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世紀至今，物理學家們從不同角度，采用不同的方法，不斷的來對它進行實驗檢驗。軸子理論和軸子的探測是當今理論物理學和天文學領(lǐng)域研究的熱點。分子手性的研究和應用在新世紀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)來對等效原理進行實驗檢驗是一種實際可行的新想法。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驗檢驗是必要的。
　　 本文作者在劉中柱教授的悉心指導下圍繞著“手性分子和手性晶體與無手性物質(zhì)之間由交換輕贗標量粒子（軸子）而誘導產(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展

3、；深入學習高等量子力學，量子場論，粒子物理和標準模型等專業(yè)課程，驗算性推導費米子間由軸子傳遞的相互作用勢能公式，標量頂角和贗標量頂角表達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式。它實際上是一種二階效應，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且有效估計它的量級，我們結(jié)合具體可能的實驗情況，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）之間的宏觀力進行了定量的計算。由于宏觀力表達式中矩陣元乘積的實和項的計算很復雜且是模型依賴的，因此要尋找適當?shù)暮唵蔚哪Ｐ?，采用合理的近似方法，才能對這種宏觀力進

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量粒子（軸子）而誘導產(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量粒子（軸子）的相互作用力。根據(jù)目前已發(fā)表的對標量-贗標量耦合常數(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低于目前先進的弱力探測工具（超導扭秤）的探測范圍。我們進一步分析了研究過程中所運用的計算方法和得到的結(jié)果，探討了這種力對引力實驗和等效原理檢驗的可能影響。(4)最后，國際上已有實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)他們的實驗結(jié)果和實驗精度給出了軸子與物質(zhì)耦合的強度的限制。我們認為他們采用的有效勢不一定能恰當?shù)拇嬲鎸嵉那闆r。所以我們實事求是的研究了順磁鹽TbF3與