光子靜止質(zhì)量的實驗檢驗.pdf

1、麥克斯韋經(jīng)典電磁理論的形成促進(jìn)了二十世紀(jì)物理學(xué)的偉大發(fā)展，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的狹義相對論、量子力學(xué)以及量子電動力學(xué)構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基本框架。麥克斯韋電磁理論的一個重要貢獻(xiàn)在于它將真空中的電磁場與光聯(lián)系起來，并將電磁場的傳播速度定義為真空的屬性，即恒定的光速c，因而建立了電磁波與光之間的本質(zhì)聯(lián)系。恒定光速暗含了傳播電磁波的媒介——光子的靜止質(zhì)量必須為零的假設(shè)，而光子靜止質(zhì)量是否為零也就成為物理學(xué)家們一直希望能夠正面回答的基本問題之一。至

2、今為止，所有檢驗光子靜止質(zhì)量的實驗都只是給出光子靜止質(zhì)量的上限。對光子靜止質(zhì)量的實驗檢驗，也是對光速不變性原理的一種檢驗，一旦實驗證實光子具有靜止質(zhì)量，即使非常微小，整個物理學(xué)的框架將會發(fā)生革命性的變化。 本實驗室于2000 年開始進(jìn)行光子靜止質(zhì)量的實驗檢驗，并提出了扭秤調(diào)制法檢驗光子靜止質(zhì)量的實驗方案。在全面調(diào)研歷史上關(guān)于光子靜止質(zhì)量的各種實驗檢驗和理論分析方法以及與光子靜止質(zhì)量相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，經(jīng)過兩年多的準(zhǔn)備，于2002年

3、首次采用精密扭秤調(diào)制法完成了光子靜止質(zhì)量的實驗檢驗，數(shù)據(jù)分析結(jié)果給出光子靜止質(zhì)量的上限為1.2×10-51 克。該數(shù)值將國際上扭秤靜態(tài)實驗結(jié)果提高了約20 倍，同時調(diào)制的實驗方法有效地克服了扭秤靜態(tài)實驗中實驗結(jié)果對宇宙磁場矢勢與地球自轉(zhuǎn)軸之間夾角的依賴關(guān)系，而且大大抑制了各種周日背景干擾的影響，提高實驗的置信水平，該實驗結(jié)果于2004 年被國際粒子物理數(shù)據(jù)組收錄。此后，針對2002 年調(diào)制實驗中存在的問題，重新設(shè)計了新的實驗方案和高真空