核與粒子的基本特性

1、核與粒子的基本特性第1頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.1微觀,相對(duì)論和多自由度系統(tǒng)微觀尺度量子力學(xué)高能量相對(duì)論力學(xué)粒子產(chǎn)生和湮滅量子場(chǎng)論第2頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四微觀尺度量子力學(xué)10-10mAtom10-14mNucleus10-15mNucleon10-18mquarkWave-Particle DualityD/mc第3頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四Schdinger-方程Klein-Gordon-方程Dirac-方程非相對(duì)論相對(duì)論；時(shí)空非對(duì)稱時(shí)空對(duì)稱；狄喇克方程，自旋自由度的引入（波函數(shù)由單分量到多分

2、量）E=p2/2mEi/t, p-i/rE2=p2+m2E=(p2+m2)1/2第4頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.1.2 高能量相對(duì)論力學(xué)相對(duì)論粒子Lorentz-變換不變性必須滿足NucleusParticlesQ+L對(duì)于粒子： 第5頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四粒子產(chǎn)生和湮滅量子場(chǎng)論*K-G方程和狄喇克方程是單粒子的波動(dòng)方程， 1934年，Pauli和Weisskopf 賦于新的解釋： 它們和麥克斯韋方程一樣是場(chǎng)方程： K-G 是描述自旋為 的標(biāo)量場(chǎng)方程 Dirac-是描述自旋為 的旋量場(chǎng)方程 Maxwell-是描述自旋為 的矢量場(chǎng)方

3、程*粒子是相應(yīng)的場(chǎng)的一種激發(fā)態(tài)，反粒子是相應(yīng)的復(fù)共軛場(chǎng)的一種激發(fā)態(tài)。不同的場(chǎng)（復(fù)共軛場(chǎng)）的激發(fā)態(tài)代表不同數(shù)目的粒子（反粒子）態(tài)；場(chǎng)（復(fù)共軛場(chǎng)）由激發(fā)態(tài)變到基態(tài)表示相應(yīng)粒子（反粒子）消滅（湮滅），場(chǎng)（復(fù)共軛場(chǎng)）由基態(tài)變到激發(fā)態(tài)表示相應(yīng)粒子（反粒子）產(chǎn)生*場(chǎng)論的真空充滿了各種粒子（反粒子）場(chǎng)（復(fù)共軛場(chǎng)）的基態(tài)第6頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.2自然單位制2.2.1 基本常數(shù):用千克.米.秒.安培制,第7頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四粒子物理中的很多重要的物理量都可以用上述的基本常數(shù)表示: 電磁耦合常數(shù), Thomson截面, Beta衰變常數(shù)

4、, 第8頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四質(zhì)量為m的粒子的Compton波長(zhǎng),能級(jí)寬度為 的壽命,相對(duì)論的質(zhì)能關(guān)系,第9頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四第10頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.2.2 自然單位制 1, 定義:對(duì)應(yīng)的單位制稱為自然單位制. 在該單位制中第11頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四第12頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2, 物理量的量綱分析 即用自由度為2的粒子的動(dòng)能來(lái)量溫度 即用能級(jí)寬度為6.582x10-22MeV 態(tài)的壽命=1秒來(lái)量時(shí)間第13頁(yè)，共

5、72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四 即用動(dòng)量為eV(MeV)的粒子的波長(zhǎng)來(lái)量距離. 或者,用光傳播的距離來(lái)量時(shí)間.第14頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四3, 關(guān)于電荷的量綱. 電荷是電磁作用的源，是電磁作用強(qiáng)弱的一個(gè)度量，粒子或者粒子系統(tǒng)所帶的電荷均是基本電量的一個(gè)倍數(shù)。討論一個(gè)質(zhì)量為m、帶有一個(gè)基本電荷的粒子，在一個(gè)具有無(wú)限大質(zhì)量的單位點(diǎn)電荷的庫(kù)侖場(chǎng)中,當(dāng)粒子和單點(diǎn)電荷距離為粒子的康普頓波長(zhǎng)時(shí)，其庫(kù)侖能和粒子的靜止能量比為一個(gè)普適常數(shù)，與粒子的質(zhì)量無(wú)關(guān)，這個(gè)參數(shù)正是電磁相互作用的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)：第15頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期

6、四 是一個(gè)無(wú)量綱的量或者說(shuō)其量綱為 。 因此用它來(lái)定義基本電荷是方便的。 在自然單位制中，按上式的約定，電荷是一個(gè)無(wú)量綱量或者說(shuō)電荷的量綱為 mxZ,AAmpmx奇特原子K=(mxZ22)a0=x(Z)-1V=Ze-Ca -Ca -Ca(keV)10-10(m)c5 1000 1370 .025 110-4 910-5 0.15c第16頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四4, 自然單位與標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際單位的換算表 在自然單位制中,一些重要的物理量的量綱均為MeV的冪次第17頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.3 核與粒子的質(zhì)量質(zhì)量是引力相互作用的荷。由于在

7、亞原子世界中，引力是可以略去不計(jì)的，質(zhì)量的更重要的含意是它表示粒子的潛在能量。一個(gè)具有質(zhì)量為 (這里均指靜止質(zhì)量)的粒子，表明它具有能量 或者 。在自然單位制中，粒子的靜止質(zhì)量(MeV)就是它的靜止能量。運(yùn)動(dòng)的自由粒子,具有總能量E動(dòng)量 ，存在一個(gè)Lorentz不變量， 是自由粒子的靜止質(zhì)量 第18頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四穩(wěn)定粒子和不穩(wěn)定粒子的質(zhì)量 薛定諤方程:系統(tǒng)的哈密頓量 , 粒子的狀態(tài)波函數(shù)求解方程得 ,粒 子只能處于能量狀態(tài)為 的一些分立的態(tài) 為粒子態(tài) n 的質(zhì)量第19頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四在時(shí)刻t，空間位置x發(fā)現(xiàn)狀態(tài)

8、n 的幾率為: 與在t = 0 時(shí)刻在空間點(diǎn) x 發(fā)現(xiàn)該狀態(tài)的幾率一樣。由這種態(tài)構(gòu)成的一群全同的粒子，假定在t = 0時(shí)刻有N0個(gè)粒子，即在t時(shí)刻，其總的粒子數(shù)仍然不變，即： N(t)= N0 為描述不穩(wěn)定粒子或核素的衰變規(guī)律 , 將定態(tài)的波函數(shù)(2.16)中 寫(xiě)成 ,復(fù)數(shù). 具有與 相同的量綱。這時(shí)，系統(tǒng)態(tài)的波函數(shù)變成： 各粒子是獨(dú)立無(wú)關(guān)的第20頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四在t時(shí)刻，在空間處發(fā)現(xiàn)該狀態(tài)存在的幾率為：與在t = 0 時(shí)刻在空間點(diǎn) x 發(fā)現(xiàn)該狀態(tài)的幾率相差一個(gè)指數(shù)衰減因子。由這種態(tài)構(gòu)成的一群全同的粒子，假定在t = 0時(shí)刻有N0個(gè)粒子，即在t時(shí)刻，其總

9、的粒子數(shù) 隨時(shí)間按時(shí)間常數(shù) 自然指數(shù)衰減，即：各粒子衰變與否是獨(dú)立的！第21頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四非定態(tài)波函數(shù)(2.19)描述不穩(wěn)定粒子的衰變.比較(2.18)與(2.21), 我們來(lái)考察非定態(tài)波函數(shù)式(2.19)的物理意義: 將式(2.19)按傅立葉展開(kāi),第22頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四上式代表在態(tài)(2.19)式中，具有能量為E的幾率振幅.其幾率 為 : 由規(guī)一化條件 求出不穩(wěn)定粒子態(tài)的質(zhì)量分布服從上面的Breit-Wigner 分布第23頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四Breit-Wigner 分布分布

10、中心值 定義為粒子態(tài)的質(zhì)量,FWHM 為粒子的衰變寬度穩(wěn)定粒子有確定的質(zhì)量；不穩(wěn)定粒子質(zhì)量是不確定的E0圖2.01第24頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四不穩(wěn)定粒子舉例, 第25頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四質(zhì)量測(cè)量1 穩(wěn)定粒子質(zhì)量, # 電子質(zhì)量的精密測(cè)量:圖2.02第26頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四#奇特原子的特征X-射線的能量求粒子的質(zhì)量 奇特(exotic)原子的特征射線能量的精確測(cè)定以及對(duì)奇特原子光譜項(xiàng)的各種修正和計(jì)算（特別是原子核的有限尺寸對(duì)光譜項(xiàng)的修正）從而精確給出 粒子的質(zhì)量。奇特原子的軌道半徑和光譜項(xiàng)

11、為, 上式表明,奇特原子的軌道半徑正比于被俘獲的質(zhì)量為 的粒子(藍(lán)色)的Compton波長(zhǎng) ,其結(jié)合能正比于 粒子的質(zhì)量 例如, -奇特原子的玻爾半徑約為相應(yīng)的普通原子的玻爾半徑的二百分之一,其特征射線的能量為相應(yīng)的普通原子的能量的二百倍(280倍). 理論上對(duì)奇特原子的原子核(黑色)的有限尺度的效應(yīng)做細(xì)致的修正,實(shí)驗(yàn)上精確測(cè)定該奇特原子的相應(yīng)的特征射線,從而經(jīng)確定出被俘獲的質(zhì)量 .第27頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四Jecklmann 發(fā)表了他們用 -奇特原子的特征X-射線方法測(cè)得的 - 介子的質(zhì)量 Phys. Letter B335(1994)326#通過(guò)粒子的產(chǎn)

12、生閾來(lái)確定粒子的質(zhì)量 粒子的湮滅和產(chǎn)生,是粒子相互作用過(guò)程的一種普遍現(xiàn)象.在滿足特定的守恒定律的條件下,過(guò)程以一定的概率(截面)發(fā)生.其中能量守恒是一個(gè)絕對(duì)要遵守的定律,例如 其產(chǎn)生截面為,第28頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四 只有當(dāng)初態(tài)正負(fù)電子攜帶得質(zhì)心系總能量W 等于或大于 2m , - 輕子對(duì)的產(chǎn)生截面由零起開(kāi)始增長(zhǎng)( 為 - 輕子的速度). 閾條件是,末態(tài)輻射修正+庫(kù)倫修正圖2.03產(chǎn)生截面隨能量變化按上面公式上述兩修正+初態(tài)輻射修正第29頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四實(shí)驗(yàn)上測(cè)定輕子質(zhì)量的關(guān)鍵是如何精確定出其生成的閾值Wth(e-e+

13、).BES發(fā)展了一種方法在產(chǎn)生閾附近(3552.83568MeV)的10個(gè)能量點(diǎn)對(duì)輕子對(duì)產(chǎn)生進(jìn)行掃描。采用最大似然擬合法，給出質(zhì)量的最好的測(cè)量值 第30頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2用共振態(tài)產(chǎn)生的激發(fā)曲線測(cè)定共振態(tài)的質(zhì)量和寬度:電弱理論:實(shí)驗(yàn):e-e+圖2.04第31頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四以 MZ 和 z為待定參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線擬合,給出傳遞弱中性流的中間玻色子的質(zhì)量和衰變寬度分別為: 第32頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四 3 重建粒子的衰變末態(tài)的不變質(zhì)量來(lái)測(cè)定粒子的質(zhì)量,通過(guò)反應(yīng),J-粒子衰變,能動(dòng)量守恒,J

14、-粒子的不變質(zhì)量,利用雙臂正負(fù)電子磁譜儀測(cè)量正負(fù)電子動(dòng)量及其夾角第33頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四目前大量 J/的數(shù)據(jù)給出的質(zhì)量和寬度為:S.Eidelman et.al, Phys.Letters B592 1(2004)譜儀的質(zhì)量分辨率和粒子的固有衰變寬度的說(shuō)明第34頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四圖2.05 J-粒子衰變的電子對(duì)不變質(zhì)量譜第35頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四4，核素的質(zhì)量BiiRAston質(zhì)譜儀第36頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四*核素的質(zhì)量Ma(Z,A)與核素的質(zhì)量差

15、額(Z,A)第37頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四第38頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四*結(jié)合能和平均結(jié)合能B(Z,A) MeV(Z,A) MeV2H2.2251.1133H8.4832.8274He28.2977.0736Li31.9955.3337Li39.2465.60712C92.1667.68116O122.8887.68190Kr773.1828.591143Ba1184.4588.283235U1824.8847.765236U1790.4967.587第39頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四*核能的釋放：輕核

16、（平均結(jié)合能小）聚合為中重核（平均結(jié)合能大）有核能釋放，稱為聚變核能。重核（平均結(jié)合能?。┝炎?yōu)橹兄睾耍ㄆ骄Y(jié)合能大）有核能釋放，稱為裂變核能。第40頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.4 核與粒子的自旋2.4.1 Stern-Gerlach實(shí)驗(yàn)和電子自旋 銀原子束在梯度磁場(chǎng)中的分裂(1922)圖2.06B/ ZZF= ZB/ Z銀原子的電子排列第41頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四電子自旋的經(jīng)典圖像,假定電子是個(gè)有一定尺度的自轉(zhuǎn)的磁陀螺 違背相對(duì)論基本原理.電子自旋是它在內(nèi)稟空間的一個(gè)自由度 圖2.07GoudsmitUhlenbeck第42頁(yè)

17、，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四光子的自旋電磁波理論光子理論微波馬達(dá)吸收能量和角動(dòng)量之比左圓偏右圓偏左螺度右螺度圖2.08第43頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.4.3 粒子自旋與它們服從的量子統(tǒng)計(jì) 自旋為1/2的粒子, 電子,質(zhì)子(p),中子(n),-輕子,-輕子, (中微子), -粒子, -粒子 自旋為3/2的粒子 -粒子, (1232). 自旋為0的粒子, -介子,(493). 自旋為1的粒子, -光子 -介子, -介子,-介子,J/ -介子. 自旋為2的介子, f(1270)等 整數(shù)自旋的粒子服從玻色愛(ài)因斯坦統(tǒng)計(jì)(B-E) 半數(shù)自旋的粒子

18、服從費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)(F-D)第44頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四 2.4.4 核素的自旋，核素是由A個(gè)自旋為1/2的核子組成的，有角動(dòng)量相加的規(guī)則可推斷：服從BA統(tǒng)計(jì)服從FD統(tǒng)計(jì)14N 14N15N 15N分子光譜表現(xiàn)出同位素（14N和15N）的依賴性第45頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四*鈉光譜的精細(xì)和超精細(xì)劈裂第46頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四*原子光譜的精細(xì)和超精細(xì)相互作用SLIj=S+LF=I + jj取值：1，=02, 0F取值：2j+1, j I2I+1, I j第47頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20

19、日，5點(diǎn)18分，星期四*根據(jù)超精細(xì)譜線的數(shù)目確定核自旋當(dāng) , F 的取值為2I+1,例如 243Am 的原子基態(tài)的自旋2I+1=6, I=5/2F7/2+IF7/2-I第48頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四*根據(jù)超精細(xì)譜線的強(qiáng)度比來(lái)確定核自旋非相對(duì)論微擾論黃金定律：R3/5I=3/2(Mif)3P1/23S1/2s sj I j第49頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.5 核與粒子的磁矩粒子磁矩的量度-磁子, 經(jīng)典電磁理論:定義 為單電荷的質(zhì)量為m的基本組分構(gòu)成的系統(tǒng)的基本磁子圖2.09第50頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期

20、四磁子具有磁矩的量綱,角動(dòng)量L是不帶量綱的分立的數(shù). 電子以及電子為基本組分的系統(tǒng)-玻爾磁子, 核子以及核子為基本組分的系統(tǒng)-核磁子, 以夸克為基本組分的系統(tǒng)(強(qiáng)子)的磁矩用夸克磁子組分夸克質(zhì)量電子質(zhì)量質(zhì)子質(zhì)量第51頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.5.2 粒子的內(nèi)稟磁矩,在微觀系統(tǒng)中粒子的自旋和粒子的軌道角動(dòng)量具有同樣的特性, 有這兩個(gè)自由度的帶電粒子將相應(yīng)產(chǎn)生粒子的內(nèi)稟和軌道磁矩.以系統(tǒng)的磁子為單位, 系統(tǒng)的內(nèi)稟和軌道以及系統(tǒng)的總磁矩分別為,g-因子稱為相應(yīng)的磁旋比.gL=1; gJ由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性(自旋軌道耦合等)確定; g s 由粒子的內(nèi)稟特性決定,對(duì)于無(wú)內(nèi)部

21、結(jié)構(gòu)的類點(diǎn)的帶電粒子(滿足最小電磁作用原理), 電子的狄拉克方程自然導(dǎo)出電子的自旋磁矩為一個(gè)玻爾磁子說(shuō)明電子的, 第52頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四原子核的磁矩和電四極矩。核素是由核子組成的，具有一定的電荷分布和磁矩分布。核素磁矩由中子、質(zhì)子的內(nèi)稟磁矩和質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)的軌道磁矩按一定的規(guī)則（核素的結(jié)構(gòu)模型）合成。gZA為核素（Z，A）的磁旋比，由核結(jié)構(gòu)模型計(jì)算得到，或者由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推出。核素磁矩與它的自旋 I 共線。自旋為零的核素，其磁矩為零。核素電四極矩由核素的電荷分布（質(zhì)子的分布）決定。具有球?qū)ΨQ電荷分布的核素只存在電單極矩，其它電多極矩均為零。核素態(tài)是有確定宇稱的，

22、所有的核素都不存在電偶極矩。電的2L極矩為L(zhǎng)階張量。L0，電單極矩（標(biāo)量）；L1，電偶極矩（矢量）；L2，電四極矩（二階張量）。在理論和實(shí)驗(yàn)可達(dá)的精度，目前只要計(jì)及核素的電四極矩就可以了。由經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，電四極矩算符為：第53頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四對(duì)電荷分布為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的均勻帶電體，只存在M0 的分量。caQ0Q0第54頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.5.4 粒子磁矩的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 實(shí)驗(yàn)上測(cè)定粒子的自旋磁矩是磁矩算符在自旋一個(gè)特定投影態(tài)(SZ=SZmax)的期望值磁共振原理共振條件圖2.10第55頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)

23、18分，星期四例如,在外加恒定磁場(chǎng)為1千高斯的條件下,調(diào)節(jié)激活電磁場(chǎng)的頻率,對(duì)于電子,質(zhì)子和中子它們的共振頻率分別為:電子磁共振、核磁共振技術(shù)在其他基礎(chǔ)學(xué)科的研究以及在工業(yè)、醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用*核素磁矩的數(shù)據(jù)粒子電子質(zhì)子中子共振頻率1.3996GHz4.2536MHz2.9119MHz第56頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.5.5 電子g-因子的精確測(cè)定g-因子和2的偏離和QED(后續(xù))圖2.11電子：g=2+2ae2.002319；質(zhì)子：gp=5.5854；中子gn=3.8322第57頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四2.6粒子的相互

24、作用相互作用的經(jīng)典描述荷,勢(shì)和場(chǎng)檢驗(yàn)荷在場(chǎng)中受力 長(zhǎng)程力長(zhǎng)程力短程力圖2.12（參見(jiàn)第四章）第58頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四作用荷之間的動(dòng)量交換圖2.13第59頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四相互作用的量子場(chǎng)論描述量子場(chǎng)論中粒子（反粒子）是用相應(yīng)的場(chǎng)（復(fù)共場(chǎng)）來(lái)描述。他們之間的相互作用是通過(guò)場(chǎng)來(lái)傳遞的。粒子之間的相互作用表現(xiàn)為粒子之間的散射、反應(yīng)和衰變12341234圖2.14第60頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四相互作用的量子場(chǎng)論圖像作用荷：g1 , g2 m(質(zhì)量)，引力荷Qe（電荷），電磁力荷cgc（色荷），強(qiáng)

25、作用荷gw（弱荷），弱作用荷傳播子：由作用荷產(chǎn)生的場(chǎng)的量子，圖中的虛線表示光子場(chǎng)膠子場(chǎng)W,Z場(chǎng)初態(tài)粒子1、2在某一時(shí)空區(qū)間交換傳播子 過(guò)渡到末態(tài)粒子3、4t1234g1g2初態(tài)末態(tài)圖2.15第61頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四動(dòng)量交換:圖2.16第62頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四*散射幅：設(shè)一個(gè)無(wú)限重的點(diǎn)荷g2 ,它在周圍空間產(chǎn)生的勢(shì)為 ，具有荷為 g 1的粒子向靶粒子投射，其散射幅為：散射幅就是散射勢(shì) 在q-空間的傅立葉展開(kāi)。設(shè)散射勢(shì)為空間各向同性，選取動(dòng)量傳遞q為極軸極軸為q一級(jí)Born近似第63頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5

26、點(diǎn)18分，星期四將核力勢(shì)代入式(2.31)，*力程R ，由作用勢(shì)的表達(dá)式，R 表示作用勢(shì)的強(qiáng)度減弱到原來(lái)的 e-1 的 空間點(diǎn)離源的距離。 量子場(chǎng)論相互作用的中間過(guò)程不服從能、動(dòng)量守恒的虛過(guò)程（粒子1發(fā)射虛傳播子后到虛傳播子被粒子2 接受之前）。這種虛過(guò)程不被觀察到的條件是：虛第64頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四由式(2.33),傳播子容許存在的時(shí)間 t 與能量交換（能量不確定度）必須服從：Yukawa理論引入核力是通過(guò)傳播質(zhì)量為m的介子來(lái)實(shí)現(xiàn)的，能量交換的最小值：核力的力程定義為：對(duì)自旋為零、質(zhì)量為m的介子的場(chǎng)方程(2.02)空間部分求解得到作用力程(2.34)為傳播子的康普頓波長(zhǎng)第65頁(yè)，共72頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)18分，星期四散射幅的物理意義：*頂點(diǎn)因子和耦合常數(shù)g1g2，粒子1和2發(fā)射和吸收傳播子的幾率振幅分別與它們的荷成正比。對(duì)于電磁作用，g1=Q1e，g2=Q2e g1g2=Q1Q2e2=Q1Q2Q1，Q2分別為粒子1，2的電荷因子（電荷量子數(shù)） 為電磁耦合常數(shù)*傳播子因子，具有面積的量綱，傳播子照亮作用荷的面積t1234g1g2初態(tài)末態(tài)參與作用的粒子看見(jiàn)傳播子的面積第66頁(yè)，共72頁(yè)，2022年