增强)。
我们也会偶然在这些中心处看到几乎沿着核发射物质形成的相对论性喷发的轴发射的情况。
爆发时,这些核在TeV能区发射的功率超过了其他所有波长的发射功率!
这些观测把研究范围集中在星系间的红外本底辐射和有关量子引
力效应可能对高能光子的传播产生的影响上。
除了河外星系的发射源外,还有几个银河星系发射源已被探测到,其中包括最早由Whipple集团用他们的成象技术测到而公布的蟹状星云。
也曾从一个贝壳形超新星的遗迹(SN1006)边缘处探测到TeV能量的发射,这与电子被加速到100TeV量级的能量是一致的。
原则上讲,通过中性。
介子的产生和随后的衰变过程,也应能探测到超新星遗迹中高能质子的存在,这些超新星遗迹正如大家公认的,是星系中产生大量宇宙线的源。
能量特别大的粒子存在吗?
1965年发现了宇宙大爆炸引起的微波背景辐射后不久,美国的Greisen、俄国的Zatsepin和Kuzmin分别独立地提出,能量大于1020eV的质子与微波背景辐射可以发生相互作用,通过光子-π介子反应,并在5个百万秒差距量级长度上丢掉能量。
这长度在宇宙学范围只是相当短的距离。
这就可以认为超高能宇宙线能谱在此将出现中断。
然而现在看来,这显然也不正确。
Arrays在美国和日本都已探测到少量的粒子,其能量明显超过了1020eV。
对高能粒子来说,用“常规”发射源来构建可行的模型是有不可克服的困难的。
从此引发出了大批关于可能的新物理学的构想。
当然,这还需要更多的数据来验证,但这样能量的粒子只有每一百年每平方公里一粒的流量!
对未来的展望
空间粒子探测器
一个磁谱仪(AMS)已在穿梭飞行的航天飞机上进行测试,并将计划安放在筹建中的空间站上接收粒子。
重点是寻找反物质和测量宇宙线中的反质子,随后还要用气球上的探测器进行系列的不间断测量。
星际介质中,高能宇宙线产生的反质子是探索宇宙线传播的有力工具。
宇宙间暗物质湮灭,也可能形成更奇特的成分。
直接研究能量大于1014eV宇宙线原子核的组成,是一个重要挑战性的课题,通常的加速模型(基于超新星遗迹中激波加速)已不能用了。
研究此项目的空间计划正在进行之中。
对最高能量宇宙线粒子的探索
我们的一个非常重要的任务是扩大我们对最高能量宇宙线的知识,是要在覆盖较大天空范围内获得一组能量超过1020eV,能用作统计的事例。
为此目的Auger课题的任务是建造两组非常巨大的探测器组,其中一组放在北半球,另一组放在南半球。
有人提出一种新奇的设想,就是从空间合适的观测点对大气层中高能宇宙线粒子产生的大范围大气簇射形成的荧光,进行成象和观测。
有几个建议已经发表了,这些建议用上了自适应光学。
计算功能、图象识别和信号处理等领域不断发展的新成果,可以想像,这定是新千年的一项激动人心的、具有挑战性的科研项目。
下一代的γ射线天文学
TeVγ射线天文学成象技术的成功,引发了许多关于建造天义学的这个分支的新的观察仪器的建议。
例如建议在美国和纳米比亚建造巨大的新“望远镜”,定能使观测覆盖南、北天空。
另外,还有一些更大胆的建议,要促使这种技术也能用于较低能阈。
在GeV能区与新的TeV能区窗口之间,有一个寻常空间Y射线观测方法无法使用的空隙,填补这个空隙就成了Y射线天文学的一项十分重要的任务。
建造大范围空间y射线望远镜(GLAST)正将用于此项目的。
它是一个需要许多高能物理学家和空间科学家合作才能完成的研究项目。
另一种激动人心的研究,是要利用这些新仪器用来发现高能y射线径迹的可能性。
河外星系的转动曲线表示,在星系体的晕中应有大量和我们知道的物质一样的暗物质存在。
有一种可能的情况是,这种物质是以十分奇特、很重的中性微粒子“neutralinos”(中性χ粒子)的形式存在,是加速器实验中至今尚未发现的(虽然加速器实验数据已有间接暗示,似乎存在着这种奇特的粒子)。
湮灭通道可包括高能γ射线或粒子的喷发,这将产生过多的反质子或高能中微子。
因为在地球或太阳的核心处,中性χ粒子(neutralinos)会被俘获而集中,从而造成中微子产生的反应事例过多。
一门新的天文学
在天体物理学领域内,不论在什么地方,高能质子发生相
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- 20 世纪 物理学 各个 分支 发展 概况