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GR检验实验的不确定性与光子静止质量上限

GR检验实验的不确定性与光子静止质量上限

作者：杨然华中科技大学

学位级别：硕士

Maxwell电磁理论是19世纪最伟大的物理学成就之一,作为对经典电磁场的数学描述,暗含了光子静止质量为零的基本假设。然而光子静止质量是否为零仍然是人们关注的问题。通过对比含质量的Klein--Gordon理论,可以从Maxwell电磁理论引入非零... 详细信息

Maxwell电磁理论是19世纪最伟大的物理学成就之一,作为对经典电磁场的数学描述,暗含了光子静止质量为零的基本假设。然而光子静止质量是否为零仍然是人们关注的问题。通过对比含质量的Klein--Gordon理论,可以从Maxwell电磁理论引入非零光子静止质量,从而过渡到Proca电磁理论(即重电磁理论)。基于Proca电磁理论,具有非零静止质量的光子将导致各种效应:如光速与频率有关、静电场库仑势将发生偏差(附加汤川势)、电磁波的纵向分量不为零等。因此在平直时空下可用相应的实验方法来检验这些效应是否存在,从而给出光子静止质量上限。虽然现有的实验检验也已经达到了很高的精度,但仍有不少的物理学家通过各种独立的实验方法来分析检验光子静止质量是否为零。本文所要描述的是弯曲时空下光子静止质量的效应,即在广义相对论的经典检验实验中考虑光子的静止质量不为零对实验结果产生影响。并且由此可以得到一个光子静止质量上限。总的来说,本人的主要工作有:一、研究了对广义相对论的检验实验之一,雷达回波延迟的光子静止质量效应,得到了弯曲时空下重光子对雷达回波延迟时间影响的表示;二、研究了引力红移的光子静止质量效应,得到了光子有静止质量时红移参量不变,即引力红移与光子是否有静止质量无关,同时我们也给出了光子静止质量对Doppler红移的影响;三、通过分析总结和讨论光子有静止质量时的几个广义相对论检验实验(光线偏折,雷达回波延迟及Doppler红移),将实验所得数据与理论计算数据之间的误差归结为光子静止质量引起,给出相应的光子静止质量上限。

关键词：光子静止质量雷达回波延迟引力红移光线偏折

轴子质量限归并及轴子实验中光子静质量效应研究

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轴子质量限归并及轴子实验中光子静质量效应研究

作者：李成德华中科技大学

学位级别：硕士

轴子(Axion)是为解释量子色动力学(QCD)中的强CP问题而假定的粒子,它被认为是冷暗物质粒子很好的候选者。虽然这种轴子与物质和电磁场的耦合强度很弱,世界上仍然有许多极其精密的实验在探测它。轴子如果被探测到,那么不仅量子色动力学... 详细信息

轴子(Axion)是为解释量子色动力学(QCD)中的强CP问题而假定的粒子,它被认为是冷暗物质粒子很好的候选者。虽然这种轴子与物质和电磁场的耦合强度很弱,世界上仍然有许多极其精密的实验在探测它。轴子如果被探测到,那么不仅量子色动力学中的强CP问题得到了解决,其结果对于量子场论、粒子物理和宇宙学都将是极有意义的。本文中回顾了轴子的理论起源和各种轴子模型,以及目前探测轴子的实验现况。同时,我们在量子场微扰论的框架下,推导了轴子与核子以及轴子与光子耦合常数之间的、经重整化修正后的关系式,进而得到了用扭秤检验弱等效原理(WEP)和牛顿反平方定律(ISL)实验经转化归并后给出的轴子质量限。 Maxwell经典电磁理论、狭义相对论、量子电动力学构成了电磁相互作用的基本理论。这些理论的一个重要贡献是将电磁场在真空中的传播速度定义为恒定的光速c,恒定光速暗含了假设传播电磁波的媒介子-光子的静止质量必须为零。而光子静止质量到底是否为零,正是物理学家们一直希望能够正面回答的基本问题之一。迄今所有检验光子静止质量的实验都只是给出光子静止质量的上限。如果有实验证实了光子具有静止质量,即便是非常小,都将为整个物理学的发展产生重大影响。本文在重电磁场理论背景下,探讨了强场激光偏振法测轴子的高精度实验中光子静质量效应的大小和影响,并与我们实验室2003年调制扭秤实验给出的光子静质量限作了比较.结果表明:光子静质量效应对轴子质量限的影响很小,同时此实验给出可能的光子质量限精度远小于我们给出的光子静质量限精度,扭秤仍然是目前光子静止质量精密而有效的检测手段. 本研究工作得到国家自然科学基金创新研究群体(批准号:10121503)的资助.

关键词：轴子强CP问题光子静止质量扭秤实验耦合常数费曼图

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引力实验与理论研究新进展

自然科学进展 2005年第8期15卷 897-906页

作者：涂良成罗俊华中科技大学物理系武汉430074

在现有物理学的架构之下,理论物理学家们正在寻找一个合适的理论来涵盖4种基本相互作用,而对于引力基本性质的研究将是其中最关键的问题之一.因此进行引力规律的实验研究对人类认识和利用自然界具有深远的科学意义和社会现实意义,该领... 详细信息

在现有物理学的架构之下,理论物理学家们正在寻找一个合适的理论来涵盖4种基本相互作用,而对于引力基本性质的研究将是其中最关键的问题之一.因此进行引力规律的实验研究对人类认识和利用自然界具有深远的科学意义和社会现实意义,该领域的突破必将极大地丰富人们对宏观和宇观世界的认识.在这种基础物理实验研究过程中不仅需要好的物理思想和巧妙的实验方案,而且也极力追求各种实验技术和测量方法的极限.近年来华中科技大学物理系引力中心在引力实验与理论领域所开展的研究工作,包括万有引力常数G的精确测量、光子静止质量实验检验、亚毫米范围New- ton反平方定律实验检验以及宏观旋转物体等效原理的实验检验等均取得了一些积极进展.

关键词：精密扭秤万有引力常数G 光子静止质量 Newton反平方定律等效原理引力实验理论研究理论物理学家基本相互作用基础物理实验

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真空双折射效应

真空双折射效应

作者：陈旻华中科技大学

学位级别：硕士

1934年Halpern认识到虚粒子的产生导致光子之间的相互作用,在量子电动力学理论中光子可以通过正-负电子虚偶的产生而相互作用,由于这个非线性的相互作用使得拉格朗日密度函数中有一个包含场的四次方的附加项。正是这个原因导致了真空双... 详细信息

1934年Halpern认识到虚粒子的产生导致光子之间的相互作用,在量子电动力学理论中光子可以通过正-负电子虚偶的产生而相互作用,由于这个非线性的相互作用使得拉格朗日密度函数中有一个包含场的四次方的附加项。正是这个原因导致了真空双折射效应,真空就像一个极化的统一体,光在真空背景磁场中传播时,它的传播有两个极化模式,方向分别与磁场和波矢所构成的平面垂直以及在这个平面上。Maxwell电磁理论作为对经典电磁场的数学描述,暗含了光子静止质量为零的基本假设,已有的双折射理论也都是默认光子的静止质量为零的,然而光子静止质量是否为零仍然是人们关注的问题。因此考虑把光子的静止质量加入到双折射效应中去,计算静止质量对真空双折射效应产生的影响是一件有意义的事情。本文主要给出了真空双折射效应中半经典理论计算折射率两种方法的具体过程,并考虑若光子静止质量不为零,即mγ≠0时,mγ对真空双折射效应的影响,得出结论:虽然两极化模式折射率均有一微小修正mγ2/2ω2,但两极化模式折射率之差Δn=n‖-n⊥相比光子静止质量为零时是不变的,因而双折射实验中可观测量椭圆极化相位差也是不变的,在真空双折射实验中并不能观测到,因此利用真空双折射实验探测光子静止质量的上限在半经典理论框架下是不可行的。

关键词：虚粒子对拉格朗日密度函数极化模式光子静止质量

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不同时空度规下的Proca效应

不同时空度规下的Proca效应

作者：史常圣华中科技大学

学位级别：硕士

Maxwell电磁场理论是迄今为止最成功的物理理论之一,是近代物理学的基础。这个理论以Maxwell方程组为基础,描述经典电磁场的一切现象。至今尚未发现有与Maxwell电磁场理论相违背的实验结果。光子是电磁场的量子,是对电磁场进行量子化的... 详细信息

Maxwell电磁场理论是迄今为止最成功的物理理论之一,是近代物理学的基础。这个理论以Maxwell方程组为基础,描述经典电磁场的一切现象。至今尚未发现有与Maxwell电磁场理论相违背的实验结果。光子是电磁场的量子,是对电磁场进行量子化的结果。对Maxwell方程组的进一步研究指出,这个方程组的成立要求光子的静止质量为零。如果光子静止质量不为零,那么就可以把非零的光子静止质量引入电磁理论中,于是Maxwell方程组就推广为Proca方程组。与不含静止质量的光子相比较,含质的光子会产生许多异样的现象,如光速与频率有关、静态电磁场发生偏差(附加Yukawa势)、出现电磁波的纵向分量辐射。光子有限的静止质量所带来的这些性质也将影响时空结构。广义相对论告诉我们,时空结构由度规张量表示,度规张量由引力场方程确定。引力场方程中的能量—动量张量确定物质的存在如何影响时空结构。光子有限的静止质量改变了能量—动量张量,从而改变时空结构,并可能带来某些可观测效应。过去几十年内,国内外引力学界对不同时空下的Proca效应进行一些研究,分析光子如果具有静止质量将对时空结构有什么样的影响。在硕士研究生阶段,我们在假定光子具有静止质量的情况下,计算了含磁矩的引力场、Kerr-Newman时空的引力场、Reissller—Nodstrom de Sitter时空的引力场的度规。本文将对这些工作依次介绍。本文将首先介绍一下几个常见引力场在零光子静止质量时的度规,然后再具体讨论几个不同时空下的Proca效应。本文主要分为以下几部分: 一.Proca效应的介绍。二.零光子静止质量时几种引力时空;三.磁偶极场的Proca效应、Kerr-Newman时空的Proca效应;四.Reissner-Nodstrom de Sitter时空的Proca效应。

关键词： Proca方程度规光子静止质量能动张量

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广义时空相对论及其应用概述

产业与科技论坛 2014年第15期13卷 37-42页

作者：夏烆光中国船级社

本文通过对比广义时空相对论与爱因斯坦狭义相对论的坐标变换公式,扼要地阐述了两种相对论的本质区别。利用广义时空相对论的理论结果,纠正了爱因斯坦的质能关系式、以及"光子静止质量等于零"的错误结论;给出了光子静止质量的计算公式;... 详细信息

本文通过对比广义时空相对论与爱因斯坦狭义相对论的坐标变换公式,扼要地阐述了两种相对论的本质区别。利用广义时空相对论的理论结果,纠正了爱因斯坦的质能关系式、以及"光子静止质量等于零"的错误结论;给出了光子静止质量的计算公式;用这个计算公式讨论了光线通过太阳引力场时偏转角度的计算,结果与天文观测完全一致;精确地论证了康普顿散射现象的实验公式;从理论上分析了季灏先生关于电子在匀强磁场中运动的实验结果;系统地指出爱因斯坦质-能关系式的由来,以及能量增量与质量增量的相互关系,等等。另外,还从几何佯谬的角度出发,质疑了爱因斯坦的广义相对论。一言以蔽之,这里不仅证明了广义时空相对论比爱因斯坦的相对论更正确,而且可以从光子的"老化机制"出发,来诠释恒星系光谱的红移现象,并质疑大爆炸模型的宇宙生成论。

关键词：广义时空相对论狭义相对论孪生子佯谬光子静止质量恒星系红移现象光子老化机制大爆炸模型量子纠缠