電荷
古代人類很早就觀察到“摩擦起電”現(xiàn)象,并認(rèn)識(shí)到電只有正負(fù)二種,同種相斥,異種相吸,但是,無論是正電荷還是負(fù)電荷,都有著吸引輕小物體的能力。當(dāng)時(shí)因不明白電的本質(zhì),認(rèn)為電是附著在物體上的,因而稱其為“電荷”,并把顯示出這種斥力或引力的物體稱帶電體。有時(shí)也稱帶電體為“電荷”,如“自由電荷”。
后來人類對(duì)電的認(rèn)識(shí)發(fā)展,但電荷的名稱卻沿用下來。
電荷的多少叫電荷量即物質(zhì)、原子或電子等所帶的電的量。單位是庫(kù)侖(記號(hào)為C)簡(jiǎn)稱庫(kù)。
我們常將“帶電粒子”稱為電荷,但電荷本身并非“粒子”,只是我們常將它想像成粒子以方便描述。因此帶電量多者我們稱之為具有較多電荷,而電量的多寡決定了力場(chǎng)(庫(kù)侖力)的大小。此外,根據(jù)電場(chǎng)作用力的方向性,電荷可分為正電荷與負(fù)電荷,電子則帶有負(fù)電。
根據(jù)庫(kù)侖定律,帶有同種電荷的物體之間會(huì)互相排斥,帶有異種電荷的物體之間會(huì)互相吸引。排斥或吸引的力與電荷的乘積成正比。
點(diǎn)電荷
點(diǎn)電荷是帶電粒子的理想模型。真正的點(diǎn)電荷并不存在,只有當(dāng)帶電粒子之間的距離遠(yuǎn)大于粒子的尺寸,或是帶電粒子的形狀與大小對(duì)于相互作用力的影響足以忽略時(shí),此帶電體就能稱為“點(diǎn)電荷”。物質(zhì)的一種固有屬性.電荷有兩種:正電荷和負(fù)電荷.物體由于摩擦、加熱、射線照射、化學(xué)變化等原因,失去部分電子時(shí)物體帶正電,獲得部分電子時(shí)物體帶負(fù)電.帶有多余正電荷或負(fù)電荷的物體叫做帶電體,習(xí)慣上有時(shí)把帶電體叫做電荷.
電荷間存在相互作用.靜止電荷在周圍空間產(chǎn)生靜電場(chǎng),運(yùn)動(dòng)電荷除產(chǎn)生電場(chǎng)外還產(chǎn)生磁場(chǎng).因此靜止或運(yùn)動(dòng)的電荷都會(huì)受到電場(chǎng)力作用,只有運(yùn)動(dòng)電荷才能受磁場(chǎng)力作用.
一個(gè)實(shí)際帶電體能否看作點(diǎn)電荷,不僅與帶電體本身有關(guān),還取決于問題的性質(zhì)和精度的要求。點(diǎn)電荷是建立基本規(guī)律時(shí)必要的抽象概念,也是把分析復(fù)雜問題時(shí)不可少的分析手段。例如,庫(kù)侖定律、洛倫茲定律的建立,帶電體的電場(chǎng)以及帶電體之間相互作用的定量研究,試驗(yàn)電荷的引入等等,都應(yīng)用了點(diǎn)電荷的觀念。
粒子的電荷
在粒子物理學(xué)中,許多粒子都帶有電荷。電荷在粒子物理學(xué)中是一個(gè)相加性量子數(shù),電荷守恒定律也適用于粒子,反應(yīng)前粒子的電荷之和等于反應(yīng)后粒子的電荷之和,這對(duì)于強(qiáng)相互作用、弱相互作用、電磁相互作用都是嚴(yán)格成立的。
電荷的特征
自然界中的電荷只有兩種,即正電荷和負(fù)電荷。由絲綢摩擦的玻璃棒所帶的電荷叫做正電荷,由毛皮摩擦的橡膠棒所帶的電荷叫負(fù)電荷。電荷的基本的性質(zhì)是:同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。物質(zhì)的固有屬性之一。琥珀經(jīng)摩擦后能夠吸引輕小物體的現(xiàn)象是物體帶電的早發(fā)現(xiàn)。繼而發(fā)現(xiàn)雷擊、感應(yīng)、加熱、照射等等都能使物體帶電。電分正、負(fù),同號(hào)排斥,異號(hào)吸引,正負(fù)結(jié)合,彼此中和,電可以轉(zhuǎn)移,此增彼減,而總量不變。
構(gòu)成物質(zhì)的基本單元是原子,原子由電子和原子核構(gòu)成,核又由質(zhì)子和中子構(gòu)成 ,電子帶負(fù)電 ,質(zhì)子帶正電,是正、負(fù)電荷的基本單元,中子不帶電。所謂物體不帶電就是電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等,物體帶電則是這種平衡的破壞。在自然界中不存在脫離物質(zhì)而單獨(dú)存在的電荷。在一個(gè)孤立系統(tǒng)中,不管發(fā)生了什么變化,電子、質(zhì)子的總數(shù)不變,只是組合方式或所在位置有所變化,因而電荷必定守恒。
為了說明電荷的特征,不妨與質(zhì)量作一些類比。電荷有正、負(fù)之分,于是電力有排斥力和吸引力的區(qū)別,質(zhì)量只有一種,其間總是相互吸引,正是這種區(qū)別,使電力可以屏蔽,引力則無從屏蔽。A.愛因斯坦描述了質(zhì)量有隨運(yùn)動(dòng)變化的相對(duì)論效應(yīng);而電子、質(zhì)子以及一切帶電體的電量都不因運(yùn)動(dòng)變化,電量是相對(duì)論性的不變量。電荷具有量子性,任何電荷都是電子電荷e的整數(shù)倍,e的精、確值(1986年推薦值)為: e=1.60217733×10-19庫(kù)質(zhì)子與電子電量(絕、對(duì)值)之差小于10-20e,通常認(rèn)為兩者的絕、對(duì)值完全相等。電子十分穩(wěn)定,估計(jì)其壽命超過1010億年,比迄今推測(cè)的宇宙年齡還要長(zhǎng)得多。

所謂分?jǐn)?shù)電荷[1]是指比電子電量小的電荷,如果存在,將動(dòng)搖電子、質(zhì)子作為電荷基元的地位,具有重要的理論意義。1964年,M.蓋耳-曼提出強(qiáng)子由夸克組成的理論,預(yù)言夸克有多種,其電荷有、種。但尚沒有關(guān)于分?jǐn)?shù)電荷存在的該項(xiàng)目屬于粒子物理理論研究領(lǐng)域。電荷共軛—宇稱(CP)對(duì)稱性涉及到空間和物質(zhì)的基本對(duì)稱性,一直是粒子物理研究的前沿領(lǐng)域。Cronin和Fitch因發(fā)現(xiàn)CP破壞而榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。但他們發(fā)現(xiàn)的只是間接CP破壞,既可由弱作用引起,也可由超弱作用來解釋。要區(qū)分它們,必須研究直接CP破壞。這不僅對(duì)探索自然界新的作用力和理論有著重要意義,而且對(duì)弄清CP破壞的起源起著關(guān)鍵性的作用。自1964年起物理學(xué)家一直致力于對(duì)直接CP破壞的研究。

探索了近四十年的直接CP破壞給出更精、確和自洽的理論預(yù)言,得到歐洲核子中心NA48和美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室KTeV兩個(gè)重要實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。由此實(shí)驗(yàn)和理論首、次確立了自然界中直接CP破壞的存在,成功地檢驗(yàn)了標(biāo)準(zhǔn)模型的CP破壞機(jī)制,排除了超弱作用理論。該項(xiàng)目同時(shí)解釋了困擾粒子物理學(xué)界近五十年的所謂ΔI=1/2規(guī)則。被國(guó)際同行公認(rèn)為“北京組”工作,得到國(guó)際上實(shí)驗(yàn)和理論主要專家的認(rèn)可和引用。該項(xiàng)目對(duì)CP對(duì)稱性自發(fā)破缺的雙黑格斯二重態(tài)模型(S2HDM)中一些重要的物理唯象進(jìn)行系統(tǒng)研究,指出S2HDM可以成為CP破壞起源的一種新物理模型。在電荷-宇稱對(duì)稱性破壞和夸克-輕子味物理理論研究方面,吳岳良作為主要完成很多人在國(guó)際核心刊物上發(fā)表了幾十篇論文,總引用率達(dá)1000余次。發(fā)表在美國(guó)《物理評(píng)論快報(bào)》(PRL)上的論文單篇引用達(dá)90余次。
