dir's blog on elementary particle physics

higgs 粒子发现前的忐忑

2011-10-25T01:33:00.001-07:00

现在是2011年10月25日， lhc 实验正在寻找 higgs 粒子，近几个月将会有初步结果出来，最终结果将会具有历史性意义，为此写下这段时间的忐忑心情。（此贴将不断更新）

我一直认为，higgs 粒子的质量是在（140-145）gev之间，而且粒子物理的标准模型完全正确，也就是说超对称之类的新物理不会在 lhc 上被发现。

higgs 中文翻译是希格斯或黑格斯。在7月份 grenoble 的欧洲物理学会高能会议上，atlas 和 cms 实验组报告了在143 gev 的标准模型 higgs 质量 m_h 的迹象，可是在随后8月孟买的轻子-光子会上，在有了更多数据后，该迹象变得模糊了。目前所有实验的总结果是：115 gev < m_h < 145 gev；标准模型的量子力学效应暗示 m_h 在80 gev 一百多也行。由于 higgs 迹象的不清，有人猜测或许 higgs 粒子不存在，或存在于最难找的地方如120 gev （那是超对称喜欢的）。现在 lhc 上找 higgs 的方法主要是看它衰变到两个 w 粒子（其中一个是虚的），然后 w 衰变到电子之类加上中微子。因为中微子不能直接测量，这种方法定出的质量范围会有较大误差。真正好的衰变模式是到两个 z 粒子，z 再衰变到电子之类，没有中微子，但是这个模式得数据量很少。有人在综合分析 atlas 和 cms 关于 h --> zz* --> 4 轻子的数据后，似乎仍有140 gev higgs 的迹象，见：
http://blog.vixra.org/2011/09/18/higgs-days-at-santander/
当然我们还要等真正实验的结果。

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更新（11月6日）：大家都在期待本月14日在巴黎开始的强子对撞机物理-2011会议，在16日有关于标准模型 higgs 的实验报告，还有一个理论报告，该报告的题目是没有标准模型 higgs 的情况。这个安排引发猜测，是不是 cern 已经知道 lhc 什么结果了？标准模型 higgs 不对？甚至是 higgsless？我不认为这样。上周 "nature＂杂志有一则新闻关于 higgs，提到有分析 lhc 实验的人说 higgs 质量在120 gev。也有传言说有三轻子事例的超对称现象有信号出来。最近在 arxiv 上有几篇超对称的理论文章，这几篇章文章都讨论 effective susy 做为新物理的可能性。

在超对称方面，我觉得 r-宇称破坏现在应该被认真考虑，信号应该是多喷驻加多轻子事例，没有大的丢失能量。这和所谓的 lepto-quark 的物理是一样的。

最后说一点儿 higgsless，很多人不知其为何物。technicolor 就是最简单的 higgsless 模型。

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更新（11月20日）：强子对撞机物理-2011会议关于 higgs 的报告推迟了一天，似乎是因为 opera 超光速中微子的实验，那个实验在时间测量的系统误差方面作了改进，重复实验，结果仍然超光速。我是不信的，“超光速”应该有其他原因，理论上也没有令人满意的解释。

关于标准模型 higgs，结果和我期望的相反。经过 cms 和 atlas 两个实验组对其在夏天的报告的数据（2.3 fb^{-1}）结合，higgs 的质量上限已经下到141 gev（95%的置信度）。我期望的（140-145）gev 区间快关闭了，有些失望。（如果以90%的置信度，上限就是132 gev，我的预期完全错误）。实验上仍看到一些信号超出，疑为 higgs 所造成，否则的话，其上限将是125 gev。

这次会议上 lhc-b 实验倒是有些新物理，d 介子衰变到 k+k-，pion+- 的 cp 破坏好像大于标准模型预期，3.5 sigma。我也不相信这会是真的新物理。

关于 higgs 的质量，还要等分析更多数据后的结果，这次结合的结果仅是基于轻子-光子会上结果用到的数据。现在 lhc 已经有5
fb^{-1} 的数据了。

下个月12-16号，cern council week 上，higgs 的结果应该有较大更新。有传言说两个实验组从 zz*-->4l 上一个没看到一个看到微弱地 higgs 的信号。现在有实验家说 higgs 质量是119 gev。

等吧。

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更新（12月2日）：higgs 的传言仍是以及120 gev 为主，也有说是没有迹象（听说参加 lhc 实验的人说 h-->2光子没有 higgs 的信号）。我喜欢的140 gev 甚至141 gev 仍然成为可能，见路透社报道：
http://www.reuters.com/article/2011/11/24/us-science-higgs-idUSTRE7AM2FF20111124
和 vixra 网站：
http://blog.vixra.org/2011/11/21/where-does-higgs-fit-best/

在理论家的眼里，目前的实验状态给出的信号因其偏见不同而不同。喜欢超对称的人看到了120，反对人择原理的人看不见140。141是高能标超对称的唯一预言（误差为1 gev），而高能标超对称就必然意味着要用人择的观念理解电弱能标。如果你既反对电弱标度的超对称，更反对人择原理的话，那你就会倾向于认为没有 higgs。

在本月13号，在 cern 的会议上将有关于 higgs 的新实验结果宣布，上午是 dg 的报告，内容是传达寻找 higgs 的情况，下午2:00是 atlas 和 cms 的正式报告，关于标准模型 higgs 的新结果。对应的北京时间大概是晚上11:00。

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更新（12月3日）：终于有传言出来：higgs 质量在125或126 gev，通过双光子过程看到，见 gibbs 的博客，
http://blog.vixra.org/2011/12/02/higgs-rumour-anaylsis-points-to-125-gev/
其主要点是从各方面看这个传言像是真的，因为 cern dg（总主任）说这次的结果仍将不是决定性的，如果是140 gev，数据量够应该能一锤定音，但是125处现在的数据量不足以有5个标准偏差的精度；而且140处能用 zz*-->4l 看的很清楚，而125处则不行，125处恰好只能用双光子。所以各种传言一致，但是这似乎和费米实验室 tevatron 上的实验不一致。

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更新（12月6日）：现在的传言是 atlas 的125 higgs 信号已经到达3.5标准偏差。

对于目前的传言，也是有疑点的：gibbs 在其博客上，还有一位叫 dude 的跟帖，还有同事 yq 都说过。那就是为什么2.3/fb 的数据没有信号，而5/fb 就有明显信号？数据只是多增大了一倍多。3.5个标准偏差是否太强了？我突然想起几个月前在北大听到从双光子道看见120多 gev 的 higgs，是 atlas 的一个小组分析的。记得 lep2 上的 aleph 曾分析出 higgs 质量为了115 gev。如果115不可靠，125就可靠？我当时问 tao 哥的看法，他嗤之以鼻地说，lhc 上的光子多极了，谁知道它们是哪里来的。

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更新（12月7日）：毕竟 cern 的 dg 说了这次还是不能给出 higgs 存在与否的结论性判定，那么 higgs 不存在对应什么样的理论？这里要分两种情况。一是 higgs 机制本身是错误的；二是 higgs 粒子非常重，现在看不到。

其实从一开始就有理论家探讨希格斯机制不对，而研究规范对称明显破缺的情况，以前吉林大学就有一位这样做的教授。这类探讨的主要理由之一是希格斯玻色子从来没有被观测到过。其实这是没有道理的，因为希格斯现象已经确实被看到了，在超导现象里。超导现象就是一种黑格斯机制：在超导体内由于声子的作用电子对儿束缚在一起成为一个玻色子，即库伯对。在足够低温，玻色子会发生凝聚，这样就在超导体内形成一个新的真空，这个真空破坏电磁对称性，因为库伯对带有两个电荷。电磁对称性自发破缺导致光子带有质量，光子就会衰变，如同 w 或 z 有质量要衰变一样。这样超导体内就没有电磁场，这就是迈斯纳效应，光子质量分之一就是超导体的表面穿透深度。库伯对就是黑格斯场。

所以，在自然界黑格斯机制的确发生过。那么为什么电弱对称性就不能自发破缺呢？这是一个很漂亮的思想啊！但问题是，在这种情形下什么是对应的声子场呢？一种答案就是由一种超强的新相互作用产生，这种超强相互作用使得一些费米子两两结合成对，导致类似于超导现象的电弱对称性自发破缺机制。这就是所谓的 techni-color 理论。在这个理论里，希格斯粒子质量约为600多 gev。这样的理论就是我上面说的第二种情况，即黑格斯粒子很重。

我老跟人说的一件事是，如果我学完了标准模型，但是别人都不告诉我标准模型之后所有的实验和理论进展，让我猜下一个阶段粒子物理的方向，我肯定会说是 techni-color。这是一个具体实现对称性自发破缺很漂亮的想法。

可惜的是，对标准模型的精确检验实验，并不倾向于 techni-color 理论。该理论本身也存在诸多问题，如费米子质量产生问题，特别是那么大的 top 夸克质量如何产生。在你不断涂改这个漂亮的模型时，你就发现你把美女改成张飞了。

即便不用新的相互作用产生动力学的电弱对称破缺机制，我们也可以设想宇宙中存在一种（或多种）标量场，这些场导致电弱对称性自发破缺。至于这种场是怎么来的，可以留待以后讨论。比如在超对称理论里，玻色子和费米子相伴出现，玻色子是基本的，本来就有，可以考虑用作黑格斯场。总之有了这样的任意性，黑格斯粒子可以轻下来。

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更新（12月8日）：在六十年代末，weinberg、salam 把 higgs 机制应用到电弱对称自发破缺时，higgs 场仅仅就是作为基本的标量场来用的，并不管它是怎么来的。在完整确立标准模型后，higgs 的根源问题才指引着大家走到现在。在那时，higgs 标量场其实是被看作某种有效场来看待的。这种做法是源于 j. goldstone。从凝聚态物理中借用过来（整体）对称性自发破缺的思想后，nambu 也是用类似于库伯对的想法讨论问题。在nambu 之后，goldstone 引入标量场有效地取代了库伯对，使得很多问题大为简化。这就是为什么有 nambu-goldstone 玻色子（甚至只被简称为 goldstone 玻色子）、nambu-goldstone 定理等术语。

前些天有些博客上热烈讨论 salam 该不该得诺贝尔奖的问题，似乎 weinberg 才是建立标准模型最主要的人。其实这种看法都是物理不好的人才会有的。在建立标准模型得过程中，最重要的思想、最重要的做法就是用杨振宁-mills规范对称原理来统一理解电磁相互作用和4费米子弱相互作用。这是极为不平凡的看法。这种看法只在当时极少的几个人头脑里才可能有：杨振宁、mills、julian schwinger、glashow、gell-mann。而真正有的只是 schwinger 和他的学生 glashow，后者后来写出了正确的电弱统一规范对称结构。我相信这也是 gell-mann 很推崇 glashow 的原因。（glashow 推崇的人是 andy cohen，不是现在普林斯顿或哈佛的人哦。cohen 做过 effective susy 和 little higgs 等。）weinberg 和 salam 的工作就是把 higgs 等人发现的自发对称破方法用于 glashow 的模型，这样整个理论-标准模型-就完整了（当时还是有反常哦）。当然 weinberg 功底深厚是量子场论的最大家之一，可能只有 witten 不比他差。话又说远了。

希格斯粒子也被叫做上帝粒子。

“上帝粒子”的叫法源于 leon m. lederman。他被认为是当代最好的高能实验物理学家，有好几项一流的工作，其中一项让他和同事们获诺贝尔奖。他写了一本非常值得一读的高能物理科普，就叫《上帝粒子》。这个名字容易令人误解，但是我觉得它或许有意味，它有终极的意思，即这是粒子物理能发现的最后一个粒子。（如果不久 lhc 上发现很多新粒子，那这个名字就确实不该叫。）

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更新（12月10日）：在 yahoo! 的新闻里有一则联合通讯社的文章，明确说这次新结果将把 higgs 的质量上限下移。我估计这个上限将变为 130 gev。很多人会认为这是 tev 超对称，对我则是难以理解的事，tev 超对称是如此难看。难道这个125会意味着更深的事情？

所谓 higgs 机制是指规范对称性自发破缺时，相应的整体对称性自发破缺产生的零质量标量粒子被矢量场吃掉，使得原本是零质量的矢量场在破缺后得到质量。这是 peter higgs 和 francois englert、robert brout 分别发现的在1964年发现的（后一组人不是按姓氏笔画排名的）。还有一组人：guralnik、hagen 和 kibble 稍后也有类似的工作。他们都是基于 nambu 关于整体对称性自发破缺的工作。这些都是在相对论量子场论框架下做的。在更早之前，anderson 关于超导的工作已经有了一样的物理结果，只不过是在非相对论的情况下。这些我在前几天说过。nambu 就是从 anderson 那里学的。令我奇怪的是，为什么 nambu 自己没有做出这个发现。这个机制可以不仅仅限于规范对称性自发破缺的研究，还可以用来讨论其它对称性的自发破缺。李政道先生就用这个机制首先提出 cp 自发破缺。

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更新（12年1月8日）：12月13日，atlas 和 cms 公布了结果：标准模型 higgs 质量范围只剩下：116-130 gev，有可能在125 gev（atlas 2.3、cms 1.9标准偏差）。

实验上如何理解以前的143 gev？按照 gibbs，未必是测错了或统计涨落，可能是因为 ww* 道的误差太大，造成一些误判所致。理论上，如何理解这个125？我一直觉得困难。虽然标准模型仍然很好地成立，但这个质量既不是低能超对称，也不是高能超对称所能简单理解的。我想这还是意味着在不很高的能量标度会有新物理出现，根据稳定性要求应该在10^{11} gev 以下。

好像有一个伟大的工作

2010-01-06T20:58:00.000-08:00

http://arxiv.org/abs/1001.0785

电子质量的电磁起源问题

2009-12-19T21:30:00.000-08:00

带电粒子可以是无质量的。但是其自身电场不是可以导致其内禀质量吗？电子的质量是否有电磁起源？在费曼的讲义中专门有一章，结果是没有什么结论。我一直很看重这个问题，我认为这个问题是任何喜欢物理的学生都应该问和想的问题。

如果只是在经典的非相对论的框架内看此问题，电子质量和其电场能量互相独立，没有上述问题。但是如果在经典的相对论的框架内看（电磁学本质上是相对论的），根据质能关系，电场的能量总可以折合成（一部分）电子静止质量。根据库伦定律，这个电磁质量与电子的半径成反比。如果电子半径为零，则此电磁质量是无穷大的，所以说有线性发散。根据实验测量的电子质量 m=0.51 百万电子伏特，如果认为此质量全部起源于电场能，电子的半径大概是 10^{-13} cm。目前实验测的电子的半径 r<10^{-17} cm，所以电子质量的纯电磁起源肯定是不对的。

但是，即使在 10^{-13} cm 的尺度上，还有一个重大的事情没有被考虑！那就是量子力学。因为量子力学告诉我们在真空中可以很短暂的出现一对儿正负电子和一个光子，这个现象发生的尺度为 h/mc ~ 100x10^{-13} cm。所以在 10^{-13} cm 的尺度上，我们早就应该用量子力学来考虑电子质量了，只用上面说的，直觉的，经典物理的图像是不够的。

注意这里的量子力学效应是不可避免的。假设，虚拟语气，在另一个宇宙里电子的质量是 0.51 千电子伏特，假设它的纯电磁起源，那里的人们得到电子的半径为 10^{-10} cm，但是这时量子力学效应要出现于 100x10^{-10} cm。

所以，无论如何，我们都要用量子的相对论的框架来考虑电子质量问题。1939 年 v.f. weisskopf 用相对论量子力学计算了虚的正负电子对儿和虚光子贡献的电子质量，发现此贡献抵消了上面由电子电场能量算得的电子质量！抵消完后，与电子半径成反比的电磁质量项没有了，剩下的电子电磁质量项是对数依赖于电子半径的（如果认为电子有半径的话）。从“发散“这个问题的角度看，前面说的线性发散被抵消掉了，也就是说，电磁相互作用不会导致电子质量有线性发散。

最后我们来看看对数性的电子电磁质量项。它的形式约为 alpha/4 m ln(mr)，其中我用到自然单位。从这一项的形式我们就可以推断，电子的质量主要是非电磁起源。因为，如果 m=0，则上述对数性的电子电磁质量项为 0；只有 m 不等于 0，电子电磁质量项才不是 0。所以电磁质量只能看作是在非电磁起源质量基础之上的修正项。另外，即使 r 很小在这里也不是大问题，因为质量修正对 r 的依赖仅是对数的。回到我一开始的说法，带电粒子可以是无质量的，即 m=0，电磁作用修正也为 0。

这些相对论量子力学的结果与现代量子场论的结果一致。我们知道电子质量起源于 yukawa 相互作用，电子质量会有对数发散，dirac 费米子在 0 质量的时会出现手征称，该对称保护它自己，不让它自己得到质量。

参考文献：

[1] 费曼物理学讲义，第二卷，第28章。

[2] 卢昌海，质量的起源(二)，

http://www.changhai.org/articles/science/physics/origin_of_mass/2.php

[3] h. murayama, arxiv:0709.3041.

有关暗物质的小道消息

2009-02-24T09:43:00.000-08:00

fermi/glast卫星好象否定了egret小组观测到的伽玛射线的超出，也就是说egret看到的暗物质被否定了。egret在05宣布其对银河系中心附近光子的观测，发现10-50Gev能量的光子多出来，应该是65Gev的参加弱作用的暗物质粒子湮灭到光子的所为。更为灵敏的 fermi/glast卫星上天后，将对egret的结果给出判决。现在已有消息传出，他们没有看到egret的结果。

清华大学/高能所一个小组用自己的方法从新分析了wmap的原始数据，得到一些新结果。暗物质的丰度和其它实验符合得更好；特别是所为四极矩没有了。后者意味着宇宙暴涨图像完全没有问题。

大家已知atic和pamela实验观测到的正电子超出，既可以用暗物质、也可以用某些天体物理现象来解释。云南大学的研究者说他们早在2000年就知道卫星实验看到的正电子超出可以用脉冲星释放的正电子来解释。

新物理喽！又来新物理喽！

2008-10-31T11:29:00.000-07:00

昨天，Tevatron 上的CDF公布论文，发现了多mu子反常事例。Tevatron质子-反质子对撞中产生两个以上的低横动量muon（mu子）的事例和目前理论的计算不一致。这是CDF合作组很仔细的一项研究。此结果有可能意味着有新物理。更仔细的解释见：
http://dorigo.wordpress.com/2008/10/31/cdf-publishes-multi-muons/
和
http://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/

这到底是真的新物理信号吗？如果不是，那么如何用已知物理来解释它将是不容易的。其实在宇宙线实验中早就存在类似反常。早在LEP实验运行前，ALEPH合作组观测宇宙线本底时就发现有上百个mu子穿过该探测器的事例。但这些事例从来没有得到过解释。

如果这是真的新物理信号，理论解释似乎不会简单。有人说nima arkani-hamed及其合作者最近关于暗物质的新理论和此事有关。我们正在看他们的文章。近二十年来，声称新物理（包括higgs）的实验不断，就像所谓革命一样，一会儿就来一次，总共不下20起，最后都消失了。比如以前较热的muon g-2因子的测量，据说现在也和理论预期只有1.7个标准偏差了，也就是说基本不成其为新物理的证据了。

超对称存在吗？（Is Nature supersymmetric?）

2008-04-26T09:25:00.000-07:00

超对称性是一种关于时空的对称性，它将费米子和玻色子联系在一起 [1]。以自旋为1/2的电子为例，如果自然界有超对称，则存在自旋为0的、电荷和质量与电子一样的基本粒子。自旋为0的电子没有被观测到过。显然，超对称性还只是一个理论构想。但是，鉴于其美妙的数学物理结构，超对称会不会是自然界的一个基本对称性呢？只不过它以某种方式被掩盖起来了？

对上述问题的肯定回答，需要看超对称能不能很好地解释现在描述自然的理论所不能解释的实验，或解决该理论内在的理论问题。目前描述自然之基本理论是基本粒子物理的标准模型和关于万有引力的广义相对论。标准模型是具有SU(3)xSU(2)xU(1)规范对称性的量子场论。它几乎与目前所有的物理实验（能量约为千亿电子伏特以下），包括欧洲核子中心的LEP 实验和美国费米实验室的TEVATRON实验，相符合。

但是这个标准模型不会是所谓最终理论。基于规范理论的成功，把三种规范相互作用（SU(3)，SU(2)和U(1)）统一起来的大统一理论，如SU(5)或SO(10)被提出。在极高的能量-十亿亿亿电子伏特（十亿电子伏特约为一个氢原子质量）-时，三种相互作用是统一的。从大统一理论，或其他高能理论，的角度看，标准模型最主要的理论问题是电弱对称自发破缺的自然性问题。电弱统一理论引入了标量粒子-希格斯粒子。这种粒子的质量约一千亿电子伏特。可是从量子力学的角度我们预期这种标量粒子的质量应与大统一的能标相关，即为十亿亿亿电子伏特，否则理论非常非常不自然。要让希格斯粒子的质量稳定在千亿电子伏特左右，在万亿电子伏特的能量时必须引入超对称 [2]。希格斯粒子质量的量子修正来自两类：高能玻色子的贡献和高能费米子的贡献。这两类贡献一正一负，一般不相等。超对称性则保证它们刚好相抵消。也就是说，超对称如果出现在万亿电子伏特的能量上，电弱理论的自然性问题就得到了解决。

另一方面，理论上广义相对论和量子力学存在矛盾，虽然实验上广义相对论不与直接观测有偏离。引力量子化的主要方案-超弦理论-要求自然必须是超对称的，在能量标度为万亿亿亿电子伏特时。由于量子引力理论还未被真正建立起来，超对称在什么能量标度下破缺仍然不能从超弦方案得出。

粒子物理要求的超对称引起了人们极大的兴趣。寻找在万亿电子伏特的能量上出现的超对称是高能实验-如正在欧洲核子中心建造的大型强子对撞机 LHC 实验-的主要目标之一。理论上也有许多问题值得深入研究，如超对称的破缺问题等。虽然没有直接找到过超对称粒子，但超对称要求较重的顶夸克与实际情况一样；其预言的轻的希格斯粒子是精确的电弱实验数据所要求的；LEP实验也间接支持超对称大统一。在高能天体物理和宇宙学方面，SO(10)大统一理论由翘翘板机制可以给中微子极微小的质量；它还能解释宇宙中正反物质不对称问题；超对称可以自然的允许暗物质的存在。

当然，也许未来的实验找不到粒子理论预期的超对称。那么超对称会不会有其它的用途呢？比如它会不会和宇宙学常数问题相关呢？

参考文献：

[1] J. Wess and J. Bagger, Supersymmetry and supergravity, (Princeton University Press, Princeton, 1983).

[2] M. Dine, Supersymmetry Pheomenology (with a Broad Brush), in TASI 96, (World Scientific, 1997), p.813.

杨-mills理论渐进自由的历史的新闻

2008-03-23T11:42:00.000-07:00

在3月18日出的预印本（物理学史部分）中有一篇andrey grozin的文章，《渐进自由：历史和解释》。文章说早在politzer（73）， gross 和 wilczek（73）之前，i.b. khriplovich于1969年在苏联就已经发表了完整推导杨-mills理论的贝塔函数，即得到了渐进自由的文章。更有甚者，v.s. vanyashin 和m.v. terentev在1965年就在苏联发表了其得到的杨-mills理论的渐进自由，只不过他们的理论出发点有疵瑕，但该疵瑕不影响结果。

andrey grozin是量子色动力学专家，来自俄国，现在德国工作。

这是我第一次听说此事，以前只知道't hooft在72年得到渐进自由。grozin文章中还引用了来自俄国的著名物理学家mikhail shifman的一篇文章，似乎shifman也提到了在politzer， gross 和 wilczek之前，有三次发现渐进自由的机会。此文未现网络，我不能肯定它指哪三次。

politzer， gross 和 wilczek因为渐进自由获2004年诺贝尔奖。我在以前的文章中评论过：

http://bbs.oursci.org/showthread.php?s=&threadid=4310
或
http://dire2.blogspot.com/2006/02/n-qcd.html

介绍粒子物理理论研究

2008-03-23T11:32:00.000-07:00

粒子物理学是研究基本粒子及其相互作用的学科。它是狭义相对论和量子力学结合的结果，也叫量子场论。由于涉及相对论性能量高的粒子，所以又称为高能物理。基本粒子是目前人们知道的（即在千亿电子伏特能量尺度以下）构成物质的最基本的单元，比如电子，光子、夸克等。除了万有引力，它们的相互作用有三种：电磁相互作用，弱相互作用和强相互作用。目前人们已经发现了描述这些相互作用的理论：SU(3)xSU(2)xU(1)规范对称场论。它被称为粒子物理学的标准模型，其中SU(3)描述夸克间的强相互作用，叫量子色动力学（QCD）。SU(2)xU(1)是电磁与弱相互作用的统一理论。标准模型的建立是二十世纪物理学的最大成就。它几乎与目前所有的实验，包括欧洲核子中心的LEP实验和美国费米实验室的Tevatron实验，相符合。

为了进一步检验和理解标准模型，随着实验精度的提高，我们需要做尽可能精确的理论计算。计算的困难在于非微扰QCD。QCD的的一个极重要的特点来自于对其量子性质的研究：夸克之间靠得越近，它们的相互作用就越弱。这个特性叫做渐近自由。距离近，也就意味着夸克的能量高。渐近自由也就是说夸克胶子的能量越高，它们的相互作用就越弱。对QCD来说，所谓高能是指能量远大于3亿电子伏特。相互作用一弱，理论家们就可以进行计算了。如同在电磁学里人们用小常数1/137做微扰展开，在高能时我们也用QCD的相互作用常数做微扰论计算。但是对QCD仅会微扰计算是不够的，要证明QCD确实是关于夸克胶子相互作用的正确理论，这个理论必须解释为什么单个的夸克和胶子从来没有被看到过。不仅夸克禁闭, 质子和中子的质量等很实际的问题也都应从QCD直接计算出来。这些问题难倒了所有人，至今没有完全解决。它们涉及的典型能量是3亿电子伏特，此时的夸克胶子的相互作用非常强, 表征其强度的相互作用常数比1还大，理论计算不能用微扰论，我们需要研究、应用QCD的非微扰计算方法。

粒子物理标准模型不会是所谓最终理论。目前的中微子振荡观测意味着中微子有极小的质量；天体物理观测要求宇宙中弥漫着暗物质；费米子（如电子，mu-子，tau-轻子等）质量不同的原因；CP破坏的起源；宇宙中重子数不对称；宇宙暴涨的微观机理；特别地，LEP实验间接表明可能在极高能量标度（10亿亿亿电子伏特），上述三种相互作用是统一的。这些都需要对标准模型进行发展。我们正在深入研究这些问题。

扩展标准模型遇到最主要的问题是电弱对称自发破缺的自然性问题。电弱统一理论引入了标量粒子-- 希格斯粒子。这种粒子的质量约一千亿电子伏特。可是从量子力学的角度我们预期这种标量粒子的质量应与下一个超出标准模型的新物理出现的能标相关，比如在大统一理论，该质量应为10亿亿亿电子伏特，否则理论就不自然了。要让电弱理论自然，在万亿电子伏特的能量下就必须出现新的物理现象。那将是什么样的新物理呢？这是我们最想知道的。以电弱对称破缺的自然性问题为导引，人们对新物理目前主要有三类猜测。第一，希格斯粒子是复合粒子。第二，新的对称性保证了小的希格斯粒子质量：这个对称性就是超对称，它可以和大统一理论有机的结合起来。第三，额外空间维度：把我们生活的四维时空嵌入高维时空。除去以上三种可能性，还有一些属于上述想法的混合。倒底是哪种猜测正确还是都不对是需要实验来回答的。

不久将来的实验将检验和促进我们的理论研究，包括LHC实验、大亚湾中微子实验，B介子工厂实验，北京正负电子对撞机实验等以及相关天体物理-宇宙学观测。正在欧洲核子中心建造的大型强子对撞机LHC实验是为研究电弱对称破缺机制和相关的新物理而设计的。这个研究方向是近几十年粒子物理学的主流。未来实验发现的有可能是与上述猜测完全不同的新物理。无论是什么，通过这些实验，我们对自然的认识将有一个极大的深入。

see, http://bbs.oursci.org/showthread.php?s=&threadid=13991

“毛”粒子和“周”评论

2007-10-27T09:48:00.000-07:00

glashow（格拉肖）在中国是除了李政道和杨振宁之外最为人知的基本粒子理论物理学家，因为他提出了“毛粒子”。在七十年代夏威夷的一次学术会议上，他很正式的提出了这个建议，以纪念已故不久的毛泽东主席。“毛粒子”是指比当时（也是目前）所谓“基本"粒子更小的，更基本的粒子。现在的“基本”粒子由毛粒子所构成。

上述之事大家都知道，我也知道，但我一直以为这是一种玩笑，或者是半玩笑的、不认真的某种提议。前不久我看到当时高能物理所翻译的格拉肖讲话，我才清楚这是他在很正式的场合里很正式的发言。

毛粒子这个命名并没有被叫开，但这种亚夸克粒子的思想一直有物理学家在做，到目前为止实验并未发现它们存在的证据，所以它们如果存在，肯定小于 10^{-17} cm。当前粒子物理研究的主流是关于基本粒子之一—— higgs 粒子及其性质。这个粒子很有可能是由更基本的粒子所构成，并且它的结构即将被 lhc 实验所看到。

无独有偶，weinberg（温伯格）最近引用了周恩来的话。曾有外国记者问周总理对法国大革命的看法，周总理沉吟一下，回答说：“下结论为时尚早”。这段轶事在国外流传甚广。前不久有一篇报道超弦研究进展的长文。现在超弦受到被认为是伪科学等非议，因为它（还）没有实验预言，甚至利用人择原理，文中有对许多牛人的采访，包括格拉肖、witten 等。文章结尾，温伯格在被问及他对超弦的总看法时，他说他想引用周恩来对法国大革命的名言，那就是下结论为时尚早。

写到这里，再说一点 salam（萨拉姆，和格拉肖、温伯格因弱电统一理论共获79年诺贝尔奖）。他上世纪六、七十年代两次访华，受到过周总理的接见。在他于的里亚斯特建立的国际理论物理中心里，一直挂有一幅刺绣的毛主席语录。

金庸小说是中国人的精神鸦片

2007-08-25T06:26:00.000-07:00

金庸的作品中，高人们是怎么创造武功的呢？他们往往拿着古代佛学或道家的经典，对着墙冥思苦想，然后达到最高境界；主人公们则象是接到天上掉的馅饼般的得到武功秘籍和美女青睐；特别是小说幻想什么“内力“，把人的悟性能力无限拔高。这些东西像童话故事一样，自然实际上是虚构的。但通过所有这些东西，以令人难以察觉的方式，金庸宣扬了一种致命落后的精神，这种精神是与现代科学的精神完全相反的。

科学的发展告诉我们，人靠自身思辨的认识能力是十分有限的，只有借助实验，人们的知识才有大的进步。

把认识自然的科学方法推广到其他认知活动，这就是普遍的实证的精神。在西方，实证精神在人们头脑里植根反过来又促进科学继续发展。实证的精神是西方强大和超过中国的最重要原因，也是中国人迄今仍然最缺乏的精神。在中国，有两个人深深知道实证和经验的重要性，他们是胡适和顾准。

金庸的小说不仅不像鲁迅那样直面现实，缺乏现实性，更与实证精神背道而驰，是反实证精神的。它们的背后有一种中国古代文化所谓精髓在支撑，那就是佛、道、易经等等，特别是禅宗。佛教也好，道教也罢，二者的认知方法都是通过冥思苦想，最终模棱两可地理解一切，从而得道成仙。它们丝毫没有实证特点，与实证的精神完全相反。金庸小说的故事情节紧扣这种佛道精神，以其精彩的故事描写和丰富的中国文化方面的学问，潜移默化地深深鼓励了中国读者的不实证的思维方式。

不错，他写爱情、友谊、人品、爱国、气节、正义，等等美好的事情，正是因为他写得好，他对落后的思想和文化的宣扬才更有麻痹人精神的作用。其实，武侠小说就是一种意淫，是对阿Q精神的褒扬。对喜欢它的人来说，它是就一种精神毒品。我本人就上瘾中毒颇深。

schnabl因为弦场论的研究获奖

2007-08-04T12:26:00.000-07:00

因为弦场论的研究，schnabl获得欧洲的一个科学奖。

超弦场论是弦理论的一种非微扰进展。弦理论是在一定时空背景下写出的，但弦理论又是描述时空的理论，是一种量子化的广义相对论，所以它应该有一个时空背景不依赖的形式。也即非微扰形式。（此非微扰形式应该存在亦可由弦的微扰计算看出，因为计算发现有类似点粒子场论中瞬子的非微扰效应。）

早期研究弦理论的人，如green、siegel等，效仿点粒子理论建立弦场论。witten在86年用非对易几何重新写出玻色开弦的场论，非常非常漂亮，该场论的的形式象陈——simons。后来人们说到弦场论就是指witten的弦场论。strominger等人在87年甚至进而得到没有动能项（背景）的弦场论作用量，并且在此基础上尝试了闭弦场论。这些在witten基础上的进展并不完全成功，人们也没有找到精确解。witten后来说弦场论is in a mess。polchinski说那是个错误的方向，因为他（和戴瑾、leigh）发现了d-膜。

九十年代，印度的sen对witten的弦场论作出大贡献，他能用弦场论描述d-膜。他后来提出了不依赖背景的“真空弦场论“。

弦场论的另一难点是关于闭弦的场论。主要研究者是zwiebach和一些日本物理学家。

关于在国内这方面的研究。85年清华的邝宇平讲述过早期的弦场论。理论所郭汉英、戴元本等人，以及一些博士后和学生，对witten的弦场论做过研究。高能所的周咸建试做过闭弦场论。后来北大的陈斌沿着sen的进展工作过。听说最近zwiebach的一个做闭弦场论的学生（姓杨）从mit回到成都。

schnabl是捷克物理学家，今34岁。新闻可见如下链接，
http://www.firstscience.com/home/news/biology/universe-s-stringy-birth-revealed-by-young-czech-scientist-in-euryi-winning-project_34616.html
是他首先发现了弦场论的精确解。

谁是爱因斯坦之后的爱因斯坦？

2007-05-25T12:31:00.000-07:00

出于对爱因斯坦的崇敬和好奇，人们常问：”谁是爱因斯坦之后的爱因斯坦？”这不仅是普通人问的问题，在物理学家的圈子内，这也是常被问及和讨论这个题目．当奥本海末任普林斯顿高等研究所所长时，他就这样问．因为他要物色到这个人，并把这个人请到普林斯顿高等研究所去领导理论物理学的潮流．最后他选定的是戴逊（freeman dyson）．戴逊告诉奥本海末他自己不是，费曼才是爱因斯坦式的人才．奥本海末不喜欢费曼，他认定了戴逊．

这个问题有两种含义．一是如奥本海末问的意思：谁是理论物理学的领袖人物？另一种意思是问：谁在才能风格方面最象爱因斯坦？谁能伟大如爱因斯坦？

对于理论物理学的领袖人物，大家基本上有共识．比如，五，六十年代的李政道，杨振宁，费曼，盖尔曼，格拉肖，steven weinberg和 nambu；七十年代的 t'hooft；八十年代直到今天的 edward witten．在没得过诺贝尔奖的理论物理学家中，我认为 nambu 和 witten 是最应该得奖的，他们对基本物理理论产生了巨大影响．关于 witten 我有专帖论述，我认为他是能和爱因斯坦并列的，但又是不同风格的物理学家．witten 之后我没看出真正优秀的年青人来，当今几个所谓优秀的年青人的工作不是比较丑陋就是不够深刻．

至于谁最象爱因斯坦，看法可能因人而异了．我对爱因斯坦分三个方面：（1）科学方法；（２）数学美；（３）智慧．先说他＂科学＂的一面．他做研究，能及时把握实验，正确地知道问题所在，并对之思考，如从光电效应提出光量子说，从麦克斯韦方程和牛顿力学的矛盾得到狭义相对论．这样的研究方式是科学的实质．我上面列出的所有人自然都有这样的科学性，但要特别举出一个人来，我就举费曼．费曼（和施温格，朝永）的量子电动力学是有无穷大的，但它能非常精确地解释试验．现在从有效场论的角度看，无穷大实际上是一个很高的能量截断．但在费曼时代，量子场论在幼儿期，还没有有限的能量截断这样的观念．＂无穷大＂使得很多＂老＂人不接受 qed，但费曼不在乎，还有什么比能解释试验更重要的呢！他的实用主义就在于他的科学性．

　　再举一个例子。动物间到底有没有语言一直是人们争论的问题．费曼设计实验来研究蚂蚁的语言问题。他把糖放在蚂蚁不能直接去的地方．然后他在蚂蚁经常出现的窗台上把蚂蚁用纸片运到糖边儿．过一会儿他再把糖上的蚂蚁运回窗台．经过多次运送后，他看到蚂蚁开始成群结队的往窗台跑．由此费曼得出蚂蚁不是靠味道来觅食的，而是它们之间有语言．还有很多其它例子，如 v-a 弱作用理论，部分子模型等，都说明费曼的＂科学性＂．也许这就是为什么人们说他是科学家中的科学家吧！

　　再来说＂美＂．爱因斯坦的广义相对论起因于狭义相对论和万有引力定律的矛盾．但是仅从这个矛盾要得到广义相对论没有爱因斯坦是不行的．他有一种美感，一种简单性，用了黎曼几何，最后解决矛盾，提出了广义相对论．用简洁的物理概念，数学的美揭示复杂现象背后的规律是理论物理很高的境界．上面说的费曼都没有这个天才．有一个人有，他就是杨振宁．杨振宁和 mills 提出的高度漂亮的杨－mills 规范场理论现在已经成为基本粒子物理的框架．

　　爱因斯坦的＂智慧＂．这里我说的是他对人生充满智慧的看法，对社会公正的追求和对人类和平的向往．戴逊以其超群的智力对未来的思考可以说是这方面的代表，人造生物圈计划就是他提出来的．戴逊不仅考虑几十亿年之后，太阳燃烧殆尽，人类怎样逃离地球，他还关心宇宙加速膨胀最终是否会使宇宙中的所有生命终结．

　　所以，我认为费曼＋杨振宁＋戴逊＝爱因斯坦（其实应说他们大于等于爱因斯坦）．

mini-boone实验和sterile中微子

2007-05-02T10:41:00.000-07:00

最近，让人翘首以待多时的mini-boone实验终于宣布了结果：没有sterile中微子存在的证据。我来评论一下。

我们已经知道中微子有三种，分别和电子、mu子和tau轻子对应。标准模型预言它们的质量为零。但如果要引入更多的中微子，则这些更多的中微子就没有理由很轻了——它们俗称右手中微子。自然地说，右手中微子的质量约为10^{20}电子伏特左右。可是，几年前lsnd的实验发现新的现象暗示存在质量约为1电子伏特的右手中微子——专门叫做sterile中微子。

sterile中微子为什么会如此之轻，着实让理论家们忙了一大阵。我见到过包括超弦在内的各种各样的解释二十余种，没有一个是令人满意的。最接近满意的大概是把这个sterile中微子想象成一个复合粒子，也就是说它有内部结构。这就像我们理解中子的质量不是很重一样，因为中子的夸克结构决定了其质量。可是深想下去，真正能理解lsnd实验的理论无论如何非常复杂。

这导致绝大部分理论家不相信lsnd实验正确。mini-boone实验就是为了验证lsnd实验的。不相信绝不等于不正确，只有实验才能给出结论。这个新实验虽出现了小波折，但最终给出了否定sterile中微子的结论。

这让我加深理解Weinberg的一个说法：新的实验结果如果没有好的理论解释，就别相信它。

彭先生是最令人尊敬的物理学家

2007-02-28T08:57:00.000-08:00

除了对他满怀敬意，彭先生的名字最让人想到的评价就是民族英雄，他是国家的英雄。

其实我们国内学过大学物理的都间接或直接的受益于他，是他真正将《量子力学》传遍国内的，通过在全国范围内办讲习班。

我碰到过的所有了解、知道他的人，都说他好，这在学术界很鲜见，如果不是绝无仅有的话。

有幸我和他有一张照片，由一个记者所拍，一直没给我。

anthropic principle from a quantum field theory point of view

2006-02-20T04:58:00.000-08:00

anthropic principle says that some foundamental parameters of the theory describing the universe, like the cosmological constant which is unnaturally small, are fixed without any foundamental reason, the reason is simply that otherwise human being cannot exist in such an universe. weinberg \cite{weinberg} first pointed out that existence of galaxies requires a small cosmological constant which is more or less the observed value. the electro-weak scale can be also understood by requiring stability of the proton and existence of the carbon \cite{sm}.

the natural understanding of the above principle is from the multi-verse and inflation. originally the whole universe contain many regions in which the foundamental parameters take different values. the part we are living (our universe) originates from a small region in which the parameters take their measured values. this region becomes large due to inflation. the string theory predicts \cite{bp} about 10^{500} regions which are enough to include a region like ours.

although the anthropic principle is hard to be proved experimentally, it maybe still true. if lhc mechine sees nothing beyond the standard model, personally i will believe this principle playing a role for the electro-weak scale.

to me, it is important to ask which parameters scan. it is not satisfactory if all the parameters scan. for an example, it is hard to take the yukawa couplings scan. although the small electron mass can be understood anthropically, the muon mass are hard to be understood in the same way, which is however in the equal footing as the electron mass.

i would like to look at the problem from quantum field theory of views. i consider qed with an elementary higgs. i simply assume that this field theory is the most foundamental one, and beyond which is the string theory or some quantum gravity theory. (the electron mass is taken as an example, which can be replaced by the electron yukawa coupling.)

let us look at quantum corrections to the parameters in the following,
\begin{equation}
m_e = (m_e)_0 \left( 1 + \alpha \ln \frac{\Lambda_{pl}}{m_e} \right) \\[3mm]
m_h^2 = (m_h)_0^2 + \Lambda_{pl}^2 \,,
\end{equation}
where $\Lambda_{pl}$ is the cut-off. A cut-off used to be taken infinitely large, so the bare parameters were also infinitely large. however, the physical cut-off is always finite, therefore the bare parameters are also finite! because cut-off dependence of $m_e$ is logrithmic, in fact, the physical value and the bare value are very close, $m_e \sim (m_e)_0$. whereas for the higgs mass, the physical value and the bare value are very different.

accepting small $m_h^2$ from anthropic point of view, i take bare parameters to be physical. small $m_h^2$ means large $(m_h)_0^2$. A large $(m_h)_0^2$ is just natural (in the dirac sense). in other words, it is the difference
$(m_h)_0^2 + \Lambda_{pl}^2$ which scans. in this understanding the bare parameters are not require to scan in a wide range. if this is true, small bare parameter $(m_e)_0$ needs another mechanism to be understood.

my conjecture is that only the parameters which are finely-tuned can be anthropically determined. the other small parameters should be understood from certain symmetry breakings.

{weinberg} s. weinberg, phys. rev. lett. (1987)

{sm} phys. rev. d (1998) .

{bp} jhep.

说说大 n qcd （修改稿）

2006-02-06T09:07:00.000-08:00

应一网友的要求, 我曾写过一点关于我工作的一个方向, 大 n qcd. 现在我对一些内容作了修改，仍作为一个非正式科普吧. 今年是爱因斯坦物理年, 恰好也是层子模型提出 40 年, 加之去年诺贝尔奖授予 qcd 这个领域，修改重贴此文，凑凑热闹。

先说 qcd. 所谓 qcd 即 quantum chromo-dynamics, 叫作量子色动力学. 要了解 qcd, 有必要先知道量子电动力学, 即 qed. 它就是电与磁的量子物理理论. qed 描述了正负电子与光的相互作用. 电子之间, 或正负电子之间通过交换光子来相互作用. 光子也就是光的基本量子, 和电子一样是一种基本粒子. qed 的相互作用很弱, 在一个自然的单位里, 其强度由一个常数来表征, 它的大小为 1/137.

原则上, qed 完全地描述了我们经验中的绝大多数现象, 从生物学的, 化学的, 到凝聚态物理学的, 因为这些现象本质上都是电磁现象. 但这仅仅是原则上. 实际上没有人能从单个电子的行为去计算人的行为, 虽然人是由电子, 质子等构成的. 那太复杂了! 这种想法恰好是不科学的. 对于不同尺度上的现象, 我们可用不同的概念和理论体系, 只要这理论好用. 而不同尺度上的理论之间的关系要用到有效理论和对偶性这样的观念, 我在另外的帖里介绍过, 在这里就是题外话了.

有一种现象 qed 是不能描述的, 那就是质子和中子的内部结构. 现在我们知道, 质子和中子是由更小的粒子, 夸克和胶子组成的. 夸克和胶子是如同电子和光子一样的基本粒子. 可是它们是怎样被束缚于那么小的质子之中的呢? qed 是解释不了的. 这样紧密的结合是由于夸克和胶子之间的非常强的相互作用造成的. 描述夸克和胶子之间的相互作用的理论就是 qcd.

夸克的概念是由 murray gell-mann 和 george zweig 在 1964 年提出的. 夸克携带分数电荷, 如 2/3 或 -1/3 的电子电荷. 可是分数电荷从未在实验上观测到过. gell-mann 当时不理解夸克的性质, 曾说夸克只是个数学概念. 但有些人却把夸克认真看待. 其中值得说的是当时的北京基本粒子研究组. 高能物理所(的前身), 北大, 数学所和科大的理论物理学家们把夸克作为物理实体, 赋予其更多的性质, 后来称之为层子. 他们研究了层子的动力学, 于 1965-66 年提出了层子模型. 这项研究除了与大量的实验现象, 也与毛泽东和列宁等关于物质无限可分的哲学思想有很大关系. 层子模型需要解决的问题之一就是为什么实验上从未观测到分数电荷. 据我所知, 有人提出层子很重, 以至实验上还看不到. 可是为什么由层子构成的质子和中子又不重了呢? 有观点说是由于层子的复杂动力学. 文革打断了这项研究. 现在回头看, 层子模型本身是很初级的. 但在当时的国际背景下来看, 这个研究是很深入的. 现在我们知道关于夸克的正确理论是 qcd. 如果层子模型研究不因文革而打断, 他们能够在走向 qcd 的路上走多远呢? 不知道, 历史是无法重复的. 另外, 毛主席关于科学的主要方向是基本粒子, 生命起源和天体演化的言论, 使当时国内的基本粒子物理研究比别的学科受到较少干扰. 层子模型获得 82 年国家自然科学二等奖. 其中的主要人物是朱洪元, 胡宁, 何祚庥和戴元本. 层子模型的研究队伍后来就形成了国内基本粒子物理研究的主要力量. 仅就研究水平而言, 在改革开放后的相当长的时间里, 他们比其他学科的研究水平高.

qcd 描述夸克类似于 qed 描述电子. 夸克携带另外一种荷: "颜色". 这是其本质. 这里说的颜色荷纯粹是个名称, 与我们看到的颜色没有任何关系. 一个夸克带下面三种颜色荷之一: 红, 绿, 蓝. 其反粒子, 反夸克则带相反的荷: 反红, 反绿或者反蓝. 对比 qed: 电子只有负电一种荷, 其反粒子则带相反的正电荷.

多说两句 "颜色" 这种夸克新的特征的来历. 这个特征是在分析实验后, 为了不与 pauli 不相容原理矛盾而得出的. 大家都知道最初探讨 "颜色" 者是 yoichiro nambu （南部阳一郎）等人. nambu 是物理学大家. 他首先在粒子物理内引入对称性自发破缺的概念, 我看是应得诺贝尔奖的人. 鲜为人知的是在研究层子模型时, 刘耀阳也提出了类似夸克"颜色"的概念. 他的论文发表在文革前（66年）出版的 "原子能" 杂志上. 90 年代有人写了一篇文章说刘耀阳是第一个提出这个概念的人, 并与刘的原文一起投到 "nature". "nature" 让 nambu 审稿. nambu 的审稿意见是他不同意刘是第一个提出这个概念的人, 但他同意刘是第一个提出这个概念的人之一. 审稿意见上签着 nambu 的名（也就是说不是匿名审稿）. 注意, 无论 nambu 还是刘耀阳，他们提出的 "颜色" 理论都不真正对。比如刘耀阳提出的新荷更类似于电荷. 真正正确的夸克“颜色”荷是 72 年 gell-mann 等人提出的. 如果仅仅指出夸克带 "颜色" 这种新的特征，那只是迈出了一小步.

qcd 真正重要、更为本质的是说, 这些 "颜色" 荷之间有相互作用! 就象电荷之间有吸引或排斥作用. 传递 "颜色" 荷之间相互作用的粒子就是胶子, 就象传递电荷间作用的是光子. 但是, "颜色" 荷相互作用（qcd）与电荷相互作用（qed）有一个本质的不同: 胶子本身也带颜色荷. 光子不带电荷, 它只是传递电荷间的相互作用. 光子和光子之间没有相互作用. 胶子带颜色荷就意味着不仅它传递夸克之间的相互作用, 它们自身之间也要相互作用.

用较为抽象的数学, 群论语言来说, qed 是具有 u(1) abel 群规范对称性. 其中这 "1" 即指这理论描述一对儿荷的相互作用. qcd 具有 su(3) 非 abel 群规范对称性. 其中这 "3" 是说该理论描述三对儿荷的相互作用.

非 abel 规范对称是杨振宁与 r.l. mills 在 1954 年提出来的. 他们的理论是对 abel 规范对称（即电磁学）的非常不平凡的推广. 他们当时把这个理论用错了地方. 即便如此, 这理论结构本身所展示出来的简洁优美让其他某些富有洞察力的物理学家念念不忘. 后来当有了夸克 "颜色" 的概念后, 非 abel 规范对称理论就被自然用于夸克胶子相互作用. 在当时国内, 一些优秀的物理学家也注意到了杨振宁与 mills 的理论. 但这并未成为主流研究方向, 主要原因是这理论不实用; 其次也有人批判说这是先理论后实验, 不符合马克思主义认识论. 但是还是有人在坚持研究这个理论, 比如在兰州大学的段一士等.

关于这非 abel 相互作用, 我用婚姻性爱来打个通俗的比方. 人类及生物界两性关系就象是 abel 的, 也即是有雄与雌正负两种荷, 也就是只有一对儿荷. 稳定的唯一结构是两性结合于一起. （同性恋忽略不算, 那是倒错行为, 在整个社会中占极少数.）什么是非 abel 的性关系呢? 这种情况下, 性别就不只是一对. 以 su(3) 例, 性别有 3 对儿, 我分别叫它们雄1与雌1, 雄2与雌2, 雄3与雌3. 注意, 这三种雄性是完全不同的性别, 三种雌性也互相不同. 由于复杂的相互作用, 稳定结构不仅有雄雌成对, 三种不同的雄性结合在一起也是稳定的, 三种不同的雌性亦然. 哈哈, 这后者也许才能称之为真正的同性恋. 注意, 三种雄性必须是不同的才能结合在一起, 即（雄1-雄2-雄3）. 他们两两相见都是排斥的, 但如果三个同时见面, 立马吸引在一起. 这种恋爱不好谈啊. 而质子或中子正是由这样的三种不同颜色的夸克构成的.

非 abel 规范相互作用理论的一个极重要的进展来自于对其量子性质的研究. gerard 't hooft (1972), h. david politzer (73), david gross 和 frank wilczek (73) 在做一圈费曼图计算后发现: 夸克之间靠得越近, 它们的相互作用就越弱. 这个特性叫做渐近自由. 它是由于我上面说到的胶子的自相互作用造成的. 距离近, 也就意味着夸克的能量高. 渐近自由也就是说夸克胶子的能量越高, 它们的相互作用就越弱. 对 qcd 来说, 所谓高能是指能量远大于 300 百万电子伏特.

相互作用一弱, 理论家们就笑了. 因为他们可以进行计算了. 如同在 qed 里人们用那个小常数 1/137 做微扰展开, qcd 在高能时也用其相互作用常数做微扰论计算. （当然这个常数还是比 1/137 大.）我们都知道, 对于绝大多数物理问题, 理论的计算方法就是微扰论. 只有极个别问题可以不用近似方法而被严格算出, 如氢原子, 谐振子. 后来三十多年的高能物理发展证实了 qcd 是符合实验的. 这自然是后话.

再说几句历史. 非 abel 相互作用理论的渐近自由是当时人们完全没有料到的. 但这个特性却又是 70 年代初的人们所寻求的, 因为那时的高能实验发现质子内的夸克相互作用很弱. 渐近自由的发现才真正奠定了 su(3) 规范对称理论作为夸克胶子动力学的基础. 杰出的华裔物理学家徐一鸿（a. zee）离这个发现就差一步. 他为了找具有渐近自由性质的相互作用, 计算了除了非 abel 相互作用以外的所有其它相互作用, 结果那些相互作用都不具有这个特性. 他没有去试非 abel 相互作用的原因是他听从了一位大物理学家的话, 后者告诉他非 abel 相互作用不可能有渐近自由.

对 qcd 仅会微扰计算是不够的. 要证明 qcd 确实是关于夸克胶子相互作用的正确理论, 这个理论必须解释为什么单个的夸克和胶子从来没有被看到过. 不仅夸克禁闭, 质子和中子的质量等很实际的问题也都应从 qcd 直接计算出来. 这些问题难倒了所有人, 至今没有完全解决. 它们涉及的典型能量是 300 百万电子伏特左右, 此时的夸克胶子的相互作用非常强, 表征其强度的相互作用常数比 1 还大, 理论计算不能用上面提及的微扰论, 这时对此常数做展开就是没有意义的了. 我们需要非微扰的 qcd 计算方法.

为了研究夸克禁闭, 't hooft 在渐近自由之后, 对杨－ mills 理论作了很多非微扰方面的研究. 他研究了经典杨－ mills 理论的磁单极子解. alexander polyakov 和 't hooft 研究了瞬子解. 这些方向都超出我要说的范围. 't hooft 关于渐近自由的工作并没有发表, 他是在一次会议上口头报告的. 他当时觉得这项工作不那么重要. 因为只有证明夸克禁闭才能说 qcd 是正确的. 可是实际研究 qcd 的情况却是大家一窝蜂一样开始做微扰 qcd. 一个深刻的思想有时不会被同行马上接受. 容易被接受的是那种容易跟进的, 容易做出工作的方向. 't hooft 是那个时代最深刻的理论家之一. 他（和他的老师 martinus veltman 因为另一项工作－规范场重正化）获得 99 年诺贝尔奖. 我曾与很多人看法不同，认为渐进自由将不会被受诺贝尔奖。原因是：虽然十分重要，但这项工作为四人做出, 奖没法发；而且我认为证明渐近自由的其他那三个人水平不如 't hooft，所以 't hooft 得奖已经暗含着对了渐近自由的奖励. 现在看来我是错的, 04 年的诺贝尔奖给了那三个人.

夸克禁闭, 或者非微扰 qcd 问题, 也是 clay 数学研究所百万美元征奖的七个千年问题之一. 虽然不研究数学, 但我相信这是其中最难的问题. 不懂物理是不可能做出来的. 比如说, 量子力学一定要用到, 因为经典的杨－ mills 理论里是没有禁闭的.

上面简单说到渐进自由使人开始相信 qcd 是关于夸克和胶子的理论. 其实还有另外一点 qcd 也必须满足, 然后人们才能认真对待它. 那就是它必须符合已知的关于质子中子等交换 pion 介子的低能相互作用知识. 后者可以看成是 qcd 的范德瓦尔斯力. pion 介子理论关键的一个假设是所谓部分轴矢量流守恒（pcac）. pcac 是 60 年代初 nambu（60）, 周光召（61）, gell-man 和 m. levy（61）提出的. 周光召当时在苏联. 这是迄今为止在国内的理论物理学家的最好工作, 是那种很基本, 影响深远的工作.

72 年杨振宁第二次回国访问使国内展开了对杨－ mills 理论经典解的研究. 这些工作当然没有赶上 't hooft 和 polyakov 等. 't hooft 等的工作后来成为这个方向的基础. 国内的工作很多获得 82 年国家自然科学三等奖（我觉得那时的三等奖水平不亚于现在的二等奖）. 我觉得他们大多没有 't hooft 等人的工作动机: 夸克禁闭. 以此为动机, 't hooft 在磁单极子和瞬子的工作之后, 继续前进, 又找到一种非微扰 qcd 计算方法: 大 n 方法.

't hooft（74）把 qcd 的规范群 su(3) 推至 su(n), n 为无穷大. 这就是 "大 n" 的来历. 直观地讲就是把三种 "颜色" 变为无穷多种. 换句话说就是把 3 看成很大的数. 这时候理论就出现一个小参数: 1/n. 新的算法以 1/n 做展开.

大 n 极限定性地讲不应与 3 种 "颜色" 的情况有实质区别, 它突出了理论的非 abel 特征（abel 情况只有一种荷）. 比如, 如果能证明大 n qcd 有颜色禁闭, 人们也就更有理由认为真实的 qcd 有禁闭. 在定量方面, 原则上我们可以继续考虑 1/n 修正从而得到更准确的结果. 这是人们喜欢这个方法的原因.

类似于大 n 的做法具有普遍性. 其它领域也可以借鉴. 特别是在对具有很强相互作用的体系, 或者是对不能用通常意义上微扰论的问题. 做法就是想法儿硬找出一个隐含在问题里的小量. （也就是那句话 "有困难要上, 没有困难创造困难也要上! "）以我们熟悉的氢原子为例. 它在量子力学中严格可解只是个巧合, 解恰好可以表达为合流超比级数. 大多数问题不能严格解. 现在我们来做一个微扰论解法. 氢原子问题看去没有可以做展开的小参数, 效仿大 n 精神, 我们可以尝试把空间的维数从 3 推广至 m, 并把 m 取为很大. 在对 1/m 做展开后, 我们就能求出该问题的一个近似解. 近似解领头阶的结果与严格解接近, 更准确的结果将从考虑 1/m 的高阶修正得到. 这个方法的细节参看下面列出的文章.

现在说大 n qcd. 在取 n 很大很大后, 耦合常数随 n 增大而减小. 这样我们仍然可以用费曼图来分析. 但不能忘记的是我们现在做的是 1/n 展开, 不是耦合常数展开. 在 1/n 的每一阶, 都有无穷多的费曼图. 在 1/n 领头阶, 所有费曼图都有一个特点, 即他们必须是所谓平面图. 平面图是指只能在平面内摆放的图, 没有传播子内线的交叉（这种情况在平面内摆放不下）, 而且费米子只出现在图的边沿.

应用上述结果, 't hooft 讨论了介子. 介子是由正反夸克构成的复合粒子. 用平面图分析介子, 可以得到很多结果, 举例如下: （1）大 n 时的介子是没有相互作用的, 是自由的.这一点看似平庸, 其实不然. 它说明夸克喜欢躲在介子里. 这不是夸克禁闭的旁证吗? （2）j/psi 粒子的衰变宽度是 1/n 量级的, 也就是说很窄. j/psi 是丁肇中和 burton richter 各自独立从实验上发现的. 它的质量为 3,100 百万电子伏特. 可是它的衰变却较比它还轻的介子慢. 从微扰 qcd 的角度来看, 它是三胶子衰变, 可是它的质量还没有大到我们可以放心用微扰 qcd 的时候. 大 n 分析则是对此问题的非微扰理解.

用平面图来分析介子还值得多说. 如果我们想象介子内的正反夸克有一条线连着, 那么介子运动时这条线就扫过一个平面（其实曲面也无所谓）. 这说明什么? 这个扫出的面就是大 n 介子内的夸克胶子相互作用发生的平面. 这是一回事! 而前者是对介子的弦理论描述. 这说明大 n qcd 支持对介子的这个描述. 用弦来描述介子是早在 qcd 建立之前nambu 就提出来的. 为了解决夸克禁闭问题, polyakov （他是另一个 70 年代很深刻的物理学家）等人一直相信 qcd 有一个弦理论描述. 这个方向, 以及后来把弦理论用于量子引力－超弦理论, 就是另外的故事了.

再说一句完全的题外话, kenneth wilson（又一个 70 年代很深刻的物理学家）提出格点 qcd. 这是一个旨在用数值模拟来计算非微扰 qcd 的方法, 很实际. 虽然我们喜欢从解析的角度去看清问题的实质, 目前人们需要的很多非微扰物理量的具体数值却只能来源于这种数值方法.

大 n 重子（质子和中子）是 edward witten （我有一个帖介绍过他）在 79 年做的. 我一直怀疑 't hooft 不会做这个问题. 3 种 "颜色" qcd 重子由 3 个夸克构成, n 种 "颜色" 的 qcd 中, 重子则由 n 个夸克构成. 由于大 n 重子内有无穷多的夸克, witten 用了平均的方法. 他也得到一些结果, 比如重子与介子, 重子与重子的相互作用是很强的, 这个性质与介子间的相互作用完全相反. 进一步, 他猜测在大 n 极限下, 重子可以视为介子理论的孤立子. 这个猜测在几年后 witten 的另一项工作中被实现（skyrmeon 模型）.

我要介绍的就写完了. 为什么我不写成正式的科普呢? 因为如果已经有很好的科学家写过的话的, 我自己再写完全是多余的. 确实有一个真正好的介绍大 n qcd 的科普文章:
e. witten, phys. today 33 (1980) 38.
我上面提到的关于氢原子的做法就来自这篇文章. 如果你看完这 "physics today" 还意犹未尽, 那就接者读下面这篇研究论文:
e. witten, baryons in the 1/n expansion, nucl. phys. b 160 (1979) 57.
虽然这是研究论文, 但此长文的前一半其实是个综述. 这个综述比迄今为止所有的教材（如 sidney coleman 或 a. manohar 的）都更适合作教材. 我说过的, 真正头脑清楚的人才会写的清楚, 他们更知道问题的关键所在. 不是说别人糊涂（coleman 也是当代大家啊，manohar 也不赖）, 是 witten 太清楚. （不用去念超弦, 单看这篇文章, 你就可以看到 witten 把看去很难的问题理解的简单直观的能力.）此文的后一半是研究重子.

for the first version, see also http://www.rainbowplan.org/lib/archive/030501002.txt

（笑话之二）“诺贝尔奖是一种什么病？”

2006-02-05T07:49:00.000-08:00

我跟一个六岁小女孩讲与科学家有关的事，从霍金讲到幽门螺杆菌，最后我说最好的科学家是要得诺贝尔奖的。她问我：

“诺贝尔奖是一种什么病？”

see also, http://www.oursci.org/bbs/oursci/showthread.php?s=&threadid=7052

当代粒子物理学（草稿）

2006-02-04T04:15:00.000-08:00

粒子物理学是研究基本粒子极其相互作用的学科。它是狭义相对论和量子力学结合的结果，也叫量子场论。由于涉及相对论性能量高的粒子，所以又称为高能物理。基本粒子是目前人们知道的（即在 100 gev 能量尺度以下）构成物质的最基本的单元，比如电子，夸克等。除了万有引力，它们的相互作用有三种：电磁相互作用，弱相互作用和强相互作用。目前人们已经发现了描述这些相互作用的理论：su(3)xsu(2)xu(1) 规范对称场论。它被称为粒子物理学的标准模型，其中 su(3) 描述夸克间的强相互作用，su(2)xu(1) 是电磁与弱相互作用的统一理论。标准模型的建立是二十世纪物理学的最大成就。它几乎与目前所有的物理实验，包括欧洲核子中心的 lep 实验和美国费米实验室的 tevatron 实验，相符合。

但是这个标准模型不会是所谓最终理论。比如它虽然可以容纳不同质量的费米子（如电子，mu-子，tau-轻子等），但是它不能给出这些不同质量的起源。目前的中微子振荡观测意味着中微子有极小的质量。这也是需要对标准模型做一些修改后才能描述的。特别地，lep 实验间接表明可能在极高能量标度（10^16 gev），上述三种相互作用是统一的。这都说明进一步的实验和理论研究是必须的。

标准模型的最主要的理论问题是电弱对称自发破缺的自然性问题。电弱统一理论引入了标量粒子-- higgs 粒子。这种粒子的质量决定了电弱对称破缺的能量标度。因此，它的质量应该是 100 gev 左右。可是从量子力学的角度我们预期这种标量粒子的质量应与下一个超出标准模型的新物理出现的能标相关。量子效应会使 higgs 粒子的质量与新物理的能标差不多，否则理论就不自然了。所以说自然性要求新的物理现象出现于 1000 gev 左右。

在 1000 gev 会出现什么样的新物理呢？这是我们最想知道的事。以电弱对称破缺的自然性问题为导引，人们对新物理目前主要有三类猜测。第一，在 1000 gev 能标 higgs 粒子是复合粒子。这就要求存在超强的新相互作用. technicolor 理论是这类物理的代表。第二，新的对称性保证了小的 higgs 粒子质量。这个对称性就是超对称。它允许存在能标很高的新物理，如在 10^16 gev 的大统一理论。超对称引入许多新的基本粒子，它们的质量为 1000 gev 左右。第三，额外空间维度（extra dimension）。把我们生活的四维时空嵌入高维时空。而这四维时空的基本能标恰好被高维时空的物理决定在 1000 gev 附近。除去以上三种可能性，还有一些属于上述想法的混合，如超对称 technicolor 和 little higgs 理论。倒底是哪种猜测正确还是都不对是需要实验来回答的。

我们再多谈一些超对称粒子物理学。虽然并未得到实验的证实，在前述几种猜测中，超对称粒子物理受到特别的重视。实验上的间接证据表明，在 10^16 gev，三种规范相互作用可能是统一的。这种大统一理论具有内在的简洁优美，但是如果没有超对称，higgs 粒子的质量应该在大统一标度, 从而其它所有粒子的质量也都在大统一标度，而不是在电弱标度。超对称的引入解决了这个问题，把 higgs 粒子的质量稳定于 100 gev 左右。超对称是费米子和玻色子之间的对称性。它预言组成我们物质世界的每一基本粒子都有其超对称伙伴粒子存在。超对称的破缺使得超对称粒子都很重从而还未被实验上看到。寻找超对称粒子是高能实验的主要目标。另外，超对称预言的轻的 higgs 粒子是已有的精确的电弱实验数据所要求的，其实它在 lep 实验中已初露端倪。

超对称大统一理论受到重视的原因还来自高能天体物理和宇宙学方面。so(10) 大统一理论通过翘翘板机制可以给中微子极小的质量。它还能解释宇宙中重子数不对称问题。超对称预言存在我们看不见的稳定的超对称粒子，这一粒子现今弥漫于我们的宇宙，无处不在，形成了占宇宙总量 23% 的暗物质。超对称性也是量子引力理论的最佳候选者--超弦理论所必需的。如果超对称被发现，那将不仅是基础物理的一项划时代的发现，也将是人类文明发展史上的一个里程碑。

正在欧洲核子中心建造的大型强子对撞机 lhc 实验就是为研究电弱对称破缺机制和相关的新物理而设计的。这个研究方向是近几十年粒子物理学的主流。未来实验发现的有可能是与上述猜测完全不同的新物理。无论是什么，通过 lhc 实验，我们对自然的认识将有一个极大的深入。在 lhc 之后，科学家们还在计划下一代更高能量的直线电子对撞机，继续深化我们对自然界的认识。

（本文个别话语参考了一个同事的note）

see also, http://www1.bbsland.com/articleReader.php?idx=84514

（笑话之一）“毛主席还活着呢！”

2006-02-03T06:13:00.000-08:00

中科院为了让领导年轻化，在2000年左右提拔了一些四十多岁的科研人员作为研究所所长。物理所的王所长就是那时上任的。他上任数月以后，有熟人见他仍十分忙碌。就说，你这个所长不好当吧，头上肯定有很多邓小平。王答曰：

“岂止邓小平，毛主席还活着呢！”

说到剽窃, 想起一件趣事

2006-02-02T04:50:00.000-08:00

在国内做物理的很多人都听说过以前有个叫李富斌的剽窃之事. 他当时是在徐州的中国矿业大学教物理. 他剽窃了２０多篇文章. 这些文章大多是在不很出名的杂志上发表的质量较好的理论物理方面的文章, 如 physica 等. 他主要是把它们翻译成中文投稿到国内, 如高能物理所办的 "高能物理与核物理" (呵呵,这也是国内核心期刊). 他那时因此得到不少基金和表扬. 他被揭露出来是因为后来他不翻译, 直接用人家的原稿投原杂志(象是自投罗网一样). 当然他后来被开除了.

"高能物理与核物理" 还有一英文版, 也就是把已发表的中文文章挑出好的译成英文由国外发行. 这就需要有人翻译, 因为许多国内原作者的英文太差. 那时我在高能所的一个朋友问我想不想因此争点钱, 我当时缺钱, 就应承了. 高编部让我翻的一篇刚好是这个李富斌的. 我记得是研究广义相对论的. 不是我的专业, 我看不懂细节. 为了翻译准确, 我断断续续用了２周时间. 第一周是把想法看懂, 查看了他文章列的所有文献. 差不多理解了意思, 第二周我才翻译出来交稿. 呵呵, 高编部还挺满意, 接着给我第二篇稿, 还是此公的! 这次是关于量子力学的. 尽管第二篇更容易翻, 我还是推掉了, 毕竟时间我更花不起.

没有多久, 李的案就发了. 上面说的两篇皆是剽窃. 虽然我是无辜的, 我还是去查了发表的英文稿. 我怕上面列出翻译者的名字. 哈哈, 幸亏没有列. 可能是高编部的工作还未做到家. 美国物理学会翻译出版的前苏联和俄国的文章皆列出翻译者.他出事时我对朋友们讲我怕是白辛苦一场, 拿不到翻译费了. 不过年底高编部还是托人带给我２０美元的翻译费. 我跟人开玩笑说我是此剽窃事件的唯一受益者.

april 11, 2003 07:39:35

关于李杨之争

2006-02-01T09:07:00.000-08:00

弱相互作用中宇称不守恒是五十年代物理学的一场小革命。它改变了人们习以为常的左右对称的观念。这个工作是李政道和杨振宁做的。他们于六二年分道扬镳。从七十年代起他们逐渐争论起是谁首先提出宇称不守恒思想的。

其实无论如何争论，世界物理学界公认的是这项工作是他们两人共同作出的，不分主次。在两人讨论时，很可能其中一人先提到这个思想。但这也是与对方的讨论分不开的。（当然也可能象火攻曹操是由诸葛亮和周俞同时想到的那样。）他们合作时成果累累，分手后各自的研究明显成绩下降。这也说明二人乃珠联璧和缺一不可的。奥本海末说他最爱看到的普林斯顿一景就是李杨二人在一起讨论。

李杨之争发展到今天的局面有一定的必然性。我不认为这是报纸记者和传记作者炒做挑拨的结果。这种事一个巴掌就能拍响。只要有一方出来说是自己首先提出思想，另一方不还击就是对前者的默认。我个人以为，既然是平等合作，任何一方都不应该首先公开说自己是主要贡献者。反之，在有一人先说的情况下，第二人也不应在全方位说对方不行，公开双方隐私。

他们之间矛盾的化解是很难的。二人均是现代物理学泰斗，年纪青青就拿诺贝尔奖，成为上世纪五六十年代粒子物理的领袖人物。在华人物理学界，他们更是傲视群雄，独步天下。无论是杨武之或吴大猷二位老先生，还是周恩来总理都未能化解他们的矛盾。这让我想起《天龙八部》里的萧远山和慕容博来。

两人的人品都是值得我们尊敬的。他们的爱国之心和对国内科学发展的贡献，大家是有目共睹的。让这争论就局限于他们两人之间吧。

see also http://www1.bbsland.com/articleReader.php?idx=84010

从”原始创新”说起

2006-01-31T05:11:00.000-08:00

这里谈论的”原始创新”的意思是 original and creative scientific researchworks.

这个词儿现在之所以变得流行，大概是因为中科院的院长路涌祥．他对研究人员讲要做原始创新工作．然后他又搞了中科院的”创新工程”．这在很大程度上是对研究人员的一次折腾．研究人员，包括院士，都要被重新评价合格后才能上岗．４年后再重评．连续三次上岗者方可成为”创新工程”内的永久研究人员．对很多人这只是走过场，特别是院士．所以折腾的并不厉害．

据我所知，路涌祥在视察理论物理研究所时，郝柏林院士直接了当的告诉他，创新这事本来就是做基础研究的人天天想做和在做的（当然做到什么程度，依赖于研究人员的水准和机遇）．路当然也不致于不知道之一点，他也是做研究出身的．其实文革时搞”革新”不是一个意思吗？但路为什么还要提呢？他提”原始创新”是为了配合江泽民在此之前说的发展中华文明需要创新．同时也是为了让国务院给中科院研究人员加薪有个好听的名目．简而言之，是为了其政绩．

站在管理者的角度，这种折腾并非完全没有道理．我相信，路也和大家一样，对国内的科学研究状况是不满的．一个诺贝尔奖也没得．就是拿的出手的工作也不多．可是喊创新后，新就能被创出来吗？当然不会．上面已经说了，大家本来就在创新，只不过（还）没创出来．

加工资有用吗？以前国内知识分子工资低，绝对应该加薪．但加薪对创新本身不会有直接的作用．而且４年一评，鼓励了短期行为．加薪可以稳定科研队伍，调动其积极性．但是如果某些研究人员的积极性还需要用钱来调动的话，他们的创造能力就值得怀疑了．已知的重要科研成就中，哪一项不是科学家们以其巨大热情努力工作的结果呢？何况全世界科学家都在竞争！

说来说去，”创新工程”也就是提高了科学家的生活待遇．这一点非常值得肯定．

再说说大学．最近清华大学提出”重新洗牌”．什么意思呢？就是以前评的教授都不算，要重新评（快退休的老教授不在重评之列）．因为以前的标准低了，现在要办成世界一流大学，标准要提高．这不也是折腾教授们么？反过来，从校方的角度，也是有道理的：如果你们这些年青教授大都作出很一流的工作，我们还会提”重新洗牌”么？如果清华大学”洗牌”成功，教育部也可能让其它大学效仿．

呵呵，现在国内科研的局面是：一方面学术研究水平普遍低；另一方面管理者急于求成．整体水平低是阻碍进步的内因．它会使投资浪费于没有创造性的工作和没有创造力的人上；它会使研究人员出现所谓学术腐败；它会使良好的学术制度建立不起来．没有重大成就，管理者就不可避免的要介入，来折腾你．但愿这些折腾有一定积极意义，别把真正埋头苦干的人给折腾掉．

怎样才能突破这个局面呢？怎样才能建立好的学术制度，从而使研究水平普遍提高呢？答案不同人有不同看法．我觉得有一种可能，那就是突然出现一个中国本土的诺贝尔奖得主．这种偶然性在这么大的国家是存在的．一旦有了这么个主儿，哪个管理者也不敢来折腾他／她．进而国家就以这个人的学术标准建立学术制度．管理者从此不再折腾科研人员．希望这样的事早日出现．

the greatest physicist in our time

2006-01-30T07:24:00.000-08:00

edward witten has done many important works in theoretical high energy physics. since the mid 80's of the last century, he has been the leader in superstring physics. i believe if you have learnt his works, you would agree that he is the greatest physicist nowadays. although within one century it might be rare to see two newton-level scientists (another is albert einstein), it happens that witten is indeed great.

witten's thinking ability is very very strong. as far as this point is concerned, i think he should be ranked as number 3 in the history of physics. if his achievments is not as significant as einstein's, that is because he lives in a wrong time. (as far as contribution is concerned, the first three should be galileo, newton and einstein.)

he can work both in physics and mathematics (geometry). you know, only newton has this ability.

although i do not believe it, but there is a chance for witten to be as great as newton, or even greater. that is through his effort, the final theory for elementary physics is found. now he, and many others under his influence, are seeking for such a theory (string or m-) by studying the conflict between general relativity and quantum mechanics, as well as by thinking of smallness and positiveness of the cosmological constant.

this final theory, if it exists and can be found, still lies hid in night. string theorists have just found some small parts of it (pertubative string theories, d-branes and the string duality). the work of finding such a theory is somehow like that of newton for the classical physics or bohr for quantum physics. furthermore, because too little experimental facts are known, such working is also like einstein's effort in looking for the general relativity.

on the other hand, personally i do not blieve we can find such a theory within this thousand years, because we may lack of too much information of it, which human being cannot understand without further experiments at very high energy.

reincarnation (轮回) is just a belief

2006-01-26T20:38:00.000-08:00

it is good that reincarnation is introduced in detail. however, whether there is reincarnation or not is purely a matter of personal belief. reincarnation has nothing to do with physics and science. it can be never proved nor disproved experimentally. let me explain the idea of reincarnation more theoretically.

the concept of reincarnation originates from the question "why echo?". every human being is essentially curious about the existence of himself/herself, like "why am i me?", "why am i not you or any other person?". these questions have no sense from the point of view of science. note that it is not asking why there is life, or why people can think, which can be studied scientifically in priciple. it is asking something about "echo". one further of such question is "is it true that after i dead, i will never sense the world although it lasts forever? in other words, will i totally disappear?". these questions maybe relevant to a person's attitude towards his/her own life. namely real religion sits on them.

buddha answered these questions by understanding echo as a composition of all the sensations. in certain sense, he thought that the world is made of sensations. therefore, after one life is dead, the echo does not disappear, because the world is there, all the sensations are still there. echo should re-appears in another living body. you see the concept of reincarnation comes out. note he did not deny, but was not interested in the real material world. he emphasised on the world of spirits. in modern language, budda's answer can be interpretted as follows. because of its self interactions, the universe can sense, can feel itself. that is echo! namely the universe knows the existence of itself. the sensation, or this "knowing" composes the echo. in other words, echo is nothing but the self interaction of the universe. therefore, echo exists all the time, currently in a manner from one human life to another.

many wise people have realized similar answer as buddha, they are all buddhas in the sense of original buddhism. (i do no imply that otherwise people are not wise.)

as far as the memory is concerned, it is a function of brains. it can be a subject of science. with the death of brains, memories are lost.

the above is my own understaning of the concept of reincarnation. i think it is more close to the original idea of buddhism, although it is in modern and some scientific terms. the understanding might be incomplete for some people. it deserved further developments. that is the reason that there have been so many different schools of buddhism. note from the explanation, you can see that reincarnation cannot be proved in any scientific way. it simply says that the universe feels itself.

in one sentence, you (the sensation of echo) are always in this world.

(i am sorry for using english with gramma and word mistakes, i cannot print chinese characters in my current computer.)

加入时刻: 20:30:32 3/31/02

see also: http://www.xys.org/forum/messages/62858.html

effective theories, dualities, and the chinese medicine

2006-01-26T12:22:00.000-08:00

inspired by debates on the chinese medicine in xys, i would like to say something about concepts called effective theories and dualities. is it possible to incorporate the traditional chinese medicine into the framework of western medicine?

recent developments in elementary particle physics (and in superstring physics) have made some concepts, such as dualities, effective theories and so on, to be very useful and interesting. for an example, let us talk about the particle pion. the pion is a meson which mediates strong interaction (like that photons mediate electromagnetic interaction). this interaction combines protons and neutrons tightly inside nuclei. the quantum chromodynamics provides a basic description for the pion, such as a pion is made of quarks and gluons. at low energies, however, the quantum chromodynamics cannot give definite predictions to the pion behavior by ordinary calculations. at low energies, pion can be better described by the chiral perturbation theory. this theory is a low energy effective theory of the quantum chromodynamics. instead of being regarded as a composite particle, the effective theory takes pions as basic degrees of freedom. the effective theory provides a dual description to the quantum chromodynamics with a very different language.

dual theories often adopt totally different basic degrees of freedom, terminologies, and therefore different laws. the interesting point of dualities lies in the fact that duality is a general phenomena. an example in biology is that the darwin's theory of evolution can be regarded as an effective and dual theory of the dna theory in describing creatures in a long time scale. it is quite general that the microscopic description is more fundamental than its dual description. however fundamentalness does not necessarily mean usefulness. in certain cases effective theories make clear and powerful descriptions, whereas microscopic theories are incapable of working.

i know little about the chinese (oriental) medicine. its basic concepts are totally different from the western one. it uses different terminology. for examples, it takes the human body as a whole with a net connected; it roughly classifes some diseases according to "yin" and "yang". but i know that it is useful in some cases. since 1950's, china has tried to combine the traditional chinese medicine with the western medicine in medical research. there might be some progress. but i do not know how deep the reseach has reached.

i wonder if the basic chinese medicine, or some part of it can be regarded as a dual medicine which is an effective theory of the western medicine. if this is true, this part chinese medicine maybe given a real scientific foundation. if this conjecture makes sense, the following conditions must be satisfied.

1. the basic chinese medicine theory (or some part of it) is valid in some regions, and in some cases where the western medicine cannot provide clear description. even though the western medicine is more foundamental, it does not mean it has clear pictures everywhere. of course this part of chinese medicine should not be in contradictory with the western medicine. furthermore, it may have some general support from the western medicine's theory.

2. it must be a subject of sciences. namely it is based on experiments. it is falsifiable. but for the time being it is not necessarily to have obvious relation to the western medicine, because this detailed relation maybe hard to be found . in principle, the chinese medicine will be derived from the western medicine finally.

3. the other large part of the whole chinese medicine should be thrown away. it would be too much accidental if the whole chinese medicine is the dual medicine of the western medicine. in this sense, the chinese medicine must have limited application, compared to the western medicine.

i have noted that several days ago, a friend asked if the two medicine theories can be regarded as two different pictures of the same theory. i think it is more reasonable to regard the chinese medicine theory to be an effective one of the western medicine. the latter describes human body microscopically, which is therefore more foundamental. on the other hand, the chinese medicine theory takes a human body as an integral object. this picture should be only valid in some limited situation, if it is not nonsense at all. finally i want to add that this is not a hoax post. the relation between the two medicine theories is just a conjecture. other people might have the same idea.

see also: http://www.rainbowplan.org/lib/dir01.txt

theoretical physics as a subject of science

2006-01-24T11:51:00.000-08:00

theoretical physics sometimes is regarded as a subject of purely thinking. however this is not really true. nevertheless it is based on experiments, like any other scientific subject.

science is a method to understand nature, the key point of this method is that experiment is the only way to verify if the understanding is correct or not. any understanding by definition involves certain logic (sometimes the logic is precise, that is mathematics). so it is very correct to say

科学 (science) = 逻辑 (logic) ＋实证 (experiment).

take quantum mechanics as an example. there is no any conflict between above statement and the establishment of quantum mechnics. without relevant experiments, no one could even imagine out the physics of quantum mechanics, no matter how free his/her idea is. new logic and concepts have been cooperated in the new theory, of course. but the above statement never insists on that the logic should be the one in the old theory. by the way, the physicists who proposed quantum mechanics were pretty aware that their new theory has to recover the classical physics in the area where the old physics had been verified experimentally. actually, this was their main working point.

in fact, einstein established his general relativity in a similarily scientific way. the special relativity and newton's gravity physics are in conflict with each other. motivated by this problem, he went to the general relativity with an idea of the curved spacetime. what i mean here is that he didn't come to the general relativity from nothing, or from his free willing.

it might be misleading to emphazise on idea freely invention. even scientist great like einstein, who failed in his effort to find an unified theory of gravitional interaction and electromagnetic interaction. such an unification is just his willing.

it is well-known that based on the same experimental facts, scientists may propose different theories with possibly very different logic. there is no mechanical relations between experimental results and theories. scientists have enough freedom in this sense. again, it is new experiments which exclude wrong theories, pick out the (temperally) correct ones and may motivate new theories.

finally i would say that physics is always driven by experimental facts, by real problem. it would be dangerous to think that progresses are by people's willing. the current elementary particle theories (for example, supersymmetry) are focus on the gauge hierarchy problem, the newest approach in gravity physics tries to solve the conflict between the general relativity and quantum mechanics (superstring). and the most recent studies in theoretical physics are based on the challenge imposed by new measurements for the cosmological constant.

see also: http://www.rainbowplan.org/lib/dir02.txt