1、毕业论文文献综述理论物理两体及多体衰变的相空间因子摘要粒子物理学源于19世纪末物理学的三大发现。德国物理学家伦琴发现了X射线，法国物理学家贝可勒尔探测到放射性，英国物理学家约瑟夫汤姆生、德国物理学家维谢尔和德国物理学家考夫曼证明了电子的存在，这三大发现打破了物理学理论大功告成的迷梦。本人所选的课题是研究一般的两体及多体衰变时相空间因子对粒子寿命的影响，故文献来源为粒子物理学和核物理学这两方面。通过对文献的浏览，本人得知粒子物理是研究场和粒子的性质、运动、相互作用和相互转化规律的学科，是研究粒子内部结构规律的学科，也是当代物理学发展的前沿和取得研究成果最多的领域之一。关键词寿命、衰变、相空间粒子
2、物理学源于19世纪末物理学的三大发现。德国物理学家伦琴发现了X射线，法国物理学家贝可勒尔探测到放射性，英国物理学家约瑟夫汤姆生、德国物理学家维谢尔和德国物理学家考夫曼证明了电子的存在，这三大发现打破了物理学理论大功告成的迷梦。当时，人们把质子、中子和电子认为是物质结构的基本单元，把这些粒子，再加上光子，看作“基本粒子”，在只包含引力相互作用和电磁相互作用的已有的物理学理论下，不能对这些新发现作出理论上的解释。于是发生了物理学基础理论的变革，物理学研究仪器的革新导致物理学的大发展。本人所选的课题是研究一般的两体及多体衰变时相空间因子对粒子寿命的影响，故文献来源为粒子物理学和核物理学这两方面。通过
3、对文献的浏览，本人得知粒子物理是研究场和粒子的性质、运动、相互作用和相互转化规律的学科，是研究粒子内部结构规律的学科，也是当代物理学发展的前沿和取得研究成果最多的领域之一。在现在这个阶段，粒子物理已有了长足的发展。首先，在理论基础是量子场论的基础上，由于试验设备加速器、对撞机、探测器、计算机和数据处理系统的采用，然后通过高能粒子的相互碰撞，就会发现新粒子，目前为止，人们发现并已确认的粒子有400多种，还有300多种已发现但尚未确定。其二，科学界对微观粒子的深入了解，已有的基本粒子并不属于同一层次，按它们的主要相互作用，可以将粒子分为三类规范粒子是传递相互作用的粒子，有光子等四种；轻子是不参与强
4、作用而参与弱作用和电磁相互作用，自旋均为12的粒子，轻子必定以粒子与反粒子对的形式生成湮灭，电子等6种是轻子，加上它们的反粒子，轻子共12种；强子是一切参与强相互作用的粒子，质子和中子就是强子，自旋为零或整数的强子称为介子，如介子、介子，自旋为半整数的强子称为重子如质子、中子、超子。最后，本人认为也是最值得一提的是反粒子的发现，反粒子是质量、寿命、自旋等与粒子相同，而电荷等相加性量子数与粒子异号的物质。首先，从理论上预言反粒子存在的人，是英国人狄拉克，他致力于建立相对论性电子理论，提出了著名的狄拉克方程，但方程给出的态比实验情况的态多一倍，在这样的情况下，狄拉克大胆预言，自然界中可能存在反电子
5、，之后不久，美国物理学家安德森从宇宙射线中发现了反电子，赛格雷、张伯伦在高能加速器上获得了反质子、反中子，1995年开始，欧洲粒子研究中心的科学家，在（LEAR）低能反质子环中，产生了9个反氢原子，虽然它们存在的时间仅为三亿分之四秒，但是，却将后人对物质的认知领域大大扩展。本人认为也就是站在前人的理论和实验的基础上，才使课题可以完成。本课题是与粒子衰变相关的，我们知道研究对象多为不稳定的粒子，在很短的时间内就会发生衰变而转化为其他粒子，因而寿命成为衡量它们性质的重要物理量。在这里可以简单的解释一下，如果一个质量为M的粒子有很短的固有寿命1/同时具有动量（E，P），然后它在衰变之前可以存活的时间
6、为0T或者更大的概率通过00/0TMTEPTEE可知，还有它可以移动的距离为0X或者更长其概率为0/0MTPPTE，在一个质量为M的粒子变成N个粒子的过程中的部分衰变率可以写成4212,2NNDMDPPPM，其中2M是动力学的内容，而ND是一个N体的相空间元，即运动学的内容，故可知粒子寿命不仅取决于具体的相互作用的性质（动力学的内容），还决定于衰变后的末态粒子的个数及质量等，这部分的因素就归结于相空间因子（运动学的内容）。动力学内容相当的重要，但不是本人关心的重点，运动学的内容才是所关心的内容，即ND部分。在大部分的文献中，对于ND只有一些特殊的情况的表达式，如两体衰变，即在静止参照系中，一个
7、质量为M的粒子，衰变成两个粒子，且分别标记为1和2，D可以被化简为2122132PDMDM，其中11COSDDD是粒子1的立体角，不变质量M可以被能量和动量决定用，还有三体衰变，即定义IJIJPPP和22IJIJMP，它们满足2222222122313123MMMMMMM和2222123332MPPMMME，其中E是在M的静止参照系的粒子3能量，在这个参照系，三个衰变粒子的动量处在一个平面，如果它们的能量被知道，那么这三个动量相关的方向是被固定的。因此动量可以被在空间中的三个欧拉角,指定，而系统最终被指定的方向与最初的粒子有关联，这样D可以以被化简成3211213511162DMPPDMDDM
8、，还有与此相关的DALITZ图，即对于一个给定值的212M，而223M的变化是由212M的值决定的，当2P平行或反平行于3P时，222222223232233MAXMEEEMEM222222223232233MINMEEEMEM其中，2222121212/2EMMMM和222312312/2EMMMM，它们都是在12M为静止的参照系下粒子2和3的能量。以212M为横轴，223M为纵轴画出当212M变化时223M的变化情况即得DALITZ图，如果2M是常量，则图上被允许的区域与方程22212233311322DMDMDMM画出的区域一致，而图上的不一致可以直接得到2M的信息。例如，在反应DK，当
9、892KKMM时，一条带出现在图上，这反映了衰变过程中反应892DKK的出现。通过文献的描述，本人得知两体衰变方程相当的简单和普通，但不幸的是，当终态有三个粒子或更多的粒子时，对1,NNDPPP的积分将不能被容易的积出，因为如果反应的末态有N个粒子，N体末态相空间不变体积元为341311,22NNINIIIIDPDPPPPPE，其中P为初态总四维动量，1,NPP为末态N个粒子的四维动量，函数反映四维动量的守恒要求，这个相空间积分时是3N重积分。由于函数的存在，积掉函数后还有3N4重积分。故在一般情况下，我们只有使用近似的，才能得到较准确结果，但当所有的末态粒子的质量都为零时，可得到一个相空间的
10、递推公式，由于文献只作了简略的描述，本人决的有必要对末态粒子零质量情况的相空间因子进行更深入的讨论，还有就是使用计算机来讨论DIALITZ图对于多体衰变的处理方式。主要参考文献1DAVIDGRIFFITHS,INTRODUCTIONTOELEMENTARYPARTICLES,HARPERROW,1987（文献翻译出处）2KNAKAMURAETALPARTICLEDATAGROUP,JPHYSG37,0750212010（文献翻译出处）3）李政道，粒子物理和场论简引，科学出版社，1984年4）（英）L赖德，基本粒子与对称性，科学出版社，1983年5）曾谨言高崇寿，粒子物理与核物理讲座，高等教育出版社，1990年6）顾莱纳，缪勒，量子力学对称性，北京大学出版社，2002年7）章乃森，粒子物理学（上、下），科学出版社，1987年8）肖振军，粒子物理学讲义，南师大物科学院9）许咨宗，核与粒子物理导论，中国科学技术大学出版社，2009年10）高崇寿，群论及其在粒子物理学中的应用，高等教育出版社，1992年11）RHDALITZ,PHYSREV,94,10461954
