产生算符和湮灭算符，电子与核的库仑力是由于电子与核交换虚光子实现的。虚光子在传播过程中产生虚的正负电子对，电子对再湮灭为虚光子，

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科普连载之十七：演化规律2

(2007-08-27 17:44:05)
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     20多年后，实验物理学家终于找到了狄拉克方程无法解释的实验：电子反常磁矩和兰姆移位。这并不是说相对论的基础——相对性原理错了，而是我们将库仑场想象的太简单了。在这两个实验的基础上建立了更精确的（也可以说是目前为止最精确的）理论：量子电动力学。该理论指出，电子与核的库仑力是由于电子与核交换虚光子实现的。虚光子在传播过程中产生虚的正负电子对，电子对再湮灭为虚光子，此过程称为真空极化。真空极化的屏蔽作用导致了兰姆移位。电子运动中会发出虚光子，然后再吸收它，表现为电子与它自身的电磁场发生相互作用，从而改变电子的固有磁矩。实验观测到的g因此并不是狄拉克方程预言的2，而是2.002319304376（8），与2的相对偏差为0.001159652188（4）。量子电动力学预言的相对偏差为：0.001159652133（29）。物理学家们以此为基础又建立了相对论量子场论。
 
    人们在宇宙线、加速器、对撞机中发现了种类繁多的“基本粒子”，尤其是对撞机中，新粒子总是在高能对撞中产生。这是薛定谔方程无法解释的。在粒子数表象中，有两个很重要的算符：产生算符和湮灭算符。在薛定谔方程中这两个量总是成对出现的，即粒子在一个能级上湮灭后在另一个能级上产生，粒子数是守恒的，不会产生新的粒子。而通过求解狄拉克方程或KG方程可知，若有足够的能量，可以形成正负粒子对。比如，能量大于两倍电子静止能的光子可能会在重原子核附近形成正负电子对（之所以要在重原子核附近是要保证整个体系的能量动量守恒，因为按守恒律的要求，孤立的光子即使能量再高也不会转化为其它粒子）。早在安德森发现正电子之前，我国物理学家赵忠尧就已经通过高能γ射线与铅的相互作用观测到这一过程，但是由于当时的一些混乱和几个干扰实验，赵忠尧错失了发现正电子的机会，也与诺贝尔奖失之交臂。按量子场论的观点，真空是一切粒子的基态。若在小范围内存在足够的能量，则可能会激发出各种各样可能存在的粒子。
 
    本节我们提到在对撞机中发现了种类繁多的“基本粒子”，我们自然会问，这些粒子真的是基本的吗？当我们发现了越来越多的元素，并发现了元素周期律后，会很自然的问一句：原子真的不可再分吗？同样，我们完全有理由追问一句：“基本粒子”真的不可再分了吗……  
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