Casimir）力（一种由于真空零点电磁涨落产生的作用力

真空零点能（Zero point energy）

量子理论预示，真空中蕴藏着巨大的本底能量， 它在绝对零度条件下仍然存在， 称为真空零点能。对卡西米尔（Casimir）力（一种由于真空零点电磁涨落产生的作用力）的精确测量，证实了这一物理现象。

现代科学认为真空并不意味着一无所有，真空是由正电子和负电子旋转波包组成的系统，这种状态的动态能量可以作为工业能源、未来星际航行能源以及家庭生活等诸多领域的能源。量子真空是一个非常活跃的空间，它充满时隐时现的粒子和在零点线值上涨落的能量场。而与这种现象伴生的能量，被称为零点能，也就是说，即使在绝对零度，这种真空活性仍然保持着。早在1891年，科学家忒斯拉（Nikola Tesla）在一次演讲中就提到：几个世纪之后，也许我们可以从宇宙中的任意一点提取能量来驱动我们的机械。用今天的科学语言解释，这种能源就是真空零点能，或称空间能、自由能等。

研究

关于零点能的设想来自量子力学的一个著名概念:海森堡测不准原理。该原理指出：不可能同时以较高的精确度得知一个粒子的位置和动量。因此，当温度降到绝对零度时粒子必定仍然在振动；否则，如果粒子完全停下来，那它的动量和位置就可以同时精确的测知，而这是违反测不准原理的。这种粒子在绝对零度时的振动（零点振动）所具有的能量就是零点能。狄拉克从量子场论对真空态进行了生动的描述，把真空比喻为起伏不定的能量之海。J. Wheeler估算出真空的能量密度可高达1095 g/cm^3。

1948年，荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔提出了一项检测这种能量存在的方案。从理论上看，真空能量以粒子的形态出现，并不断以微小的规模形成和消失。在正常情况下。真空中充满着几乎各种波长的粒子，但卡西米尔认为，如果使两个不带电的金属薄盘紧紧靠在一起，较长的波长就会被排除出去。接着，金属盘外的其他波就会产生一种往往使它们相互聚拢的力，金属盘越靠近，两者之间的吸引力就越强。1996 年，物理学家首次对这种所谓的卡西米尔效应进行了测定。华盛顿大学Lamoreaux在他的学生Dev Sen协助下，对卡西米尔效应进行了精确的测量，该测量结果与卡西米尔对这一特殊板间距及几何构形所预测的力相差不超过5%。Lamoreaux在他的实验中，采用镀金石英表面作为他的金属板。另外一块板固定在一个灵敏扭摆的端部。如果该板向着另外一块板移动，则摆就会发生扭转。一台激光器可以以0.01微米的精度测量扭摆的扭转。向一组压电组件施加的一股电流使卡西米尔板移动；而另一电子反馈系统则抵消这一移动，使扭摆保持静止。零点能效应就表现为保持摆的位置所需的电流量的变化。Mohideen等人在加州理工学院作的实验中，在0.1到0.9μm的范围内，用原子力显微镜对卡西米尔力进行的测量结果，与理论值相差不到1%。

应用前景

如果零点能可以提取，无疑将是人类所能够利用的最佳能源了。它是洁净，廉价的能源，是大自然给予人类的“免费的午餐”。宇宙中所有的物质都来源于零点电磁涨落能，我们身上的每一个物质粒子不停地与真空零点能发生能量交换，也就是，没有任何一个物理体系称得上是孤立体系的。根据物理真空的性质，我们可以从空间任何一点提取零点能，并转换成我们所需要的能量形式。原子中电子绕核转；太阳系中，行星绕太阳转，几十亿年永不停息；超导和超流现象，这些都是大自然给我们的关于能源的启示。

1989年3月，弗雷希曼和庞斯在美国宣布他们用钯电极在常温下电解重水，观察到了异常的热量输出和少量的中子。该现象一经公布就在全世界范围内引起了一场轩然大波。由于当时的实验用的是重水又是在常温下，人们就把这种现象称之为“冷核聚变”。

传统核物理理论认为，只有在非常高的温度和压强下，克服库仑势垒才能发生氘核聚变，像常温常电压下的电解过程是不可能发生核反应的。而且若认为过热是由核反应引起的，就应该观察到大量的中子和γ射线，而实验中却未观察到。加之，一些实验室也声称重复实验中未能观察到弗雷希曼和庞斯所宣布的现象。人们开始怀疑是不是实验中出现了人为的偏差，“ 冷核聚变”研究渐渐地进入低潮。

十几年来对真理执著追求的科技工作者没有放弃这项研究。进一步的研究发现：即使用普通的碳电极在轻水以及辉光放电等其他装置中也能观察到“冷核聚变”现象。国际权威刊物《科学》杂志于1998年6月载文称：对冷核聚变不怀疑下列事实，多数装置产生异常能量输出，有些已投入市场，有些已取得专利。美国核科学协会已于1998年将电化学低能核反应列入了年会的正式讨论内容。由于“冷核聚变”与人类的能源问题密切相关，日本、意大利、法国等资源匮乏的国家已投巨资资助“冷核聚变”类型的研究。但是，目前困扰科学家们的问题是如何解释这些异常现象。

由于当初的实验用的是重水和钯电极，这很容易给人以错觉，认为这种电化学异常现象就是核现象。因此大部分研究者都在寻求“冷核聚变”的核解释，但在理论上遇到了强大的阻力，进展甚微。另一方面大多数的理论解释认为“冷核聚变” 是一种体效应，没有分析电极微观结构的作用。北京航空航天大学的江兴流教授基于实验结果，以电极的尖端效应为突破口，分析了电化学异常现象。江兴流科研组在电解实验中，观察到在电极附近有高度定向的核反应，以及过热、核嬗变、滞后效应（HeatafterDeath）。经过不断的探索总结出：气体放电、真空击穿及液体中的放电（电解）现象，有着共同的物理规律：由于电解过程中电极表面尖端效应产生的聚能过程，在电极表面局部产生气泡和涡旋运动，气泡的产生和坍塌过程将发生动态卡西米尔效应而提取零点能并以热能的方式释放出来；同时涡旋运动与零点能形成挠场相干而提取零点能，一方面释放热能，另一方面形成类星体涡旋结构，在涡旋中心产生高能射线、中子和高能粒子，并伴有高度定向的核反应。可见电极表面尖端处形成远离平衡态的非线性体系，满足一定的条件就会形成自组织的正反馈涡旋，通过挠场机制提取零点能。从而可以看出“冷核聚变”中的“过热”，在考虑零点能的提取后不应再被视为过热，因为此时它并不违反能量守恒定律。而且，既然“冷核聚变”过程中主要发生的不是核反应，冷核聚变这个词就已经不再适用了，它仅仅是一个代名词。

江兴流教授认为关于“冷核聚变”研究应该将注意力转移到提取零点能和挠场机制上面来。零点能即物理真空能，它是不确定性原理所要求的最小能量。真空能是开放非线性系统的混沌表现，来源于四维空间的电磁流的三维表现，它可扭曲我们的三维空间，从而改变时空度规。慧勒计算零点能的密度为1095g／cm3，也就是说它是一个无比巨大的能源。由真空零点能而带来的可以直接从实验观测的物理结果是卡西米尔效应。挠场理论最初源于爱因斯坦———康顿理论，在广义相对论中，若要考虑物质自旋的作用，需引入非对称的联络，即挠率不为零的情况就会导出挠场的存在，挠场的能量来源是零点能。众所周知，基本粒子的“电荷”对应于电磁场，“质量”对应于引力场，那也应有对应于“自旋”的挠场存在。挠场有许多独特的性质：它只改变物质的自旋性质；类似于引力场的高穿透性；滞后效应；轴向加速效应。用挠场机制我们就可解释电化学异常现象中的过热、核嬗变、滞后放热等效应。

研究“冷核聚变”的意义已经不限于其本身，它使我们意识到一个新的巨大的能源———真空能的存在。我们可以通过高能粒子的对撞激发真空，也可以通过电化学、涡旋等过程激发真空而提取零点能。而且后面所属的过程并不十分复杂，这一点可以通过美国的许多效率大于一的专利看出。这就是说大规模提取零点能具有很大的可行性。

然而一项创新的实现，总是要受到来自各方面的阻力，一方面我们在这个领域的理论和实验研究还不够成熟；另一方面由于真空能这种新能源的广泛应用必然引起世界能源结构的巨大变革，对世界经济格局乃至政治格局都将产生深重影响，传统势力会从学术和经济两方面阻挠新能源研究的发展。

新能源———真空能的大规模利用为人类描绘了一个美好的未来：由于零点能十分巨大，加上它的利用过程高效且清洁无污染，它的大规模利用将解决目前世界所面临的能源短缺、环境污染、干旱、温室效应等生态环境问题。

不难看出，新能源———真空能的利用是一项具有巨大战略意义的创新工程。而我国目前在这个领域的研究才刚刚起步，社会各方面应给与足够的关注和支持，国家应不失时机地从系统工程的高度加强这方面的领导工作，以期在国家综合实力竞争中处于优势地位。



中微子 ( Wed, 9 Apr 2008 16:22:48 +0800 )
Description:
1、中微子简介

中微子是组成自然界的最基本的粒子之一，常用符号ν表示。中微子不带电，自旋为1/2，质量非常轻（小于电子的百万分之一），以接近光速运动。

粒子物理的研究结果表明，构成物质世界的最基本的粒子有12种，包括6种夸克（上、下、奇异、粲、底、顶），3种带电轻子（电子、缪子和陶子）和3种中微子（电子中微子，缪中微子和陶中微子）。中微子是1930年德国物理学家泡利为了解释贝塔衰变中能量似乎不守恒而提出的，五十年代才被实验观测到。

中微子只参与非常微弱的弱相互作用，具有最强的穿透力。穿越地球直径那么厚的物质，在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此中微子的检测非常困难。正因为如此，在所有的基本粒子，人们对中微子了解最晚，也最少。实际上，大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生，例如核反应堆发电（核裂变）、太阳发光（核聚变）、天然放射性（贝塔衰变）、超新星爆发、宇宙射线等等。宇宙中充斥着大量的中微子，大部分为宇宙大爆炸的残留，大约为每立方厘米100个。

1998年，日本超级神岗实验以确凿的证据发现了中微子振荡现象，即一种中微子能够转换为另一种中微子。这间接证明了中微子具有微小的质量。此后，这一结果得到了许多实验的证实。中微子振荡尚未完全研究清楚，它不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用，而且与宇宙的起源与演化有关，例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能是由中微子造成。

由于探测技术的提高，人们可以观测到来自天体的中微子，导致了一种新的天文观测手段的产生。美国正在南极洲冰层中建造一个立方公里大的中微子天文望远镜——冰立方。法国、意大利、俄罗斯也分别在地中海和贝加尔湖中建造中微子天文望远镜。KamLAND观测到了来自地心的中微子，可以用来研究地球构造。

中微子有大量谜团尚未解开。首先它的质量尚未直接测到，大小未知；其次，它的反粒子是它自己还是另外一种粒子；第三，中微子振荡还有两个参数未测到，而这两个参数很可能与宇宙中反物质缺失之谜有关；第四，它有没有磁矩；等等。因此，中微子成了粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉与热点学科。

什么是中微子？

中微子个头小，不带电，可自由穿过地球，几乎不与任何物质发生作用，号称宇宙间的“隐身人”。科学家观测它颇费周折，从预言它的存在到发现它，用了10多年的时间。

要说中微子，就不得不提它的“老大哥”——原子基本组成之一的中子。中子在衰变成质子和电子（β衰变）时，能量会出现亏损。物理学上著名的哥本哈根学派鼻祖尼尔斯·玻尔据此认为，β衰变过程中能量守恒定律失效。

1931年春，国际核物理会议在罗马召开，当时世界最顶尖的核物理学家汇聚一堂，其中有海森堡、泡利、居里夫人等。泡利在会上提出，β衰变过程中能量守恒定律仍然是正确的，能量亏损的原因是因为中子作为一种大质量的中性粒子在衰变过程中变成了质子、电子和一种质量小的中性粒子，正是这种小质量粒子将能量带走了。泡利预言的这个窃走能量的“小偷”就是中微子。

２、中微子简史

　　1930年，德国科学家泡利预言中微子的存在。

　　1956年，美国莱因斯和柯万在实验中直接观测到中微子，莱因斯获1995年诺贝尔奖。

　　1962年，美国莱德曼，舒瓦茨，斯坦伯格发现第二种中微子——缪中微子，获1988年诺贝尔奖。

　　1968年，美国戴维斯发现太阳中微子失踪，获2002年诺贝尔奖。

　　1985年，日本神岗实验和美国IMB实验发现大气中微子反常现象。

　　1987年，日本神岗实验和美国IMB实验观测到超新星中微子。日本小柴昌俊获2002年诺贝尔奖。

　　1989年，欧洲核子研究中心证明存在且只存在三种中微子。

　　1995年，美国LSND实验发现可能存在第四种中微子——隋性中微子。

　　1998年，日本超级神岗实验以确凿证据发现中微子振荡现象。

　　2000年，美国费米实验室发现第三种中微子，陶中微子。

　　2001年，加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成了其它中微子。

　　2002年，日本KamLAND实验用反应堆证实太阳中微子振荡。

　　2003年，日本K2K实验用加速器证实大气中微子振荡。

　　2006年，美国MINOS实验进一步用加速器证实大气中微子振荡。

　　2007年，美国费米实验室MiniBooNE实验否定了LSND实验的结果。

３、大亚湾反应堆中微子实验

中微子是当前粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉前沿学科，本身性质也有大量谜团尚未解开。在这一领域，大部分成绩均为日本和美国取得。1942年，我国科学家王淦昌提出利用轨道电子俘获检测中微子的可行方案，美国人艾伦成功地用这种方法证明了中微子的存在。80年代，中国原子能科学研究院进行了中微子静止质量的测量，证明电子反中微子的静止质量在30电子伏特以下。

中微子振荡研究的下一步发展，首先必须利用核反应堆精确测量中微子混合角theta13。位于中国深圳的大亚湾核电站具有得天独厚的地理条件，是世界上进行这一测量的最佳地点。由中国科学院高能物理研究所领导的大亚湾反应堆中微子实验于2006年正式启动，联合了国内十多家研究所和大学，美国十多家国家实验室和大学，以及中国香港、中国台湾、俄罗斯、捷克的研究机构。实验总投资约3亿元人民币，预期2010年建成。它的建成运行将使中国在中微子研究中占据重要的国际地位。

中微子具有质量，这是很早就提出过的物理概念。但是人类对于中微子的性质的研究还是非常有限的。我们至今不是非常确定地知道：几种中微子是同一种实物粒子的不同表现，还是不同性质的几种物质粒子，或者是同一种粒子组成的差别相当微小的具有不同质量的粒子。

我们相信，随着人类认识的深化，科学技术的发展，中微子之谜终究是会被攻破的。



正电子 ( Wed, 9 Apr 2008 16:01:32 +0800 )
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所谓正电子，基本粒子的一种，带正电荷，质和电子相等，是电子的反粒子。也叫阳电子。最早是由狄拉克从理论上预言的。1932年8月2日，美国加州工学院的安德森等人向全世界庄严宣告，他们发现了正电子。其实在安德森之前，曾有一对夫妇科学家——约里奥·居里夫妇（皮埃尔·居里夫妇的女婿与女儿）首先观察到正电子的存在，但他们并未引起重视，从而错过了这一伟大发现。这对居里夫妇也为人类作出过杰出贡献，他们除错过了正电子的发现外，还同样错过了中子的发现及核裂变的发现，以致于三次走到诺贝尔物理学奖的门槛前而终未能破门而入。但因他们在放射性方面的杰出贡献，他们仍获得了1935年的诺贝尔化学奖。

正电子，其质量为m=9.1×10-31千克，电量为g=+1.6×10-19库仑，自旋与电子相同。正电子是如何被检测出来的呢？这就要借助于电磁场中的云雾室了。

我们知道，每一种物质都存在饱和蒸汽压，当外界压强大于该物质的饱和蒸汽压时，这种物质的蒸汽就开始凝结成液滴。但是如果蒸气很纯净，这时即使外界压强超过了它的饱和蒸汽压，蒸汽却不会自动凝结，这就成了过饱和气体。如果这时在过饱和气体中加上一个很小的扰动，如带电粒子的存在或其它杂质的存在，气体就会以这个杂质为核心迅速凝结成小液滴。因此当带电粒子在过饱和蒸汽中飞行时，蒸汽就会沿着粒子飞行的径迹凝结，从而我们通过观测这些液滴的轨迹，就可以知道粒子的运动情况，这就是云雾室，是由著名物理学家威尔逊发明的。

正电子的发现也是利用云雾室来观测的。在云雾室中充入过饱和的乙醚气，当物质放射出正电子时，正电子穿过云雾室，在正电子运行轨道中出现液滴线，通过外加磁场测量

正电子的偏转方向及半径就可以知道它的带电符号，及荷质比（带电量与质量的比值）从而确定正电子的性质。正电子的发现开辟了一个新的研究领域，即反物质领域的研究。

正电子（Positron,e+），又称阳电子

正电子是电子的反粒子，除带正电荷外，其它性质与电子相同。正电子是不稳定粒子，遇到电子会与之发生湮灭（Annihilation），放出两个伽玛光子(gamma ray photon)，每个能量为0.511*10^6 eV 。当正电子与原子核接触时，就会与核外电子发生湮灭，这就是阳电子炮的原理正电子不是地球上物质的基本成分.正电子虽然比较稳定,但一碰到电子就会很快湮灭而转变为光子,所以不容易观测到.

正电子的发现使人联想到是否存在反质子,反中子......,现在已经证实每种粒子都存在一种和它对应的反粒子

有人设想,用反粒子制造反物质(例如反氢原子),上述等粒子体的获得,是向制造反氢原子迈进的很大的一步.物质和反物质的结合中(湮灭中),可释放大量的能量(比核能高几个数量级),未来宇宙飞船有可能携带某种物质和这种物质的反物质作为能源.

若要实现人类载人火星探索的伟大梦想，我们需要数吨化学燃料，相反，若使用反物质，则仅需数十毫克，理论速度极限可达光速的十分之一。然而，事实上，这种动力的诞生也伴随着代价。有些反物质的反应会生成大量高能伽马射线。伽马射线就如同照射在类固醇上的X光一样，它们能穿透物质，分解细胞内分子，因此，它们会对人体有害。另外，高能伽马射线由于会使制造发动机材料的原子破裂，会让发动机本身也具有放射性。

美国正在开发反物质飞船，现在已有原型机ＬＹ，但没法坐人，放上去试验的生物，各位绝对猜不出结果，不仅仅是死亡，是神秘地消失了，不存在，仪器测出这些生物都变成伽玛射线了，这么夸张的飞船哪个飞行员敢上去．

正电子的发现

正电子虽然有了理论预言，但在实验上还未发现。当时科学界与现在科学界追求发现新粒子的风气不同，不轻易承认新粒子的存在。那时带正电的粒子只有质子，所以有人认为狄拉克方程中所出现的带正电的粒子很可能就是质子，不然为什么在实验上没有发现呢？这个想法包括狄拉克本人也曾有过。

时隔不久，1932年狄拉克的预言很快被实验证实了，那是美国物理学家安德森（1905—1991）在研究宇宙射线在磁场中的偏转情况时发现的。当时，他正同密立根（基本电荷的测定者）一起研究宇宙线是电磁辐射还是粒子的问题。那时大多数人同意康普顿的论证，认为宇宙射线是带电粒子，密立根对此很不满意。安德森于是想弄清楚进入云室的宇宙射线在强磁场作用下会不会转弯。他在云室中拍摄了一张照片，这张照片使他一夜没合眼。他发现，宇宙射线进入云室穿过铅板后，轨迹确实发生了弯曲，而且，在高能宇宙射线穿过铅板时，有一个粒子的轨迹和电子的轨迹完全一样，但是弯曲的方向却“错”了。这就是说，这种前所未知的粒子与电子的质量相同，但电荷却相反，而这恰好是狄拉克所预言的反电子。当时安德森并不知道狄拉克的预言，他把所发现的粒子叫做“正电子”。第二年，安德森又用γ射线轰击方法产生了正电子，从而从实验上完全证实了正电子的存在。从此以后，正电子便正式列入了基本粒子的行列。

正电子的发现，引起了人们极大的兴趣。很快就查明，正电子不但存在于宇宙射线中，而且在某些有放射性核参加的核反应过程中，也可以找到正电子的径迹。实验发现，利用能量高于1兆电子伏的γ射线辐射铅板、薄金属箔、气态媒质等都有可能观察到正电子的出现。而且正电子总是和普通电子成对地产生，它们所带的电荷相反，因而在磁场里总是弯向不同的方向，此外，电子对湮灭成光子对的说法也得到实验证实。

电子对的产生及湮灭使人们对基本粒子的认识发生了重大的变化，人们不得不重新考虑究竟什么是基本粒子问题。本来基本粒子意味着这些粒子是构成物质最基本的、不可再分的单元，象电子这样的基本粒子既不能产生，也不会消灭。但现在发现在适当的条件下，正、负电子对可以成对地产生或湮灭，也就是说可以相互转化。物质的各种形态可以相互转变，这在认识上无疑是个巨大的飞跃。在这以后又发现了更多的反粒子，因而更多的事实反复证实了这一规律。

1936年，安德森因发现正电子而获得了该年度的诺贝尔物理奖，时年仅为31岁。



光子 ( Wed, 9 Apr 2008 15:55:51 +0800 )
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原始称呼是光量子（light quantum），电磁辐射的量子，传递电磁相互作用的规范粒子，记为γ。其静止量为零，不带荷电，其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，ε=hv，在真空中以光速c运行，其自旋为1，是玻色子。早在1900年，M.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一份的能量为hv；1905年A.爱因斯坦进一步提出光波本身就不是连续的而具有粒子性，爱因斯坦称之为光量子；1923年A.H.康普顿成功地用光量子概念解释了X光被物质散射时波长变化的康普顿效应，从而光量子概念被广泛接受和应用，1926年正式命名为光子。量子电动力学确立后，确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用，正反带电粒子对可湮没转化为光子，它们也可以在电磁场中产生。

光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少与波长相关, 波长越短, 能量越高。当一个光子被分子吸收时,就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的分子就从基态变成了激发态。

光子具有能量，也具有动量，更具有质量，按照质能方程，E=MC^2=HV,求出M=HV/C^2,

光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质量。