光干涉01 粒子物理學01 標準模型01 两列或多列光波 在空间相遇时相互迭加，在某些区域始终加强，

http://www.phy.cuhk.edu.hk/gee/mctalks/news_08.pdf

光的干涉

粒子物理學的標準模型

 

要瞭解

 

LHC 實驗的重要性，我們首先需要簡介粒子物理學的標準模型8(Standard

Model)

 

。物理學家相信所有已知物質皆由夸克及輕子(電子及中徽子)組成（圖

一）。這些粒子通過規範塲

 

(gauge fields)進行相互作用。由楊振寧及米爾斯兩位提

出的楊米規範塲理論

 

9(Yang-Mills Gauge Field Theory)成為電磁、弱及强作用力的

统一理論基礎。理論假設物理系统遵守規範對稱

 

10(gauge symmetry)。最簡單的例

子是

 

U(1)規範對稱，指粒子的波函數的相位(phase)應可隨意加減一個常數，因相

位只可通過干涉

 

(interference)觀測，而干涉現象只視乎兩個相位的差別，相位的

絕對值並不影響物理現象。因此，規範轉換

 

(gauge transformation)可視為一種座

標變換，如

 

U(1)的例子，只對應改變相位角度何處定為零而已。而且正如座標

的選擇應為局域化的一樣（即每空間點的座標可自由定方向），相位角度何處為

 

零亦應有局域

 

(local)的自由。其它更複雜的規範轉換可視為此原理的推廣，例如

SU(2)

 

對應二維的相位，餘此類推。問題是，單獨的基本粒子塲（如一粒電子），

並不遵守局域的規範對稱

 

(local gauge transformation)，需有規範塲，才正好補足

對稱的缺失（圖二）。換言之，基本粒子與規範塲其實是一體的

时间:2009-03-03 21:43来源: 作者: 点击: 2次

两列或多列光波 在空间相遇时相互迭加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。在一般的情况下两个独立光源向空间的一个区域发出光波时 不能

两列或多列光波 在空间相遇时相互迭加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。在一般的情况下两个独立光源向空间的一个区域发出光波时 不能发生干涉。不发生干涉的两个光源，只说明它们没有发出相干波。通常的独立光源不相干的原因是：光的辐射一般是由原子的外层电子激发后自动回到正常状态 以光的形式把能量放出所形成的。由于辐射原子的能量损失，加上和周围原子的相互作用，个别原子的辐射过程是杂乱无章而且常常中断，持续时间甚短，即使在极 度稀薄的气体发光情况下，和周围原子的相互作用已减至最弱，而单个原子辐射的持续时间也不超过10-8秒。当某个原子辐射中断后，它自身或者其他的原子又 受到激发重新辐射，但却具有新的初位相。这就是说，原子辐射的光波并不是一列连续不断、振幅和频率都不随时间变化的简谐波，即不是理想的单色光。此外，不 同原子辐射的光波波列的初相位之间也是没有一定关系和规律。这些断续、或长或短、初位相不规则的波列的总体，构成了非相干的光波。

由于原子辐射的这种复杂性，在不同瞬时迭加所得的干涉图样变化得如此之快和如此地不规则，以致这种短暂的干涉现象无法观测。从微观上看，光子只能自己和自 己干涉，不同的光子是不相干的；但是从宏观上看，干涉现象却是大量光子各自干涉结果的统计平均效应。故实际的光的干涉对光源的要求也不是那么苛刻。

由于60年代激光的问世，使光源的相干性大大提高，同时快速光电探测仪器的出现，探测仪器的时间响应常数缩短，以至可以观察到两个独立光源的干涉现象。 1963年玛格亚和曼德用时间常数10-8～10-9秒的变象管拍摄了两个独立的红宝石激光器发出的激光的干涉条纹。可目视分辨的干涉条纹有23条。对于 普通的光源，保证相位差恒定是实现相干的关键。为了解决发光机制中初相位的无规则迅速变化和干涉条纹的形成要求相位差恒定的矛盾，可采用把同一原子所发出 的光波分解成两列或几列，使各分光束经过不同的光程，然后相遇，这样，尽管原始光源的初相位频繁变化，分光束之间仍然可能有恒定的相位差，因此可以产生干 涉现象。

通常有两种方法实现这种分解：

（1）分波阵面法;将光源的波阵面分为两部分，使之分别通过两个光具组，经反射、折射或衍射后交迭起来，在一定区域形成干涉。由于波阵面上任何一部分都可 以看成为新光源，而且同一波阵面的各个部分有相同的位相，所以这些被分离出来的部分波阵面可作为初相位相同的光源，不论点光源的位相改变得如何快，这些光 源的初相位差却是恒定的，杨氏双缝、菲涅耳双面镜和洛埃镜等都是产生这类分波阵面的干涉装置。

（2）分振幅法;当一光束投射到两种透明媒质的分界面上，光能一部分反射，另一部分折射。这方法叫做分振幅法。最简单的分振幅干涉装置是薄膜，它是利用薄 膜的上下表面对入射光反复地反射，由这些反射光波在空间相遇而形成的干涉现象。由于薄膜的上下表面的反射光来自同一入射光的两部分，只是经历不同的路径而 有恒定的相位差，因此它们是相干光。另一种重要的分振幅干涉装置，是万克耳孙干涉仪。

光的干涉现象是光的波动性的最直接、最有力的实验证据。光的干涉现象是牛顿微粒模型根本无法解释的，只有用波动说才能圆满地解释这一现象。

所有跟帖： 

• 场论01 根据粒子物理的标准模型，光子是所有电场和磁场的产生原因，而它们本身的存在，则是满足物理定律在时空内每一点具有特定对称性 -marketreflections- ♂ (12789 bytes) () 07/10/2011 postreply 07:37:22

• 无法重整化的发散，因为引力场恰恰与点粒子场相反，呈向内旋涡运行 -marketreflections- ♂ (235 bytes) () 07/10/2011 postreply 07:52:46

• econcheck01 wallstreetpit.com -marketreflections- ♂ (1772 bytes) () 07/10/2011 postreply 07:56:23

• econcheck01 wallstreetpit.com macromarketmusings.blogspot.com -marketreflections- ♂ (100 bytes) () 07/10/2011 postreply 07:58:59

• econcheck01 Dean Maki policy tightening in the euro area and Chi -marketreflections- ♂ (6531 bytes) () 07/10/2011 postreply 16:56:36

• ercheck GOOG er also are expected Thursday 0714 bidu 0720 -marketreflections- ♂ (8162 bytes) () 07/10/2011 postreply 17:01:12

• 规范场论01 电磁势, not 电势 磁势 only anymore; 麦克斯韦的电磁场理论中隐藏着一种对称性，后来称为规范对称 -marketreflections- ♂ (6181 bytes) () 07/10/2011 postreply 08:06:42

• 希格斯场01 上帝粒子01 根据粒子物理的标准模型，光子是所有电场和磁场的产生原因，而它们本身的存在，则是满足物 -marketreflections- ♂ (17575 bytes) () 07/10/2011 postreply 08:12:31

• ，强、弱、電磁作用力的耦合常數都會隨着能量而改變。一般相信，在高能&#6 -marketreflections- ♂ (7635 bytes) () 07/10/2011 postreply 08:18:22

• "以无量纲的耦合常数来表示力的大小" -marketreflections- ♂ (34195 bytes) () 07/10/2011 postreply 08:31:08

• 精细结构常数01 时空关系假设：时间是空间有意义的前提，任一时间点都包涵空间全部,空间是时间的展开形式 -marketreflections- ♂ (2509 bytes) () 07/10/2011 postreply 08:37:42

• 相互作用强度是作用力性质的一个重要标志。在量子场论中一般以相互作用的耦合常数来表征作用强度。耦合常数是一个无量纲的数 -marketreflections- ♂ (176 bytes) () 07/10/2011 postreply 08:40:34

• 正则量子化的基本手续就是写出场的拉格朗日量，定义正则坐标和正则动量，引入正则坐标和正则动量之间的对易关系,在实践中，由于自由度之 -marketreflections- ♂ (8573 bytes) () 07/10/2011 postreply 09:02:38

• 路径积分量子化模式:在wick 旋转之后，exp{−Hτ}的各种贡献肯定是会衰减的 -marketreflections- ♂ (32977 bytes) () 07/10/2011 postreply 09:05:13

• 路径积分只是泛函方法的一部分,收敛?泛函分析. 收敛的勒贝格可测函数”所构成的空间。 -marketreflections- ♂ (5169 bytes) () 07/10/2011 postreply 09:08:31

• 静电场的局域规范变换的物理意义 变换后的 V ′ 是处于激发态两粒子间的弱电场作用势能，而变换前的 V 是 非激发态两粒子间的弱 -marketreflections- ♂ (4530 bytes) () 07/10/2011 postreply 14:14:09

• 电磁势的规范变换不变性，叫做第一类规范变换不变性,量子波函数的规范变换不变性可称之为第二类规范变换不变性 -marketreflections- ♂ (2265 bytes) () 07/10/2011 postreply 14:27:56

• 四维电磁势在规范变换下保持麦克斯韦方程组的不变性;超导体中的局域规范不变性破坏是由于库珀对的凝聚 -marketreflections- ♂ (17919 bytes) () 07/10/2011 postreply 07:45:20

• zhang01 zhangxuanzhong.blog.edu.cn -marketreflections- ♂ (160 bytes) () 07/13/2011 postreply 13:35:06