新知丨物理学中神奇的“二”
2016/11/15 中科院之声

     也许你已经感受到了物理学的神奇和魅力。

     英国物理学家彼得.希格斯利用粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子,外号“上帝粒子”,被认为物质的质量之源,它可以帮助解析为何其它粒子会有质量。

    

     1929年,德国科学家外尔(H. Weyl)指出,狄拉克方程质量为零的解中预言了一种具有相反手性的新粒子——外尔费米子,外号“幽灵粒子”。具有“手性外尔费米子的半金属能实现低能耗的电子传输,有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题,同时外尔费米子也受到对称性的保护,可以用来实现高容错的拓扑量子计算。

    

     狄拉克方程预言了一种新的电子—正电子

    

     1932年8月2日,美国加州理工学院的安德森等人向全世界庄严宣告,他们发现了正电子。

    

     然而,你知道吗?物理学的“犯二”劲超乎你的想象。

     最初,动能的表达式是这样的。

    

     但物理学家觉得它还不够“二”,经过一番折腾后,动能具有了更“二”的形式。

    

     从此,便一发不可收拾地“犯二”。不用着急,有图有真相!小编将带你进入“二货”的物理世界。

     首先,“2”个铁球同时落地,砸开了人们对真理的追求。(“二货”+1)

    

     自由落体下落距离

     其次,砸在牛顿头上的苹果,砸出了“2”物体之间的万有引力定律(“二货”+1)。

    

     万有引力定律

     接着,是“2”个电荷之间的库仑定律(“二货”+1)。

    

     库伦定律

     然后,我们家里使用的电器也离不开这会发热的“二货”。(“二货”+1)

    

     焦耳定律

     就连著名的爱因斯坦质能方程也难逃“二”运!

    

     爱因斯坦质能方程

     还有现代物理学中的量子力学,描述粒子“波粒二象性”又用了一个很“二”的薛定谔方程,竟然还受到了广大科学家的喜爱!

    

     然而,为了进行与经典物理学家的论战,活生生地让一只可爱的小猫咪担心受怕上百年,简直是造孽啊!

    

     为了不让自己显得那么“二货”,追求现实现实中的完美转身,经过高精度的实验测量结果和理论计算,物理学终于有了诸如下不再“犯二”形式。

    

     物理学,你是在“逗”我吗?我已经无语了,让下面的小朋友来说说自己的感受:

    

     物理学,刚刚叫你不要“犯二”,怎么又来吓唬小朋友了啊?能不能正常点啊?

    

     言归正传。在处理量子场中各种粒子相互作用,物理学引入了费曼图。两个粒子的相互作用量由反应截面积所量化,其大小取决于它们的碰撞,该相互作用发生的概率尤其重要。 如果该相互作用的强度不太大(即是能够用摄动理论解决),这反应截面积能够用一系列的项所表示,这些项能描述一段短时间所发生的故事,这故事能够用下面的图来表示。

    

     看到这样的费曼图,我和我的小伙伴们都惊呆了!物理学你不仅“二货”,而且还那么“逗”。

    

     物理学里面你还可以发现很多“二货”,而且还存在着很多很多没有被人们认识的“二货”。当你发现一个“二货”,不要着急,先留心观察,看它会不会有更“二”的形式,从而发现其中更多的乐趣。

    

     来源:中国科学院物理研究所

    

    

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