軸子傳遞的手性宏觀力的研究.pdf

1、等效原理是廣義相對論的基石，對它的檢驗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，不斷的來對它進(jìn)行實(shí)驗檢驗。軸子理論和軸子的探測是當(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)作為檢驗物質(zhì)來對等效原理進(jìn)行實(shí)驗檢驗是一種實(shí)際可行的新想法。因此，理論上研究這種力的性質(zhì)和定量計算力的量級對等效原理的實(shí)驗檢驗是必要的。
　　 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等效原理檢驗的可能破壞”進(jìn)行了如下幾個方面的研究：(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)，量子場論，粒子物理和標(biāo)準(zhǔn)模型等專業(yè)課程，驗算性推導(dǎo)費(fèi)米子間由軸子傳遞的相互作用勢能公式，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)由擾動理論，在絕熱近似、晶體場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）中的價電子和無手性的物質(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)，此力的符號將反號，即力的方向?qū)⒎聪颉?jù)此，當(dāng)檢驗質(zhì)量為手性物質(zhì)，而源質(zhì)量為無手性物質(zhì)時，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)且有效估計它的量級，我們結(jié)合具體可能的實(shí)驗情況，對具體的無手性物體（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)行了定量的計算。由于宏觀力表達(dá)式中矩陣元乘積的實(shí)和項的計算很復(fù)雜且是模型依賴的，因此要尋找適當(dāng)?shù)暮唵蔚哪Ｐ?，采用合理的近似方法，才能對這種宏觀力進(jìn)

5、行有效的計算和估計。計算包含兩種情況：a采用近似方法（絕熱近似，單電子近似，中心場近似），定量的計算了無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，晶體場近似），定量的計算了無手性的銅塊與 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)表的對標(biāo)量-贗標(biāo)量耦合常數(shù)的限制，我們估計了這些力的量級范圍，發(fā)現(xiàn)

6、這些力的量級仍然遠(yuǎn)低于目前先進(jìn)的弱力探測工具（超導(dǎo)扭秤）的探測范圍。我們進(jìn)一步分析了研究過程中所運(yùn)用的計算方法和得到的結(jié)果，探討了這種力對引力實(shí)驗和等效原理檢驗的可能影響。(4)最后，國際上已有實(shí)驗用順磁鹽作為檢驗質(zhì)量來探測軸子傳遞的宏觀力，他們在理論使用簡單的有效勢來計算宏觀力，且根據(jù)他們的實(shí)驗結(jié)果和實(shí)驗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