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1、等效原理是廣義相對(duì)論的基石,對(duì)它的檢驗(yàn)有著非常重要的意義,所以從16世紀(jì)至今,物理學(xué)家們從不同角度,采用不同的方法,不斷的來(lái)對(duì)它進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。軸子理論和軸子的探測(cè)是當(dāng)今理論物理學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。分子手性的研究和應(yīng)用在新世紀(jì)具有十分廣闊的前景。非常有意思的是我們研究的課題居然就在這三個(gè)方面探索的交匯處。除了物體的質(zhì)量,物質(zhì)的組成成分,宏觀物體的旋轉(zhuǎn),物質(zhì)的極化等性質(zhì)不同外,物質(zhì)的手性不同也有可能引起等效原理的破缺。手性物質(zhì)和非手性
2、物質(zhì)間由軸子傳遞的宏觀力是破壞宇稱的。采用手性物質(zhì)作為檢驗(yàn)物質(zhì)來(lái)對(duì)等效原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)是一種實(shí)際可行的新想法。因此,理論上研究這種力的性質(zhì)和定量計(jì)算力的量級(jí)對(duì)等效原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)是必要的。
本文作者在劉中柱教授的悉心指導(dǎo)下圍繞著“手性分子和手性晶體與無(wú)手性物質(zhì)之間由交換輕贗標(biāo)量粒子(軸子)而誘導(dǎo)產(chǎn)生的手性依賴的宏觀力對(duì)等效原理檢驗(yàn)的可能破壞”進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的研究:(1)研究了手性宏觀力這一課題相關(guān)領(lǐng)域的研究背景和最新進(jìn)展
3、;深入學(xué)習(xí)高等量子力學(xué),量子場(chǎng)論,粒子物理和標(biāo)準(zhǔn)模型等專業(yè)課程,驗(yàn)算性推導(dǎo)費(fèi)米子間由軸子傳遞的相互作用勢(shì)能公式,標(biāo)量頂角和贗標(biāo)量頂角表達(dá)式和自旋求和公式等。(2)由擾動(dòng)理論,在絕熱近似、晶體場(chǎng)近似和單電子近似下,給出了手性物質(zhì)(手性分子和手性晶體)中的價(jià)電子和無(wú)手性的物質(zhì)(銅塊)中的核子之間由傳遞軸子而產(chǎn)生的手性依賴的宏觀力的表達(dá)式。它實(shí)際上是一種二階效應(yīng),類似于手性分子液體或手性晶體旋光本領(lǐng)。它是一種新的與物質(zhì)手性相關(guān)的力:如果把手性
4、物質(zhì)換為具有相反手性的物質(zhì),此力的符號(hào)將反號(hào),即力的方向?qū)⒎聪?。?jù)此,當(dāng)檢驗(yàn)質(zhì)量為手性物質(zhì),而源質(zhì)量為無(wú)手性物質(zhì)時(shí),這種力可能破壞等效原理。(3)為了展示這種力可能的物理效應(yīng)且有效估計(jì)它的量級(jí),我們結(jié)合具體可能的實(shí)驗(yàn)情況,對(duì)具體的無(wú)手性物體(銅塊)與手性物質(zhì)(手性分子或手性晶體)之間的宏觀力進(jìn)行了定量的計(jì)算。由于宏觀力表達(dá)式中矩陣元乘積的實(shí)和項(xiàng)的計(jì)算很復(fù)雜且是模型依賴的,因此要尋找適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單的模型,采用合理的近似方法,才能對(duì)這種宏觀力進(jìn)
5、行有效的計(jì)算和估計(jì)。計(jì)算包含兩種情況:a采用近似方法(絕熱近似,單電子近似,中心場(chǎng)近似),定量的計(jì)算了無(wú)手性銅塊與理想立方容器中純手性分子液體之間的由交換輕贗標(biāo)量粒子(軸子)而誘導(dǎo)產(chǎn)生的宏觀力。B根據(jù)固體物理、空間群理論和量子化學(xué)等理論,采用近似方法(絕熱近似,單電子近似,晶體場(chǎng)近似),定量的計(jì)算了無(wú)手性的銅塊與 石英之間交換輕贗標(biāo)量粒子(軸子)的相互作用力。根據(jù)目前已發(fā)表的對(duì)標(biāo)量-贗標(biāo)量耦合常數(shù)的限制,我們估計(jì)了這些力的量級(jí)范圍,發(fā)現(xiàn)
6、這些力的量級(jí)仍然遠(yuǎn)低于目前先進(jìn)的弱力探測(cè)工具(超導(dǎo)扭秤)的探測(cè)范圍。我們進(jìn)一步分析了研究過(guò)程中所運(yùn)用的計(jì)算方法和得到的結(jié)果,探討了這種力對(duì)引力實(shí)驗(yàn)和等效原理檢驗(yàn)的可能影響。(4)最后,國(guó)際上已有實(shí)驗(yàn)用順磁鹽作為檢驗(yàn)質(zhì)量來(lái)探測(cè)軸子傳遞的宏觀力,他們?cè)诶碚撌褂煤?jiǎn)單的有效勢(shì)來(lái)計(jì)算宏觀力,且根據(jù)他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)精度給出了軸子與物質(zhì)耦合的強(qiáng)度的限制。我們認(rèn)為他們采用的有效勢(shì)不一定能恰當(dāng)?shù)拇嬲鎸?shí)的情況。所以我們實(shí)事求是的研究了順磁鹽TbF3與
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