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冯向军 2017-8-15 15:53

作为冯向军泛有序对的1个费米子美国归侨冯向军博士，2017年8月15日写于美丽家乡费米子遵守泡利不相容原理。在任意给定的量子态中，要么有1个费米子，要么没有，而有1个费米子的概率为p 1 = p 0 * x ，这其中p 0 是在任意给定的量子态中没有费米子的概率，x则服从经典玻尔兹曼分布： x = exp(-(E-u)/(kT))。式中，E为系统能量，u为系统化学势或费米能级，T为系统热力学温度，k为玻尔兹曼常数。我们总可以把任意给定的量子态中的 1个费米子视为相互对立的两广义单位向量： A = （1，0）= 无费米子和非A = (0，1）= 有费米子所构成的二维正交坐标系上的广义向量。冯向军泛有序对（A，非A）= 函数f(A，非A） 1个费米子 = 冯向军泛有序对（A，非A）= p 0 A + x非A （1-1） 1个费米子的发生概率 = p0 * x (1-2) 因为：对于费米子，p0 = 1 - 1个费米子的发生概率，所以： 1个费米子的发生概率/(1 - 1个费米子的发生概率) = x (1-3) 1个费米子的发生概率 = x/(1+x) = 1/(exp((E-u)/(kT)）+ 1）（1-4） 1个费米子的发生 = 没有费米子和有费米子以概率p0和x同时发生。任意给定的量子态上的平均费米子数 = p0*0 + 1个费米子的发生概率 *1 任意给定的量子态上的平均费米子数 = 1个费米子的发生概率任意给定的量子态上的平均费米子数 = 1/(exp((E-u)/(kT)）+ 1）（1-5）【附录】冯向军泛有序对的定义美国归侨冯向军博士，2017年8月15日写于美丽家乡【泛有序对(A，B)的定义】如果在一切条件下A和B互相包含，则称A和B无条件等价。泛有序对(A，B)是定义了无条件等价关系的抽象有序结构。如果A和C无条件等价，B和D无条件等价，则 (A，B) = (C，D)。反之亦然。泛有序对(A，B)具有如下基本性质：（1）不给定条件时具有无指向性，这其中指向的含义包括目标方向和所对方位。（2）条件不完备时具有不确定性。（3）条件完备时具有确定性或决定性。【举例】不给定任何条件的抽象的（A，B）无指向。（博士，美国归侨）含义不确定。中国科学网上的（冯向军博士，冯向军美国归侨）含义确定。【冯向军泛有序对(A，非A)的定义】在泛有序对（A，B）中，若B是定义在传统逻辑非上的A的对立面，或B = 非A，则称泛有序对（A，B）为冯向军泛有序对（A，非A)。冯向军泛有序对具有如下基本性质：（1）不给定条件时具有无指向性，这其中指向的含义包括目标方向和所对方位。（2）条件不完备时具有不确定性。（3）条件完备时具有确定性或决定性。（4）当所指条件是关于对立双方A与非A的函数f(A，非A)这种函数关系时，冯向军泛有序就是关于对立双方A与非A的函数f(A，非A)。当A与非A是相互垂直的具有广义方向的单位向量，而函数f(A，非A)是关于对立双方A与非A的线性组合时，冯向军泛有序(A，非A）= aA + b非A 就是以 A与非A为基底所构成的二维正交坐标系中的广义向量。当a=p1和b=p2是科尔莫哥洛夫概率时，冯向军泛有序(A，非A）= p1A + p2非A =（p1，p2) 就是具有概率分布的二元广义系统。一般而言，作为广义向量和广义系统的冯向军泛有序(A，非A）都是以对立双方同时存在作为存在的前提的。

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中微子被镜面反射的铁证！？兼谈科学发现之发现

热度 15 kiwaho 2017-6-18 09:44

早在2004 年，俄国科学家Parkhomov 做了一个实验：他将放射性同位素钴60Co ，放置在太空望远镜的焦点上，以观察其衰变率，或半命时间，随太空观察对象的变化。下图是他的初级实验装置：图中样本60Co 标记为红色，置放在抛物面反光镜的焦点上。他发现：当镜面对准太阳或星星时，样本的衰变速率突然呈指数急升。随后，这一发现发表在俄文科技出版物上。发现虽好，可惜他给出的解释归因于暗物质引起的。暗物质到底是暗物质，这种带有神秘色彩的概念，本身就是科学的无奈选择，故而他的这一发现，也只在本国黯然嘚瑟了一下。随后若干年，他又联络天文台，借用巡天望远镜，重复了几次实验，直到2011 年，他鼓起勇气，在国际同行评审的刊物上，用英文发表了他的研究报告。这次他不再提暗物质的影响，而是大胆猜测：抛物面反光镜可能聚焦了中微子，从而加速了钴60 的衰变。然而，科学界早已被下述两条结论洗脑了： 1 、中微子几乎不与物质发生任何反应，数光年厚的铅板也能畅通无阻； 2 、同位素的半命是天命，不可更改的常量。故而，Parkhomov 教授的新发现，就算国际上发表了，也没有多少人当真。我向来不惮以最坏的心思来揣测官科的保守，所以，从不拒绝阅读离经叛道的文章，甚至愿意花点力所能及的资源，重复那些官科认定不可能的实验。深入研究他的文章后，我竟然在他的发现的基础上，又解读出了自己新的发现。这个发现之发现，可以更好地解释他的发现，而又不与主流官科起正面冲突，可归纳为这5 条引理： 1、恰当使用中微子，确实能加速 β 衰变率； 2、仅仅热中微子才能被镜面有效反射； 3、聚焦条件下，偶数个热中微子能松散地生成准粒子，即费米子受迫可结合成波色子。 4、上述波色子准粒子的自旋量子数，可因叠加达到很高的旋态，例如10 个自旋1/2 的热中微子，整合成波色子后，自旋可高达整数5 。而高旋粒子正是难得的“敲门砖”，可敲开自然界很多被高旋锁住的清洁核能。 5、聚焦中微子，仅可加速β- ；而聚焦反中微子，仅可加速β+ 。若倒过来用，则抑制对应的衰变。为何说上述5 条引理与官科不矛盾呢？理由如下： 1、教科书虽然天命化了同位素的半命，但口风并不紧，而且现有大量得到一致认可的实验证据：某些人造条件确实改变了半命。例如铼187Re ，天然半命410 万万岁，在剥光核外电子后，半命仅剩33 岁。 2、现有中微子检测仪器，动用了国家才负担得起的大科学装置。其能量门槛基本在MeV 以上，因而能量在0.1MeV 或100KeV 以下的热中微子，没有可行办法单个检出，也就是说热中微子在官科眼里，还是个暗物质。这里所谓“热中微子”是我自己定义的，能量低于100KeV。不要混淆“热中子”，官方定义为0.025eV，物质波波长1.8 Å 。因中微子的静止质量极低，且接近光速飞行，能阈定低了不妥。 3、既然无可奈何地把热中微子当作暗物质，官科就没有发言权给其定性，或将可检测的高能量中微子的已知属性，例如所向披靡地穿透光年级的铅板，不加思索地套用到热中微子。 4、正统量子理论认为：费米子不能随便扎堆聚会，而要按泡利不相容原则 Pauli exclusive Principle ，各取互不相同的量子态，例如电子集结到原子核外，要确保轨道、自旋、磁矩3 个量子数组合各不相同；而波色子就可任意“集会游行”，例如光子可以任意叠加聚焦。中微子聚会时，各自仅1 个自旋数可调，基态1/2 自旋只能一个中微子占有，其它只好在3/2 ，5/2 ，7/2 … ，n/2 集合内不重复选取，但科学家至今没法将中微子的自旋，激发到基态以外的状态，所以说，请参加聚焦的中微子自觉遵守泡利不相容原则，绝对做不到！但是，天无绝物之路，费米子“气体”要压缩聚焦，得想别的辄，那就是偶数个费米子结盟，形成波色子式的准粒子。例如质子和中子都是自旋1/2的费密子，它俩聚焦幽会足够近时，假设10皮米阈值，必然受到“ 泡利力 ” 排斥，当外界压迫力超过泡利力 + 库仑斥力（仅适同性带电费米子），就可结合生成波色子氘核而长久在一起，而且还能释放聚变能量。注意：官科从未提供泡利力的定义和计算公式，但估计不大。眼见为实，但不要“合理”假设见不到的东西，这是做学问的重要原则之一。例如在百年前，X 光、以及伽玛光尚未被认识，而光线被棱镜折射是公认事实，但绝不能武断认为X 光、以及伽玛光也可被折射。科技昌明的今天，“坚强不屈”的X 光、伽玛光广泛用来做透视，甚至可以直接穿透有限厚的钢板。幸亏没有按可见光的属性“合理”假设。现在，我们已知高能中微子穿透太阳、地球都不转弯的，根本不可能反射折射。与前面例子相似，也绝不能武断认为：尚属暗物质性质的低能中微子，或者说热中微子，也有高能中微子类似属性。下图形象地示意了这个认识论的原则。所以说：Parkhomov 的中微子聚焦解释，还是有点靠谱的。但我的解释进一步限定能量100KeV 以下的热中微子，才有可能聚焦，且这个解释完全可以被更深入的数据分析应证。美国政府实验室Brookhaven Lab 测得的数据，可从下链取得钴60 的能阶和衰变数据： http://www.nndc.bnl.gov/chart/getdataset.jsp?nucleus=60counc=nds 基态时，自旋宇称为5+ ，半命1925 天，100% 贝塔衰变β- ; 第一激发态：58KeV ，自旋宇称2+ ，半命10 分钟，内部退激的几率99.75% ，β- 几率0.25% 。第二激发态277KeV ，稍超出热中微子范围，连同其它更高激发态，就不值得关注了。恰好，首激发态是一个isomer 态，竟然还有一点点β- 几率，小得容易被人疏忽，且其能阶远在热中微子阈值之下，几乎相当于“冷中微子”了。先不套用我提出的5 引理，姑且假设太阳或其它恒星的热中微子，能将60Co 激发到isomer 态，再从此态以官定几率0.25%β- 到镍60Ni 。可算出上述假设衰变通道的半命提速倍数 = (1925*24*60/10.4)*0.25% = 666 倍。衰变通道图如下：令人吃惊的是，Parkhomov 的实验数据约700 倍，与计算出的数据666 倍，竟如此巧合地接近！就凭这个大致吻合，基本可以断定：放置在天文望远镜焦点上的样本60Co ，肯定是从isomer 激发态衰变的，而isomer 激发态只能来自聚焦的热中微子。可惜，Parkhomov 的论文，未能就衰变通道做深入分析，故其声称的中微子聚焦的猜测，可信度不足以服人，也未能归纳出其它引理。为此，我索性自行实验，并专门发表一篇论文，在他的发现之上重新发现，终于把热中微子可镜面反射做成了铁证，并提出前述5 条引理。其实，还可以提出第6 条引理：热中微子也可以被折射。可这样间接证明：既然可以反射，那么一定也可以折射。但苦于手头缺乏实验数据，不敢在此文中冒失提出这一引理。我的论文已上载到预印本服务器，暂未敢投稿权威期刊。有兴趣的朋友，可从此链接下载： New Discoveries in Parkhomov’s 60co Astro-Catalyzed BetaDecay http://vixra.org/pdf/1704.0374v2.pdf 目前，此文热度较高，下载量不小，很多读者阅后通过推特转发相关消息，欢迎科学网读者在该预印本服务器下发表自己的观点。这一发现之发现，意义深远！预示着一门新学科的到来：“ 热中微子光学 ”。一旦此科技发展露出端倪，必将催生清洁核能时代的到来。传统铀核裂变能源，已穷途末日，核废料将祸害人类生态数千年，亟待清洁核能取而代之。最后说点关于科学发现的一点感想：科学发现的道路是艰难曲折的，少数时候也能走捷径，那就是在别人发现的基础上，进行二次发现，我称之为“发现之发现”。参考文献 1、Deviations from Beta Radioactivity Exponential Drop, Alexander G. Parkhomov, DOI:10.4236/jmp.2011.211162 2、 Bosonization Causes Free Neutrons Halflife Capricious When Measuring by Different Methods，Yanming Wei， DOI: 10.13140/RG.2.2.26828.62084 http://vixra.org/pdf/1705.0266v1.pdf

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超导“小时代”(16)：胖子的灵活与惆怅

热度 1 Penrose 2017-2-14 17:32

超导“小时代” (16) ：胖子的灵活与惆怅【作者注】《超导小时代》系列文章自2015年9月在《物理》杂志连载，欢迎大家订阅、围观。此文发表于《物理》2017年第 0 2 期，详见 http://www.wuli.ac.cn/CN/abstract/abstract69530.shtml 手如柔荑，肤如凝脂，领如蝤蛴，齿如瓠犀，螓首蛾眉，巧笑倩兮，美目盼兮。 ——《诗经·卫风·硕人》图1：《簪花仕女图》（局部） ( 来自昵图网) 人类历史上关于美的评判标准是“与时俱进”的。别看现代女性以瘦为美，天天琢磨怎么减膘，在唐朝时代，古人可是以胖为美。白白胖胖的杨玉环被唐明皇集三千宠爱在一身，在宫中散步的画风恰如《簪花仕女图》中那样，走在前面的胖女人才是贵妃，后面的瘦子只配当侍女 ( 图 1) 。其实，早在春秋战国时期，人们就无比企慕女胖子啦！翻开诗经，在我们熟知的“硕鼠”之外，还经常可以看到 “硕人”一词，所谓“有美一人，硕大且卷”就是说的就是——美丽的女胖子！或许那个时代，胖，就可能意味着善挨饿受冻，体力健壮，能生能养。这么说来，古代真是重量级女汉子的天堂啊！图2：胖胖的相扑运动员 ( 来自昵图网) 胖有胖的优势，胖也可能有胖的缺点。比如现代人的胖，大都是因为懒和贪吃造成的。娶一个胖子进家门，你也要掂量掂量家里米缸有多大，除非这个胖子真有独门本事。普遍偏瘦的日本人，把他们对胖子的喜爱表达到了一项传统运动项目上——相扑。相扑场上，两个晃荡着肥膘的胖子，比赛谁能把对方推倒，自有观赏乐趣 ( 图 2) 。日本美女明星喜欢相扑选手，已是众所皆知的秘密。可不，如果你是一名灵活的胖子，一点也不懒，还能靠胖来挣钱，谁会不喜欢呢？切记，胖，也要胖到点子上啊！图3：金属中的巡游电子与局域磁矩 ( 来自www.webexhibits.org和www.st-andrews.ac.uk) 在超导材料中，有一类材料被称之为重费米子超导体，这就是超导界的“胖子” 。胖从何方来？还得回头从金属导电性说起。在绝大部分金属材料里面，原子的内层电子被束缚在了带正电的原子核周围，而外层电子往往距离原子核很远，加上内层电子的屏蔽效应，金属中的外层电子大都是“自在奔跑”的，称之为“巡游电子”。正是由于大量巡游电子的存在，金属才具有良好的导电能力。而在这种正常情况下，金属中的巡游电子应该是一个体型匀称的家伙，它的“有效质量” ( 考虑到相互作用之后的理论质量 ) 和金属外面完全独立自由的电子质量差异不大。但是，不要忘了，电子还带有 1/2 的自旋，故而划分为费米子。电子的自旋导致电子除了可以产生电荷 ( 库仑 ) 相互作用外，还可以产生磁相互作用。假设把材料中一个个带正电的原子实换成一个个的局域磁矩，那么电子的自旋同样可以与之产生相互作用，造成的物理现象远要比常规金属导电复杂 ( 图 3) 。图4：近藤效应 ( 来自www.fmt.if.usp.br和www.physicsworld.com) 我们以金属中的电阻为例。一般来说，随着温度的下降，电子受到原子热振动的干扰就越小，电阻也随之下降。如果发生超导，电阻会在临界温度处突降为零；如果没有超导，电阻会最终趋于一个有限大小的“剩余电阻”。有没有可能金属的 ( 注意，不是半导体！ ) 电阻会在低温下反而上升？开尔文猜测电子在低温下会被“冻结”而导致运动迟缓，使得电阻上升 ( 见超导小时代之八 : 畅行无阻 ) 。量子力学告诉我们，该理论当然是错误的，因为电子是费米子的缘故，在低温下它无法被“笼络”在一起，也就很难真正冻住。但是实验物理学家总是不听话，偏偏要做出理论家不喜欢的实验结果——只要在足够纯净的金属样品 ( 比如金 ) 里掺一点点的磁性杂质如铁、锰等，在低温下金属电阻就随温度降低达到极小值后反而指数式地上升。这个结果让理论家很抓狂，包括解决常规金属超导理论的大物理学家巴丁，也百思不得解。终于，在某次小型学术研讨会上，一个精瘦的日本年青人在巴丁和派因斯等人面前展示了他的理论解释。茅塞顿开的巴丁高度赞赏这位叫近藤淳的日本青年，并以他的名字命名这个物理现象为“近藤效应”，其物理实质在于金属中的巡游电子自旋会与掺杂磁性原子的局域磁矩发生耦合，低温下的自旋相互作用导致电子受到散射增强。这意味着，金属中的磁性杂质周围，总是会聚集一堆“爱看热闹的”电子，以至于忘了赶路去导电了。而扎堆的巡游电子也对磁性杂质形成了屏蔽效应，远处路过的电子就可能“视而不见”参与导电，电阻在足够低温下也会趋于一个饱和值 ( 图 4) 。图5：重费米子形成过程 ( 来自普林斯顿大学物理系主页) 当金属中的磁性“杂质”浓度越来越大，以至于不再是杂质，而晶体内部局域磁矩就像图 3 那样有序排列起来——“近藤晶格”也就形成了。此情此景下，金属中的巡游电子就无法继续自由自在奔跑了，和局域磁矩的近藤相互作用必然导致电子奔跑过程中“拖泥带水”。最终的结果，就是电子的有效质量迅速增加，原本体态匀称的家伙，变成了一个“大胖子” 。这个胖子有多胖呢？说出来吓死人！费米子系统的有效质量与其比热系数成正比，常规金属如铜中电子比热系数约为 1 mJ/mol·K 2 ，但是近藤晶格中的“胖电子”导致的比热系数为 100 ~ 1600 mJ/mol·K 2 ，相当于有效质量是常规金属中的 1000 倍左右！设想一下，体重 50 公斤的正常人，放到某个地方去，瞬间变成体重 50 吨的巨人，这该如何是好？由于近藤晶格中的电子是如此之重，该类材料又被统称为“重费米子”材料 ( 图 5) 。胖子的世界你不懂，重费米子材料的物理性质也变幻多端，难以理解，至今仍然是物理学家头疼的大问题之一。 1975 年，第一个重费米子材料 CeAl 3 被 K. Andres ( 美国 ) 、 J. E. Graebner ( 美国 ) 、 H. R. Ott ( 瑞士 ) 等人发现，它的比热系数达到了 1620 mJ/mol·K 2 。首个大胖电子就是重量级的！然而即使胖子如此之重，它的电阻依然跟温度的平方成正比，这被认为是费米液体的标志 ( 注 : 作为费米子的电子群体存在弱的相互作用后，类比于宏观材料的液体，称之为费米液体 ) 。也就是说，胖归胖，人家还是像个常规金属那样地导电。图6：早期的三个重费米子超导体及主要发现者时间到了 1979 年，胖子世界的奇迹出现了，德国科学家 Frank Steglich 在重费米子材料 CeCu 2 Si 2 中发现了超导现象！尽管超导临界温度可怜仅有 0.5 K 左右，但迈斯纳效应证明是千真万确的体超导。 CeCu 2 Si 2 的电子比热系数至少为 1100 mJ/mol·K 2 ，是第一个重费米子超导体。紧接着在 1983 年，重费米子材料发现者之一 H. R. Ott 与 Zachary Fisk ( 美国 ) 、 J. L. Smith ( 美国 ) 等人合作发现第二个重费米子超导体 UBe 13 ，临界温度为 0.9 K 。 1984 年， Zachary Fisk 和 J. L. Smith 再接再厉，和 Gregory Stewart( 美国 ) 一起发现第三个重费米子超导体 UPt 3 ，临界温度为 0.5 K ( 图 6) 。重费米子超导的发现，彻底打破了理论物理学家关于磁性和超导“一山不容二虎”的论断，因为这些材料在低温都具有一定的磁有序结构。即使在有磁性原子且电子如此之胖的情况下，超导在极寒之下 ( 1 K) “依旧笑春风”，令人不得不惊叹大自然的神奇。图7：重费米子超导体发现年代、临界温度和数目增长 ( 由杨义峰、Frank Steglich、J.C.Séamus Davis等提供) 许多新超导体的发现都伴随着偶然因素，也有必然努力的结果，还有不少擦肩而过的遗憾。其实，早在 1975 年， E. Bucher 等人就研究了 17 个 MBe 13 型的化合物，其中包括 UBe 13 在内。而且，他们还发现了 0.97 K 的超导电性，但却错误地认为可能来自样品中残存的 U 杂质，因为超导电性太容易被磁场压制了。更大的遗憾是，他们的比热仅测到了 1.8 K ，距离 0. 9 K 的超导一步之遥。否则一旦比热数据证明是块体超导体，而且具有重费米子物性，那么意味着第一个发现的重费米子材料就是超导体！因为：他们的论文发表于 1975 年 1 月 1 日，而 CeAl 3 的论文发表于 1975 年 12 月 29 日，相差整整一年！有趣的是， Frank Steglich 等人在 1978 年就研究了 CeCu 2 Si 2 和 LaCu 2 Si 2 中的超导现象，受到 E. Bucher 等人的影响，他们也对 0. 6 K 左右的超导电性产生了怀疑，起初同样发现超导含量极低 ( 0.1%) 。但是他们坚持不断改进样品质量，并测量到了 30 mK 的比热，最终在 1979 年实现了块体超导，宣告第一个重费米子超导体被发现！或许，科研过程就需要这样一份坚持和执着的韧性，才更有可能取得成功。图8：115系列及其相关的重费米子超导家族 ( 由J. D. Thompson提供) 从此之后，越来越多的重费米子超导体如雨后春笋般涌现出来。这些材料几乎都含有磁性稀土重离子，如 Ce 、 Pr 、 Yb 、 U 、 Np 、 Pu 、 Am 等。结构上也多种多样，按照原子比例有 122 、 115 、 218 、 113 、 127 、 235 、 123 、 111 等。具体举例如： CeCu 2 Si 2 、 CeCoIn 5 、 CeIn 3 、 Ce 2 RhIn 8 、 PrOs 4 Sb 12 、 YbAlB 4 、 UBe 13 、 UPt 3 、 UCoGe 、 NpPd 5 Al 2 、 PuCoGa 5 等等。绝大部分重费米子材料的超导临界温度都在 5 K 甚至 1 K 以下，只有 Pu 系的材料具有较高的临界温度，其中 PuInGa 5 为 8.7 K ， PuCoGa 5 临界温度最高为 18.5 K 。然而元素 Pu( 钚 ) 作为原子弹重要原料之一，具有非常强的放射性和毒性，目前世界上关于 Pu 系的重费米子超导研究还非常困难和稀少。随着时间的积累，重费米子超导体的数量也在加速递增，截止到 2010 年，已经达到了 40 种左右 ( 图 7) 。如此之多的重费米子材料都具有超导电性，说明该现象并不十分少见。如同氧化物超导体一样，重费米子超导体也遍布各种类型的稀土合金材料之中，为超导研究打造了一片富饶的田园。重费米子超导材料的结构变化非常丰富，以 115 类型的材料为例。通过降低材料的维度，即增加原子堆积层数，让三维性减低到二维性，就可以实现从 CeIn 3 ( T c = 0.2 K) 到 CeRh 2 In 7 ( T c = 2.1 K) 。另外，再通过增加材料的带宽 ( 导电电子的能量分布范围 ) ，就可以到 PuCoGa 5 ( T c = 18.5 K) 。前后超导临界温度增强了约 100 倍 ( 图 8) ！真是没有做不到，只有想不到！重费米子材料的物理性质也极其复杂，可以在温度、压力、磁场等多种手段下对其电子组态进行微观调控，得到各种各样的电子态相图，其中包括铁磁、反铁磁、超导等 ( 图 9) 。即使在它们之上的正常态，其物理性质也异常古怪。比如在某些区域存在所谓隐藏序，至今实验仍无法分辨是属于电荷 / 轨道 / 自旋等有序态的哪一种。有的材料电子价态还存在涨落，有的材料在绝缘态或者金属态下存在拓扑不变性，有的材料在绝对零温存在异于有限温度热力学相变的量子相变 ……。这些千奇百怪的物理性质，极大地挑战了现有的物理理论框架，其中包括常规金属超导的 BCS 理论，在重费米子超导中已经不再适用。重费米子材料是如何实现超导，那些奇重无比的胖电子们如何华丽转身成如相扑运动员般灵活的，至今还是一个令人无比惆怅的谜！图9：重费米子材料中丰富的电子态相图 ( 由杨义峰提供) 仔细分析的话，也会发现重费米子材料具有的某些共性。比如表征电阻随温度变化的强度系数 A 和比热系数 γ 就成一定的线性比例，比值 N 可以是 2 、 4 、 6 、 8 。这被称之为重费米子材料的 Kadowaki – Woods 关系 ( 图 10) ，一般新发现的重费米子材料都遵从该规律。许多重费米子材料中电子行为随温度的演化，也具有一定的普适标度律，并且不受掺杂、磁场、压力的影响。这些都表明重费米子物性很可能具有共同的起源，只是目前尚未认识到而已。最后，值得一提的是，重费米子的产生机理主要就是巡游电子和局域磁矩的磁相互作用，进而影响了电输运的物理性质。这点和粒子物理中的“希格斯机制”，还有宇宙学中的黑洞奇点，都有着异曲同工之妙。再次体现了物理各分支之间的触类旁通，令人深省。图10：重费米子材料中Kadowaki–Woods比值关系【参考文献】程俊英 , 诗经译注 , 上海古籍出版社 ,2006, 上海 Coleman P., Heavy Fermions ： Electrons at the edge ofmagnetism. In ： Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials. New York ： Wiley ， 2007 Sarachik M. P.,Corenzwit E.,LonginottiL. D., Physical Review,1964,135:A1041 MacDonald D. K. C.,Templeton I. M.,PearsonW.B. Proc. Roy. Soc.,1962,266:161 Kondo J., Progress of TheoreticalPhysics, 1964,32:37 Smith J. L.,Riseborough P. S., Journal ofMagnetism and Magnetic Materials,1985,4748:545 Kouwenhoven L. and Glazman L., PhysicsWorld, 2001, 14(1):33-38 章立源 , 重费米子系统及其超导电性 , 物理 , 1986, 15(01):7-9. 路欣 , 压力环境下重费米子体系的物性探索 , 物理 , 2013, 42(06):378-388. 杨义峰 , 重费米子材料中的反常物性 , 物理 , 2014, 43(02):80-87. Aynajian P. et al. , Nature, 2012, 486:201-206 K. Andres et al., Phys. Rev. Lett., 1975,35:1979 Steglich F. et al., Phys. Rev. Lett., 1979,43:1892 Ott H. R. et al., Phys. Rev. Lett., 1983, 50:1595. ibid , 1984, 52:1915 Stewart G. R., et al. , Phys. Rev. Lett., 1984, 52: 679 Bucher E. et al. , Phys. Rev. B, 1975,11: 440 Franz W., Grieβel A., Steglich F., Wohllleben D.,Z.Physik B, 1978,31:7-17 Hiess A. et al. , Phys. Rev. Lett., 2008, 100:076403 Bauer E. D., Thompson J. D., Annu. Rev.Cond. Mat. Phys., 2015, 6: 137-153 Pfau H. et al. , Nature, 2012, 484: 493–497 Huxley A. et al. , Nature, 2000, 406: 160-164 Huxley A. et al. , JPCM, 2003 ,15:S1945 Monthoux P. et al. , Nature, 2007, 450:1177 Tsujii N., Kontani H., YoshimuraK., Phys. Rev. Lett., 2005, 94:057201 Sachdev S. Nat. Phys., 2008, 4:173 【延伸阅读】超导“小时代” (1) ：慈母孕物理超导“小时代”(2)：人间的普罗米修斯超导“小时代” (3) ：鸡蛋同源超导“小时代” (4) ：电荷收费站超导“小时代” (5) ：神奇八卦阵超导“小时代” (6) ：秩序的力量超导“小时代” (7) ：冻冻更健康超导“小时代” (8) ：畅行无阻超导“小时代” (9) ：金钟罩、铁布衫超导“小时代” (10) ：四两拨千斤超导“小时代” (11) ：群殴的艺术超导“小时代” (12) ：形不似神似超导“小时代” (13) ：双结生翅成超导超导“小时代” (14) ：炼金术士的喜与悲超导“小时代” (15) ：阳关道、醉中仙

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费米子的量子显微镜

热度 2 yanbohang 2015-4-25 08:56

费米子的量子显微镜玻色子的量子显微技术的发展，是几年前冷原子物理领域一个重大突破。利用此技术，人们可以观测到单个原子在光晶格中的隧穿，研究原子在光晶格中各种量子性质。自然而然，人们想到将这个技术扩展到费米子中。量子显微技术的一个关键是冷却。同时我们需要原子发光，原子装载到光晶格中，会不断地被加热。玻色子中主要用到光的偏振梯度冷却，近共振的光不断冷却原子，同时发出荧光，用显微镜收集荧光来观测原子，做到高分辨率。而对于费米子（ K 和 Li ），他们的质量很小，同时超精细结构分裂太小。偏振梯度冷却不能起很大作用。因此，从项目提出之初，到现在有 6-7 年时间了，费米子的量子显微技术一直难以发展。不过最近一段时间，在 Arxiv 上出现多篇费米子量子显微技术的文章。先是 Stefan Kuhr 小组（ arXiv:1503.02005v2 ）和 MartinZwierlein 小组（ arXiv:1503.02648v2 ）几乎同时贴出费米子的文章。最近 Markus Greiner 小组也贴出了文章（ arXiv:1504.04397v2 ）。其中，都用到新的冷却技术，特别是 Raman 边带冷却。 Raman 边带技术很早就在冷原子中实现了。但是用他来做显微技术却是最近的事。有很多小组利用此技术来成像。比如 2014 年 Cindy Regal 小组（ PRA90, 011804(R) (2014) ）实现了用 Raman 边带冷却来探测单原子，同年， Vengalattore 小组（ PRA 90, 033422 (2014) ）实现用 Raman 边带冷却探测原子团。现在， Raman 边带冷却带来了费米子的显微技术，相信不久会有很多令人惊喜的结果出现。下面分别是三个小组关于费米子高分辨的图片。

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松子是费米子！！！

热度 11 boxcar 2014-3-8 20:29

徐晓同学在其博文 http://blog.sciencenet.cn/blog-731678-774210.html 中提出了一个问题—— 松子是玻色子还是费米子？为此，俺试着做出如下证明：众所周知—— 松子，是科学网博友蒋劲松的外号。蒋劲松童鞋自己吃素，而且极力动员大家跟着吃素，因此，俺有时也称他为蒋素素。在营养需求量一定的情况下，蒋素素童鞋会因为吃素，而比其他吃荤的童鞋吃掉更多的米，也就是说他消费的米更多。因此—— 松子是费米子！！！

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费米子为什么可以凝聚?

热度 4 skylark1981 2013-10-4 10:32

费米子和波色子服从完全不同的统计发布，所以波色子在很低的温度下会占据同一个能级，但是费米子不会，它会像爬楼梯一样由低到高占据所有可能的能级，如下面左图：那么为什么费米子会凝聚呢，如上边右图？所以必须要有相互作用，而且是吸引的相互作用，才能让费米子配对。这是BCS超导理论的核心，如下图：大家都玩过这个东西，”飞去来“丢出去以后，它会跑回来。所以在很多情况下，我们用这个原来向初学者或者外行解释BCS超导理论的机理。电子放出一个声子，然后又被另外一个遥远的电子(和原来的电子有相反的动量和自旋)吸收，所以连个没有直接相互作用的电子通过这样的相互作用降低了能量(等价于有了相互作用，或者形成复合子)。我没有办法讲述得更加严格，毕竟是科普类文章。我接触过一些人，其中有相当一部份人认为，复合子就是波色子，其实不是的。我们定义复合子的算子$c = a_{ks}a_{-ks'}$, 那么我们可以证明$ = 1-n_{ks}-n_{-ks'} \ne 1$, 其中，$k$, $-k$为动量，$s$, $s'$为自旋。所以我们看到，其实它不是严格的波色子, 但是它有一些类似波色子的性质。这种复合子的总自旋为$s+s' = 0$ (spin is additive), 或者1，从这点来说，它又是一种波色子。这个问题在BCS理论的原文中解释得非常清楚，如下：这里有一个概念问题：自旋为半整数（1/2，3/2…）的粒子统称为费米子，服从费米-狄拉克统计, 整数自旋为波色子， http://baike.baidu.com/view/2447.htm 所以费米子的凝聚也和普通的波色子的凝聚也有所不同。波色子的凝聚是说所有的粒子的波函数完全一样，但是费米子的凝聚是说，复合子的两个费米子的动量$k$都不一样，但是它们总的动量都是一样的, 所以凝聚是总动量的凝聚。这也可以从它们的波函数上看出来。这个也说明，任何两个费米子，只要形成了复合子，都有可能形成凝聚。这个相互作用可以是散射(冷原子中), 电子-声子相互作用(固体中)，电子-空穴相互作用(激子)等等。这种费米子凝聚态有些时候也叫做第6态， http://news.xinhuanet.com/world/2004-12/17/content_2347736.htm http://ienjoychem.blogspot.hk/2012/07/the-6th-state-of-matter-fermionic.html (固体液体气体为主要额三态，等粒子体为第四态，波色爱因斯坦凝聚为第五态，费米子凝聚为第六态)。结尾的话：有些网友让我正面回答某些网络暴民或者民科的质疑，这篇文章可以看作是我的回答, 科学问题应该又科学来解决, 而非造谣与诽谤。我对这种毫无意义的行为没有任何兴趣，我的博客的目的是为了宣扬科学，用科学的方法来理解问题。

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物理自编习题(15)

热度 3 skylark1981 2013-5-22 14:57

根据最新的物理研究进展, 我将把物理中的一些重要研究内容建华并编写成物理习题. 有兴趣的老师可以把它推荐给你们的学生. 这些习题基于书本知识,但是略高于书本知识, 所以可以大大促进学生对物理学的兴趣. 我做这个工作,只希望证明, 物理学前沿并没有那么高深莫测.因此我放弃这些习题的版权,任何人可以传播,出版,修改这里的习题. 如果您出版了我的习题,请在书本中感谢我的努力就可以了. 我不提供习题的答案,但是提供习题的解题思路,以及习题的背景, 有些时候会提供部分有价值的参考文献. 龚明题目：费米子的性质中, 交换反对称和不相容原理哪个更基本？题目意义 : 几乎所有的教材都有意无意强调费米子的反交换性质和不相容原理的等价性。这种等价性是这样建立起来的：费米子一定满足交换反对称关系，所以，就有不相容原理。作者和很多人讨论过，包括很多做理论的博士后，以及一些大学教授，对这一点深信无疑。费米子就一定是交换反对称的，这是很多教材向学生灌输的思想。其实，如果是Majorana费米子，它确实满足交换反对称关系，但是它不满足Pauli 不相容原理，因为交换2个Majorana费米子得到一个矩阵，而不是一个c数。下面是我的报告中的一页PPT, 很完美阐述了这个问题。希望老师在上课的时候不要把这个关系讲死了，否则学生接受了知识，却被知识禁锢了。

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“傻”博士的初恋-23-全同粒子（科普）

热度 5 tianrong1945 2013-1-28 09:43

第二十三章﹕全同粒子（科普） 2001 年 11 月 3 日，星期六 “萨沙，我们该写数学科普书的最后一章了。你想好了写些什么内容吗？” 我问。这时候，已经是下午四点钟，萨沙刚起床，洗完了澡，坐在计算机旁边发呆。我见他不回答我的问题，又问了一遍。 “我……这不，也在想这件事吗。” 萨沙又说：“你看，这儿有一则新闻。 CLAY 数学研究所，去年曾经發佈一則消息：將提供百萬美元的獎金為七個現未解決的數學問題征求答案。” “真的吗？每个問題都一百萬美元吗？” “对。” “ CLAY 数学研究所在哪儿呀？” “那是美國麻省劍橋的一個非盈利教育基金會。你在 MIT 没听过吗？” “没有。” “每个問題都是很难解决的。比如这一个，是在計算機算法領域頗為著名的 P / NP 問題。” “这我知道。我們在第一章內提到過的‘推銷員周游世界’的問題，不就和这有关系吗？” “我记得在去年年底的《科学美国》上，为了配合 CLAY 数学研究所的百万大奖，美国著名的科普作家 Ian Stewart 写了一篇文章，把 P/NP 问题与微软视窗系统中的一个小游戏联系起来。没准儿玩游戏也能得百万大奖哦！” “哪一个游戏呀？” “叫做 MINESWEEPER …” “啊，探雷游戏。我经常玩的那一个。” 誰不想成為百萬富翁呢？既然 CLAY 数学研究所以此问题征求百万大奖，当然说明这是一个非常重要和困难的问题。不过，玩游戏倒不困难，还挺有趣的。于是，我便开始收集资料：从探雷游戏出发，再解释计算机的算法问题，再就是量子计算机，那是我不太懂的领域，可能得请教学物理的罗德了。自从上次和罗德在一起吃中饭时谈到萨沙之后，我和他的谈话反倒自然了。因为现在我不需要回避他什么，而完全是作为一个知心朋友互相倾诉。人是需要听众的，特别是当你在感情问题上有困扰时。这些天，我们经常在一起畅所欲言，开诚布公。我对他谈到和萨沙的恋爱经过，萨沙的种种趣事。我们也谈到互相的家庭、小时候的事、同学、朋友等等。 2001 年 11 月 20 日，于是，今天向罗德咨询量子计算机之事，我首先谈到计算机算法中的 NP 問題。 “什么是 NP 問题？”罗德虽然是软件工程师，但是学物理出身，并未修过很多计算机课，我便大概介绍了一下。 “哦，这量子计算机，和你的算法問題又有什么关系呢？” 罗德感到奇怪。 “算法問題的实质是计算速度的问题。从理论上来说，现在的这种经典类型的计算机永远处理不了 Non-P 問題，也就是那些计算量按指数增长的問題。而未来的，按照量子规律来运行的量子计算机就可以处理 Non-P 問題。” “为什么呢？” “因为……因为，量子现象不是和经典现象完全不同吗？其实，我也不是很懂，……。但是我想，我们可以慢慢讨论。对这个问题，你这个学物理的，肯定会理解得比我更深刻。” 我记起了第一个提出量子计算机设想的人，就是诺贝尔物理学奖得主，生前任教于美国加州理工学院的物理学家理查德•费曼。 “啊，费曼，那是一个智慧超凡的科学鬼才……”罗德很熟悉费曼的故事：“他不仅是著名物理学家，也是一位开保险箱专家和邦戈鼓手。此外，他还曾经像一位真正的画家一样卖掉过自己的好几幅绘画作品。他研究生刚毕业，就参加了第一颗原子弹的曼哈顿计划。我还看过好几本与他的经历有关的通俗读物，很有意思。” 不过，罗德对费曼提出的量子计算了解不多。我告诉他， 1981 年五月，在 MIT 召开了连接物理学和计算机技术的第一次会议，费曼在会上作了一个“ Simulating Physics With Computers ”的报告，从此揭开了研究发展量子计算机的新篇章。说到 MIT ，罗德的兴趣来了，说是 MIT 有个物理教授沃尔夫冈 · 克特勒，几年前实现了玻色 - 爱因斯坦凝聚的那个，得了今年的诺贝尔物理学奖哦！不久前，好象是 10 月 9 日吧，瑞典皇家科学院宣布的， MIT 的克特勒与其他两位科学家，共同分享 2001 年的诺贝尔物理学奖。罗德说：“我不懂量子计算机，不过，我先给你讲讲与这三个人做的工作有关的玻色子及费米子，让你对量子的行为有点初步概念吧。” 下面便是罗德讲的有关‘全同粒子’概念。哈哈，还加上我这个物理门外汉，提出的几个愚蠢问题。世界上有一模一样的东西吗？有，那就叫“全同粒子”！所谓全同粒子就是质量、电荷、自旋等内在性质完全相同的粒子。在宏观世界中，可能不存在完全一模一样的东西，即使看起来一模一样，它们也是可以被区分的。因为根据经典力学，即使两个粒子全同，它们运动的轨道也不会相同。因此，我们可以追踪它们不同的轨道而区分它们。但是，在符合量子力学规律的微观世界里，粒子遵循测不准原理，没有固定的轨道，因而无法将它们区分开来。量子力学中，有两种类型的全同粒子：玻色子和费米子。分别以玻色和费米两位物理学家而命名。它们分别服从玻色 - 爱因斯坦统计和费米 - 狄拉克统计规律。我插嘴了：“爱因斯坦是人人皆知的大师，费米和狄拉克也都在诺贝尔奖的榜上有名，可这个玻色是谁，没听过啊……” “玻色的确不是那么有名，印度人，属于第三世界的物理学家嘛，受很多条件所限，不过，由他而命名的玻色子在物理学界还是挺有名的。对玻色子统计规律的研究可能是玻色一生中唯一一项重要的成果……” 有趣的是，玻色是因为一个“錯誤”而发现玻色子的。 1921 年左右，在一次有关光电效应的讲课中，玻色犯了一个类似“掷两枚硬币，得到“正正”概率为三分之一”的那种错误。没想到这个错误却得出了与实验相符合的结论，也就是不可区分的全同粒子所遵循的一种统计规律…… 我不明白，什么叫“掷两枚硬币，‘正正’概率为三分之一”的那种错误呀？另外，两个粒子可区分或不可区分，会影响概率的计算吗？” “当然会影响啊。”罗德说。你先看在现实生活中计算概率的情况。如果我们掷两枚硬币，因为每个硬币都有正反两面，所有可能的实验结果就有四种情况：正正、正反、反正、反反。如果我们假设每种情形发生的几率都一样，那么，得到每种情况的可能性，各是四分之一。现在，想象我们的两枚硬币变成了量子硬币。也就是说，它们完全一模一样，而且不可区分。既然不可区分，‘正反’和‘反正’就是一样的，所以，所有可能发生的情形就只有“正正”“反反”“正反”三种情形。这时，如果我们仍然假设三种可能性中每种情形发生的几率是一样的（尽管这好像不太符合我们的日常经验，但不要忘记，我们考虑的是‘量子硬币’！），我们便会得出“每种情况的可能性，都是三分之一”的结论。这个例子就说明了，多个“一模一样、无法区分”的物体，与多个‘可以区分’的物体，所遵循的统计规律是不一样的。玻色以此计算方法，得到了与光电效应实验相符的结果。他立刻意识到，这是一个“没错的错误”！便继续深入钻研下去， 1924 年写出一篇《普朗克定律与光量子假说》的论文。然而，当初没有杂志愿意发表这篇论文，认为玻色犯了统计学家们看来十分低级的错误。后来，玻色突发奇想，直接将文章寄给大名鼎鼎的爱因斯坦，不料立刻得到了爱因斯坦的支持。玻色的“错误”之所以能得出正确结果，因为光子就正是一种不可区分的、后来被统称为‘玻色子’的东西。对此，爱因斯坦心中早有一些模糊的想法，如今玻色的计算正好与这些想法不谋而合。于是，爱氏便将这个概念，延伸应用到其它类似的粒子。这些‘类似粒子’之后被人称为‘玻色子’，这也才有了现在名为“玻色 - 爱因斯坦统计”，以及 2001 年三个诺贝尔物理奖得主所证明的，超低温下实现的“玻色 - 爱因斯坦凝聚”理论。遗憾的是，玻色本人呢，却像一颗划过天空闪亮一时，又转瞬即逝的彗星一样，之后在科学上便没有什么大作为，最终也与诺贝尔奖无缘。我似懂非懂：“啊，原来光子就是玻色子。不可区分的全同粒子算起概率来的确与经典统计方法不一样。那么，费米子又是些什么玩意儿呢？” 不同微观粒子的全同性有所不同，是来源于它们的自旋，及此自旋导致的不同对称性。玻色子是自旋为整数的粒子，比如光子的自旋为 1 。两个玻色子的波函数是交换对称的。也就是说，当两个玻色子的角色互相交换后，总的波函数不变。另一类称为费米子的粒子，自旋为半整数。例如，电子的自旋是二分之一。由两个费米子构成的系统的波函数，是交换反对称的。也就是说，当两个费米子的角色互相交换后，系统总的波函数只改变符号。（见下图中的右边二图）我又不明白了：“费米子交换后波函数变号，不是好像可以区分两个费米子了吗？怎么它们也是全同粒子呢？” 不是那样的，罗德说，交换前和交换后的波函数，虽然相差了一个符号，但它们描述的仍然是同样的状态，因为两种情形下的几率波（波函数的平方）是一样的。所以，费米子也是一种不可区分的全同粒子。罗德又说，多个费米子系统的波函数是反对称函数这点，使得它的统计规律与玻色子的又有所不同哦！ “怎么不同法呢？” 我先打个比方吧。两个玻色子的互换波函数对称，就表明两个玻色子可以处于同样的状态下而和平共处；两个费米子的互换波函数反对称，就表明两个处于同样状态的费米子将互相残杀。或者说，玻色子是一群友好的朋友；费米子是互相排斥的一个个独立大侠。如果有一伙玻色子去住汽车旅馆，它们愿意大家共处一室，住一间大房间就够了；而如果一伙费米子去住汽车旅馆，便需要供给它们每人一间独立的小房间。我突然有点开窍，想起了过去学元素周期表时听过的‘泡利不相容原理’，便问罗德：“那个泡利原理是不是与费米子的特性有关啊？” 对呀，罗德说，正是如此。所有费米子都遵循这一原理，包括电子。因而，原子中的任意两个电子不能处在相同的量子态上，而是在原子中分层排列（见上图左图）。在这个基础上，才得到了有划时代意义的元素周期律。然后，再以刚才的两个硬币为例，说明费米子的统计规律有何特别之处？两个硬币现在变成了‘费米子硬币’。对两个费米子来说，因为它们决不愿意共住一间房间，也就是不可能处于完全相同的状态，所以，四种可能情形中的‘正正’和‘反反’状态都不成立啦，只留下唯一的一个可能性：‘一正一反’。因此，对两个费米子系统，出现‘正反’的概率是 1 。我还想急于知道与今年诺贝尔物理奖有关的“玻色 - 爱因斯坦凝聚”是怎么回事，可罗德说那有点太专业了。不过，可以如此稍加理解…… 因为玻色子喜欢大家同居一室，大家都拼命挤到能量最低的状态。比如，光就是一种玻色子，因此，许多光子可以处于相同的能级，所以，我们才得到了激光这种超强度的光束。“玻色–爱因斯坦凝聚”就是原子在冷却到绝对零度附近时所呈现出的一种特别物态…… 我脑袋中又闪出一个笨问题：“光子是玻色子，电子是费米子，原子是玻色子还是费米子啊？” 啊，刚才没说太清楚。原子是复合粒子，情况要复杂一点。对复合粒子来说，如果由奇数个费米子构成，则为费米子；由偶数个费米子构成，则为波色子。如为波色子的原子，在一定的条件下，降低温度到接近绝对零度，所有玻色子像是突然‘凝聚’在一起，那时会产生一些平常物质中观察不到的‘超流体’有趣性质，这就是“玻色 - 爱因斯坦凝聚”。通过对“玻色 - 爱因斯坦凝聚”的深入研究，有可能实现‘原子激光’之类的前景诱人的新突破。罗德最后总结说：“全同粒子的玻色子或费米子行为，也可以说是量子力学中最神秘的侧面之一！”　今天，给萨沙看了看我根据罗德的叙述写的‘奇妙的量子’一节。对量子现象的难以理解，萨沙似乎不以为然，还发表了几句哲学家式的论调。他说：“怪非怪，常为怪；不怪有怪，怪有不怪。这世界上的每件事都是奇怪的，不怪的东西才奇怪呢。” “什么话嘛！奇怪的人。” “对，人也是一样，每个人都很古怪。” 我不想和他辩论。心想，真是个怪人！和古怪的量子现象一样古怪，一样难以理解，琢磨不透，我想起了不确定原理、不可区分的全同粒子……，我又觉得，不知道为什么，和这个人交往了这么久，好象仍然不是很了解他。特别是在他的中国公司搞出了点眉目之后，萨沙有些想法与过去不一样，而且很不合常理。满口、满脑袋只有‘公司’。 “和你的公司谈恋爱去吧！”有一次，我赌气地说。 “是呀，这恐怕马上就要成为事实啰！明年，我可能大部分时间都得呆在北京。”没想到他会这样回答。上一篇：万圣节目录系列科普目录下一篇：感恩节

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科学网上的费米子和玻色子

热度 17 lvnaiji 2012-12-11 16:07

吕乃基在接触自然辩证法时稍稍涉及基本粒子。记得有这样的描述：费米子是构成物质世界的砖块，玻色子是把砖块砌在一起的灰浆。在写此文之时又在网上查阅：费米子是构成物质实体的粒子，玻色子是传递力或能量的粒子。一般情况下玻色子不能独立费米子存在，但是在实验室条件下（大型强子对撞机）可以分离出游离的玻色子。所以，脱离物质实体的能量可以单独存在，甚至是脱离物质实体的能量可以具有一定质量。感觉在科学网上也有与此相近的两类网友，一类如费米子，埋头于自己的领域，虽然有时也评论他人的博文；另一类如玻色子，在科学网上走亲访友，访贫问苦，形成科学网上纵横交错的网络，搅得科学网风生水起，人声鼎沸，热气腾腾。科学网因此而凝聚，而生机勃勃。扪心自问，博主大概只是费米子，陈安博士大概既是费米子，又是玻色子，而且是大型强子对撞机中的玻色子。其他网友博主不敢妄加评论，或可自行对号入座。科学网需要费米子，也需要玻色子，或许更需要大型强子对撞机中的玻色子。

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文小刚局域原理

wliming 2012-2-3 13:51

最近重读了一遍文小刚的《量子多体理论》，又多了一份理解。这本书真的是一本高智慧的创造。他的很多观点虽然都建立在凝聚态物理的基础上，但对整个物理学有重要的指导意义。他讲俏皮话的水平也不差，所以，读起来也很有趣。在他看来，传统的凝聚态物理学只有两大基石，一是朗道费米液体模型，一个朗道对称破缺理论。而凝聚态物理最新的发展打破这两块基石。量子霍尔效应，尤其是分数量子霍尔效应，开启了拓扑序和量子序的新物理大门。他的弦网凝聚的学说，很可能未来将跟超弦，量子引力联系起来，最终发展成为一门新物理学。这里介绍他的局域原理。局域原理是一个信念：我们相信自然界的基础理论是局域玻色子模型。解释：在空间各点，我们可以定义玻色子算符，如泡利算符（硬玻色子），但我们无法在空间一点定义费米子算符。有一个简单的方法，可以通过玻色子算符来定义费米子算符：，这个算符是非局域的。当然，这实际上等价于Jordan-Wigner 变换。可见，玻色子是基本的，费米子是玻色子的非局域激发。

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绝妙逻辑推论出来的自然规律（补充：光线弯曲）

热度 1 wliming 2010-3-6 21:23

形式逻辑的威力是非常强大的，有人可能以为形式逻辑只是一种数学规范，可是，形式逻辑却能推论出惊人的自然规律来。我在这里举几个例子。 1. 我们交换一下微观世界的两个全同粒子（比如电子，氢原子等等），我们也许并不知道会产生什么效果。然后，我们把这两个粒子再交换一下，现在我们知道，这两个粒子必定回到了原来的位置。也就是说，两次交换，微观世界不变。如果我们把交换记为符号 P, 那么, P 2 =1 , 于是，P = +1, 或者 -1. 也就是说，现在我们知道交换一次的效果了，微观世界要么什么也不改变，要么改变一个符号。也许你还没感到这个结果的奇特，现在我告诉你，这是个自然规律，P = +1 对应玻色子，P= -1对应费米子。于是，我们在逻辑之下得到了两类微观粒子。我们甚至还可以推论出这两类粒子的统计规律。 2.说点大家都懂的。我们知道，电流产生静磁场（能引起磁针偏转）。但是，电流不过是电荷的定向移动，跟着这些定向移动的电荷来看问题，电荷是静止的，静磁场就没有了。可见，静磁场这东西本质上是不存在的，它不过是电场的一种运动效果。由于许多电荷的移动可以千差万别，我们可能找不到一个观察系来抵消静磁场，于是，静磁场就成了一个假冒的物理实在。这个观点也是狭义相对论揭示出来的。 3. 通常，一个物体是可以吸收光子的。我们要问，一个电子能否吸收光子呢？有人可能说，当然也可以。我们想想，如果一个电子真的吸收了一个光子，那么，这个电子内部必定包含了更多的物质，也就应该具有更多的静止质量。可是，我们从来没有见过这样的电子。所以，我们推论，一个电子不可能吸收光子。这件事情当然还可以用动量能量守恒定律来证明。类似的结果还有，一对正负电子不可能湮灭为一个光子。 4. 光线弯曲。我们通常都认为光走直线。可是，你在一个加速的箱子里面来看一束横向的光线，光线显然是弯曲的。可见，光线是不是直线取决于你的参照系。在地面上，一个自由下落的箱子内部，所有的物体都失重，好像都不受地球引力一样，这个自由下落的箱子参照系其实是个惯性系！于是，光线在它里面是直线。那么，在地面上的人来看，箱子里面的光线显然是曲线，正如一个抛体走过一条抛物线一样。这就是光线弯曲的来由。没有逻辑的中国传统文化，以及辩证法这类伪逻辑，绝对没有这个能力。

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费米子和玻色子

liuxiaod 2009-11-9 01:01

费米子不能占据同一个状态，玻色子可以。我们希望培养的人才是费米子型的，每个人都不一样，如果每个人都不一样，我们的学术界就有很大的熵值，活跃而富有创造性；可是中国的人才基本上是玻色子型的，没有什么区别，大家都在一个基态上，熵值低，没有创造性。我们从小学开始就用全国统一教材，学的是标准答案，参加全国统一考试，大学的教材也非常雷同，很少跨专业，跨系选修课，大家师出同门，知识结构是一样的，这是造就玻色子人才的原因。在我的美国同学里很难找到背景一样的，他们来自美国，加拿大，英国，法国，德国，意大利，俄罗斯，乌克兰，中国（包括香港，台湾），澳大利亚，他们毕业于数学系，物理，化学，计算机，电子工程，文学，历史，政治等，这么复杂背景的人在一起读核物理博士学位，在中国是不可想象的，他们都是费米子。

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