光子静质量和光子结构

光子静质量和光子结构 CN 53 - 1045/ N ISSN 0258 - 7971 云 南 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) , 2005 , 27 ( 6) : 461,463 Journal of Yunnan Un iversity Ξ 光子静质量和光子结构 1 2 1 3焦善庆, 许弟余, 周勋秀, 王蜀娟 ( 1 . 西南交通大学理学院 物理系 ,四川 成都 610031 ; )2 . 四川职业技术学院 物理系 ,四川 遂宁 629000 ;3 . 中国科学院国家天文台 ,北京 100012 ( ) ( ) ( ) 摘要 :粒子物理模型 SM认定 ,光子静质量 m= 0 , 已获普遍公认 . 弱 、电统一用 S U2? U 1对 γ L e ( ) 称群表示 , 若 m?0 , 必将破坏 U 1对称 . 最近的一些理论研究和实验已显示 m?0 的迹象. 若然 , 它又一 γ γ e 次动摇了标准模型的基础. 关键词 :光子静质量 ;超对称性 ;宇宙早期 ;宇宙微波背景 ;光子数密度 ;质子数密度 () 文章编号 :0258 - 7971 200506 - 0461 - 03 中图分类号 :O 572 . 32 文献标识码 :A ν标准模型认为中微子 的质量为零 ,光子静,也具有强作用的性质. 这一结果是对标准模型体 e ( ) ( ) 质量为零 ,弱 、电统一满足 S U 2? U 1对称 ,() U 1对称的又一次冲击.L e e ( ) 电磁作用服从 U 1对称 , 已被人们长期公认 . 但e 1 宇宙早期粒子是现时粒子的超对称性伴 20 世纪 90 年代中期 , 日本神冈实验合作组发现了 子ν大气宇宙线反常事例 , 也获得了太阳中微子 短 e [ 1 ] ( ) 缺的新数据 , 显示了中微子有质量. 1998 年超神 由核子及暗物质粒子 中微子归入暗物质退 冈国际实验合作组进而提出中微子有质量 、混合和 耦为相对论状态时的 2 类自由流阻尼标度理论 ,导 5 ( 振荡 , 最 轻 中 微 子 质 量 下 限 为? 0 . 07 ?() m 出的宇观天体 —微观粒子质量和视界 半径为 ν e i i 1 - 1 i [ 2 ] ( )A r.A r=1 m = A m , n i i n ) 0 . 04eV . 19 i - 1 式中 A = 10称 Planck 大数. 对天体取 A , 20 世纪 80 年代作者提出 :为使中微子获得静 i +1 ( ) ( ) ( ) 粒子取 A ; 对于核子及光子 i 分别取 0 , - 2 . 于是 质量 , 将 S U 2对称推广到 S U 2? S U 2L L R [ 3 , 4 ] 对称 , 使拉格朗日量中贡献中微子质量项. 在 得 - 24 核子 : m = m = 1 GeV = 10 g , 文献 [ 5 ] 中算出 m? 0 . 32 eV , 恰好处于实验下限i = 0 n ν e - 14 ( )r= r= 10 cm.2 i = 0n 与实验上限 m? 3 . 6 eV 之间. ν e - 38 - 62 - 2 = 10 GeV = 10 g , 光子 : m=A m γ n 光子是否也有静质量 , 尚无据可考. 粒子表中 - 2 - 52 - 60 r=( )A r= 10 cm 3 γ 的数据上限为 m?3 ×10 g. 文献 [ 6 ] 算得 mn γ γ - 66 , 若 G 为宇宙早期的引力常数 , 在宇宙演化中 `? 10 g ; 文献 [ 5 ] 用自由流阻尼标度算得 m? γ - 62 G 为现时宇宙的引力常数 , 则引力常数随宇宙时 10 g. 间的推移而减小的规律为 光子若有静质量 ,则光子必有结构 . 最近实验 2 ( )4 G/ G ? A . `已证明 ,光子是由夸克 - 反夸克被胶子弦粘合在一 [ 7 ] 引入 宇 宙 早 期 粒 子 、现 时 粒 子 概 念, 则 与 起的夸克 - 胶子结构 . 不仅是电 、磁相互作用的载 Ξ 收稿日期 :2005 - 05 - 23 ( ) ( ) 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 19973008;中国物理研究院科学技术基金资助项目 990226. ( ) 作者简介 :焦善庆 1929 - ,男 ,云南人 ,教授 ,全国 M . M . P. H 交叉学科研究会理事长 ,主要从事理论物理方面的研究. ( ) 4式的等价式为 光子的静质量2 2 14 A m = 10g , 核子 : m = n , 早 n , 现 - 35 - 52 - 2 +1 - 1 在大爆炸后 t = 10 s 与宇宙背景特征温度 ( )= = 10 cm. 5 c A A A rr n , 现n , 早 14 27 2 2 - 2 ( 对应的质标为 10 GeV 相当于 T = 1 . 2 ×10 m A m== A A m = γγ , 早 n , 现 - 24 ) ) ( K, 宇宙开始发生暴胀 、相变 , 大群 S U N ?5破 = 10 g. ( )m 6 n , 现 ( ) ( ) ( ) 缺为 S U 3? S I2? U 1, 产生构成多成分C L e ( ) 5式的对应温标 、时刻 、视界分别为 ( νγ) 宇宙粒子 n ,e ,, 的超对称伴子. 暴胀 、相变使 51 - 62 - 52 e ( )7 T = 10K , t = 10 s , r = 10 cm , 8 - 32 背景温度下降到 10 GeV 左右 , t = 10 s 暴胀结 c 称“超微黑洞”. 宇宙起源于“超微黑洞”的一次大 14 束 , 宇宙又被重新加热到 10 GeV , 然后又按膨胀爆炸 , 与 t = 0 , r = 0 的点大爆炸模型不同 , 超越了 32 - 43 - 33 Planck 尺度 : T? 10K , t? 10 s , t? 10 ( ) pl pl pl 因子 H t ? t 的规律膨胀 , 此即暴胀模型 .cm 的限制. 按通常的观点 , 质子与反质子对湮灭可以产生 ( ) ( ) 5、62 式说明 , 宇宙早期粒子比现时粒子 2 个光子 , 即 有更大的质量标度和相应的温标 , 一个宇宙早期光 γ( )p + p??2.9 F F 子质量与一个现时核子质量相等 . 若此情况为真 , 则在大爆炸中产生的一切物质 早前据焦 - 亚夸克模型和 Preo n 模型导出了 与反物质都会以这一方式消失 , 只剩下一个全是光 [ 8 ] 一些不能被 三 代 费 米 子 包 容 的 新 粒 子 族 系, 并 子的世界. 但是事实并不如此 , 在宇宙中有一个质 [ 9 ] 10 10 称为“编外”粒子. 这些“编外”玻色型反夸克 、反 子 p ,就有 10 个光子. 换言之 ,每有 10 个质子与 F 轻子是三代费米 子 的 超 对 称 性 伴 子 . 所 谓 超 对 称 反质子湮灭时 ,会有一个 p 存活下来 .F 性 , 即费米型正粒子与玻色型反粒子间存在正 、反() 问题在于反应式9中 ,若 p与p?均为费米子 ,则F F 两界粒子的一一对应关系 , 参见文献 [ 10 .正 、反夸克湮灭 γ( )( ) ( . )210 p uud= p?uud? F F ( ) νγ的由统一计算式 1算得现时粒子 n ,e ,, e 若反质子为质子的超对称性伴子 , 即反质子为 [ 11 ]质量标度和对应的温度标度为 反夸克玻色子构成 , 则它不是亚夸克的九体结构 , 13 而是亚夸克的六体结构 , 亚夸克不能完全湮灭而转 T = 1 . 2 ×10K; m = 1 GeV , n n 9 m ? 0 . 58 MeV , T ? 0 . 7 ×10K; e 化为光子 , 有部分亚夸克会存留下来 , 即 e ( )8 ( () ( ) ( ) ) p u qbgu qbgd qbg+ 3 F 1 c 1 c 2 c T? 3 . 84 ×10K; m? 0 . 32 eV , ν ν e e 2 2 1 - - + 3 3 3 - 35 - 25 ( ) () ( )yqb?yq?byqb?2 c2 c1 c ?p? Bm? 10 MeV , T? 1 . 2 ×10 K. e e e γ γ )( 11 多个光子 + 部分亚夸克 . 与宇宙早期粒子比较可知 , 超对称伴子的质标 关于前已提及光子数密度与质子数密度之比 及温标 则 大 得 多 , 比 最 重 的 现 时 夸 克 m = 175T 10 ( )n/ n= 10, 12 γp GeV 还大. 严格从理论算出 , 目前尚未见到 . 但是 W . 温伯格 人们相信 ,在 L HC 上可以发现超对称 ,在 4 × 2 已用唯象方法得出了这一结果.10GeV 限上可能发现超对称轻子 ,在 350 GeV 限 0 3 我们利用统计物理的 Planck 分布 , 导出光子数上发现中性微子 U ,在 4 ×10GeV 限上可能发 e ,B 密度谱 , 算 出 光 子 的 数 密 度n, 也 可 由 光 子 的 γ 现超对称性夸克和胶子 . 14 TeV 的加速器 ,不久也 分布 , 算出光子的能量密度 , 从而算出光子Planck 将加入找寻超对称性粒子的行列 ,进一步证实宇宙 的数密度n, 再由实验观测到宇宙中质子数密度 γ 早期粒子是现时粒子的超对称性伴子 . 衡态与引力束缚态共存的系统. 光子热平衡态占优 势 , 宇宙必然膨胀 . ( ) 为了进一步验证 13式的正确性 , 取 W . 温伯 格据实验数据总结的关于宇宙微波背景辐射的质 量密度结果 - 34 - 3 ρ( )? 4 . 4 ×10 g ?cm . 14 γ - 60光子静质量取粒子表中的数据上限 m= 3 ×10 γ 79 g , 实验测得宇宙中质子总数为 10个 , 则光子总数 89 28 为 10个 , 宇宙视界的观测值为 10cm , 算得光子 的质量密度为 - 34 - 3 1 光子的夸克/ 胶子结构示意图 图 ρ)( = 0 . 9 ×10 g ?cm . 15 γ Fig. 1 The quar k - gluo n st ruct ure of a p hoto n ( ) 15式 说 明 光 子 数 密 度 与 核 子 数 密 度 的 比 10 值 , 确 为 10的 事 实 , 也 说 明 光 子 必 须 有 质 量的结构函数和形状因子 ,将以另文讨论 . - 33 - 60 ρ m?10 MeV ? 10 g 左右. 若 m= 0 , 则 γ γ γ ( ) = 0 , 与 14式不符. 参考文献 : 1 超神冈日 ,美实验合作组 . 大气宇宙线反常事例 J . 光子结构3 CERN Courier ,1997 ,9 :12 —16 . 2 超神冈日 ,美实验合作组 . 中微子有质量 、混合和振荡 光子有质量 ,则光子必然有结构. 一些主要实 A . 高能物理参考资料 C . 北京 : 中国科学院高能 验室都已证实 :光子的夸克/ 胶子结构 ,光子是由胶 () 物理研究所 ,1998 ,8 3:1 —9 . 子弦将夸克和反夸克粘合在一起 ,它既有电磁作用 3 焦善庆 . 轻子结构模型和夸克 —轻子对称 J . 西南师性质 ,也具有强作用特性. () 范学院学报 ,1984 ,9 4:30 —40 . γ 我们认为 ,因现时光子是玻色型粒子 ,它的( ) ( ) ( ) J IAO Shan2qing. S U2? S U 2U 1symmet ry 4 L R e 0 group sJ . IL Nuovo Cimento L et t s ,1986 ,81 :40 —43 . ( γ超对称伴子则为费米型的轻子单态[ q , q ] s , F 1 2 焦善庆 ,杨本立 ,江光佐 . 多成分宇宙中稳定粒子的质 0 8 ,9 5 γ) ) ( g. 若高动量的亚夸克[ q q ] g, 从 低 动 s , F 1 2 ( ) 量和 半 径 估 算 J . 云 南 大 学 学 报 自 然 科 学 版 , 量的亚夸克海中浮获 2 对胶子 bb?,一对用于构成 cc () 2001 ,23 2:119 —121 . 2 1 2 焦善庆 ,江光佐 . 光子质量问题讨论 A . M . M . P. H + - - 3 3 3 ( ) ( 6 u或 d和 它 相 应 的 超 对 称 伴 子 y或 B F F e , 研究进展 C . 成 都 : 西 南 交 通 大 学 出 版 社 , 2000 , 8 1 + () 1:226 —228 . 3) y,另一对则作为胶子弦将两者粘合在一起 ,因 B e , 焦善庆 ,周勋秀 ,黄 庆 ,等 . 宇宙早期粒子与现时粒7 ( ) 此光子系统的反夸克不是 u? d? 或 ,而是玻色型 F F 子的质量 、半 径 和 电 磁 特 性 J . 江 西 师 范 大 学 学 报 2 1 - + () () 自然科学版,2003 ,27 4:320 —324 .3 3 () 的 y或 y ,表示为 B e ,B e , 焦善庆 ,唐 敏 . 在亚夸克模型中的新粒子族系 J . 超对称伴子8 00) γ ( ()γ[ qq] g, 16 s , F 1 2 B () 云南工学院学报 ,1990 ,8 2:87 —96 . 0 焦善庆 ,蓝其开 . 亚夸克理论 M . 重庆 :重庆出版社 ,γ ( ) [ qq] g+ 2b?b? s , F 1 2 cc 9 1996 . 1 1 + - 3 3) () ( yqb?+ d qbg+ b?b,1 c2 c cc 焦善庆 ,蓝其开 ,江光佐 .“编内”费米子反物质和“编 F B e , 10 ()17 2 2 外”玻色子反物质对称性的讨论 J . 江西师范大学 - + 3 3) () ( yqb?+ u qbg+ b?b.2 c1 c cc F B e , () () 学报 自然科学版,2002 ,26 4:288 —293 . 许弟余 ,焦善庆 . 对宇观天体和微观粒子质量 - 半径( ) 光子的 夸 克/ 胶 子 结 构 17 式 可 用 图 1 表 示 11 ( ) 统一计算的注记 J . 云南大学学报 自然科学版,为 :胶子弦是振动的 ,它实际上是一个等量反号的 () 2002 ,24 4:282 —286 .夸克/ 胶子谐振子系统 ,因而既是传递电磁作用的 ()下转第 470 页 载体 ,又表现出强作用的性质是必然的 . 关于光子 物理与核物理 ,1996 ,11 :1 014 —1 020 .,1995 ,8 :1 203 —1 209 .理学报 26 戴启润 , 赵树松 . Bose - Einstein 关联与分布 J . 物 0 0 ε( ) Mo ment um space di mensio ngrad D = D - D - 4and ano malo us di mensio ngrad of relativistic quant um field 1 2 3 2CH EN G Shu2qiao, ZHAO Xi, ZHAO Shu2so ng, HUAN G Ban2ro ng (1 . Kunming Collebratio n of Multi hadro n Dynamics 1 . Kunming U niversity of Science and Technology , Kunming 650224 ,China ; )2 . Yunnan Normal U niversity , Kunming 650021 ,China ;3 . Yunnan U niversity , Kunming 650091 ,China Abstract : The Singularities of Q uant um Field Theo ry are Co nt rolled by t he ano malo us dimensio ngrad γ( ) εε( ) γ( ) ε g , eand t he parameter in D = D- D= 4;g , eand can be instead o ne anot her . The B R R0 0 B R R ( ) γ( ) ( ) Asymp totic f reedo m of g Q CD is p roved by t he experimental data S = 30 —1 800 GeV ; The B R 2 γ( ) γ( ( ) ) charge2dependent of st ro ng interactio n is in t he fo r m of g , ?= g ,01 + be/ g ]b ?1No n2 B R B R RR linear interactio ns change st ro ngly t he dimensio ngrad of t he quant um fields ,t he topological invariance . ε( ) γ( Key words : hausdo rff dimensio ngrad D = D - D = 4; quant um ano malo us dimensio ngrad g , 0 0 B R ) γ( ) γ( ) e,g , e; mass ano malo us dimensio ngrad g , e;asymp totic f reedo m of quant um fields RF R Rm R R 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 () 上接第 463 页 The rest mass and t he st ruct ure of a p ho to n 1 2 1 3J IAO Shan2qing, XU Di2yu, ZHOU Xun2xiu,WAN G Shu2juan (1 . Depart ment of Physics ,Science College ,Sout hwest J iaoto ng U niversit y ,Chengdu 610031 ,China ; 2 . Depart ment of Physics ,Sichuan Vocatio nal and Technical College ,Suining 629000 ,China ; )3 . Natio nal Ast ro no mical Observatory ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100012 ,China ( )Abstract : Fro m t he standard mo del SM in particle p hysics ,t he mass of a p hoto n is co nsidered zero , m γ= 0 ,w hich has universally been accep ted. The unified t heo ry of weak and elect ro magnetic interactio ns is ex2 () ( ) () m?0 ,t he symmet ry ofU 1must be dest royed. p ressed in t he symmet ry gro up s S U 2? U 1,and if γ e L e There are indicatio ns t hat t he rest mass of a p hoto n isn’t zero , namelyt heo retic re2 m?0 ,in so me recent γ searches and experiment s. If t he rest mass of a p hoto n is really not zero ,t he fo undatio n of t he standard mo del will be shaken o nce again . Key words : rest p hoto n mass ; supersymmet ry ; early stage of t he universe ; universe microwave back2 gro und ; number densit y of p hoto ns ; number density of p roto ns