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序 1992年,有一个人类知道的飞行最快的物体打到犹他州上空25千米的地球大气层上。它击中地球大气层时的运动速度是光速的百分之99.999,999,999,999,999,999,999,对于平常物体而言,这是有可能达到的最快速度。这个所谈到的物体就是宇宙射线,更准确地说是一颗宇宙粒子。它的本性和起源仍是个谜,但它却是从宇宙空间连绵不断降落到地球上的无数粒子之一。 20世纪的物理学建立在两个深奥而强大的理论基础之上:相对论和量子力学。前者是关于空间和时间的理论,当物体速度接近光速时,各种奇异的效应就完全显示出来。后者是关于物质的理论,所显示的效应甚至比相对论更古怪,不过主要表现在原子和亚原子的尺度上。由于宇宙射线是以非常接近光速运动的亚原子粒子,所以它把现代物理学的这两个基本理论的全部特色结合进一个单一实体。因此,在这人类认识到的物理实在的两个最基本方面的交叉点上,我们期待着能看到全新的甚或完全不同寻常的各种现象的活动。 天文学也许是最大众化的科学。如今,大家常常听到谈论黑洞、类星体和脉冲星。人们都听到过宇宙起始于一次大爆炸,而且报纸上定期展示给我们从哈勃空间望远镜发回的图片。可是,科学界以外的公众对宇宙射线却几乎什么也不知道,尽管实际上宇宙射线的产物每时每刻都在穿过我们的身体,对宇航员和甚至空中航线上的旅客可能是一种严重的致癌危险。 基本粒子物理学成为另一个颇具魅力的科学分支有其自身的合理性。例如Lep(设置在日内瓦附近的CERN实验室)的巨型加速器使亚原子碎片在周长许多千米的环形管道中运转。这些技术上的巨人创造着宇宙大爆炸刚发生后通常会有的物理条件。它们的建造和运行须耗费数十亿美元,对它们进行操作需要科学家和工程师们组成的真正意义上的大军。
原子物理学 atomic physics 研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支学科。主要研究:①原子的电子结构。②原子的能级结构和光谱规律。③原子之间或原子与其他物质的碰撞和相互作用。 原子结构模型的建立 1897年J.J.汤姆孙发现电子,论证电子普遍存在,并确认它是各种原子的共同组成部分之后,对于在中性的原子内,正电荷和电子质量以及电子是如何分布的,成为摆在物理学家面前的首要问题。1904年汤姆孙提出原子的正电荷和质量均匀分布于原子体内、电子镶嵌在体内的“葡萄干圆面包模型”。1911年E.卢瑟福分析α粒子散射实验与汤姆孙原子模型的明显歧离,提出原子的有核模型,原子的正电荷和质量分布在中心很小的核内。原子的有核模型 得到 a 粒子 散 射更为深入的实验研究支持而被 普遍接受。但是在原子的有核模型中,电子绕核运动有加速度,根据经典电动力学,将不断向外辐射能量,电子将最终塌缩于原子核,因而原子是不稳定的;而且电子绕核运动发出连续谱也与实际上原子的线状光谱不符。这些事实表明,研究宏观现象确立的经典电动力学不适用于原子中的微观过程,因此需要进一步探索原子内部运动规律,建立适合于微观过程的原子理论。 原子物理学和量子力学 1913年N.玻尔在卢瑟福的原子有核模型基础上,结合原子光谱的经验规律,应用M.普朗克、A.爱因斯坦的量子概念,提出原子结构的新假设,建立玻尔氢原子理论,成功地解决了原子的稳定性问题,并说明了原子光 谱的规律性 。玻尔理 论是原子理论发展的重要里程碑。1924年 L. V.德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性 ,不久被实验证实,1926年E.薛定谔、W.K.海森伯、M.玻恩、P.A.M.狄拉克等人建立微观粒子运动规律的量子力学。量子力学的建立为解决原子问题提供了锐利的武器,量子力学在阐明原子现象的种种问题中也逐步发展和完善,从而开创了近代物理的新时代。20世纪30年代可称为原子物理的时代。原子物理学取得丰硕的成果,原子能级的结构和能级的精细结构、原子在外场中的能级结构、原子光谱规律、原子的电子壳层结构以及原子的深 层能 级结构和X射线标识谱等问题相继圆满解决,所获得的关于原子结构的种种知识成为了解分子的结构,固体的性质,以及说明许多宏观现象和规律的基础。 原子物理学的新阶段 20世纪50年代末期,由于空间技术、空间物理和核试验的发展,不仅要求精确测定原子光谱的波长 、研究原子的能级 , 而且对于谱线强度 、跃迁几率、碰撞截面等也要求提供准确的数据,因此要求对原子物理进行新的实验和理论探索。原子物理学的发展曾对激光的产生和激光技术的发展作出重大贡献。激光问世之后,应用激光技术研究原子物理学问题,实验精度有了很大提高,从而发现很多新现象和新问题。微波波谱学新的实验方法也成为研究原子能级结构的有力工具。因此原子物理学的研究又重新成为很活跃的领域。原子碰撞研究已成为原子物理学的一个主要发展方向,研究课题非常广泛,涉及光子、电子、离子、中性原子等与原子和分子碰撞的物理过程,应用和发展了电子束、离子束、粒子加速器、同步辐射加速器、激光光源和各种能谱仪等测谱设备,以及电子、离子探测器、光电探测器和微弱信号检测方法,电子计算机的应用,加速了理论计算和实验数据的处理。原子光谱与激光技术的结合,达到了前所未有的高分辨率,利用激光高功率密度发展了非线性光学,饱和吸收、双光子吸收和多光子吸收等成为原子物理学中另一个十分活跃的研究方向 。极端物理条件( 高温、低温、高压、强场)下和特殊条件( 高激发态、高离化态 )下原子的结构和物性的研究也已成为原子物理研究中的重要课题。60年代开始发展起来的将低能离子长时间约束在一个很小的空间范围内运动的离子存储技术,使人们可以从实验上近似得到孤立的、静止不动的单个带电粒子。近年来利用激光技术将中性原子降温减速并约束于空间很小范围内的原子囚禁技术取得重要的成果。这种存储技术正被应用于多种原子物理测量工作,测量精度更进一步提高,已成为量子电动力学理论最精确的检验手段之一,并可望建立新的精度更高的光频标准。 原子物理学是其他基础科学和技术科学如化学、生物学、空间物理、天体物理、物理力学等的基础,激光技术、核技术和空间技术的研究也都要求原子物理学提供重要数据,因此研究和发展原子物理学至今仍有十分重要的理论和实际意义。 取自"维客网"
据国外媒体报道,宇宙中最“慢”的概念是什么呢?斯坦福物理学家给出了自己所认为的“最慢的事件”。得益于美国EXO探索实验得出的数据,有一种神秘的粒子活动从137.5亿年前的宇宙大爆炸开始到现在,该试验名称缩写为“2nubb”。其代表的是两个中微子双β衰变,这种衰变只存在于理论之中,是放射性元素在某种形式下具有的特性。在两个中微子双β衰变类型中,两个中子,中性亚原子粒子处于一个原子核中,这时候就是自发地衰变为两个质子,两个电子和两个反中微子,而两个反中微子,在物理学家眼中可认为是微小的“反物质双胞胎”,而且几乎没有质量,是一种非常神秘的粒子。