近代物理學的簡介 Introductory Modern Physics

反微中子;反中微子

反微中子;反中微子 (Antineutrino)
國立臺灣大學物理系 蔡雨錡

反微中子是微中子的反粒子,所以就要先來介紹微中子跟反粒子。微中子是電中性粒子,有三種:電微中子、μ微中子和τ微中子,自旋量子數為½,符號為 。微中子不參與電磁交互作用和強交互作用,而粒子間的弱交互作用會產生微中子。中子衰變時,會產生一個質子,一個電子和一個反電子微中子;而質子衰變時,則會產生一個中子,一個正電子和一個電子微中子。,所以,微中子能輕易的穿過普通物質而不發生反應。此外,核融合反應中的質子-質子碰撞生成氘核的過程中,因為必須藉由弱交互作用放出正子以及電子微中子,這個很慢的反應也使其成為該過程的主要障礙。

玻色子與費米子二:粒子特性

玻色子與費米子二:粒子特性 (Bosons and fermions Ⅱ: Particles qualities)/strong>
國立臺灣大學物理系 林惟淨

連結:玻色子與費米子一:理論來源

在上一篇文章中我們解釋了玻色子與費米子的理論來源,是由我們必須改寫多粒子狀態下全同粒子的波函數而得。延續著玻色子與費米子的主題,接下來在這篇文章中,我們則要介紹這兩種粒子的特性。

玻色子與費米子一:理論來源

玻色子與費米子一:理論來源 (Bosons and Fermions Ⅰ: The Theory)
國立臺灣大學物理系 林惟淨

在量子物理的世界中,粒子可以分為玻色子 (Bosons) 與費米子 (Fermions) 兩類,它們分別以印度物理學家玻色 (Satyendra Nath Bose, 1894-1974) 與義大利物理學家費米 (Enrico Fermi, 1901-1954) 命名,以紀念兩人傑出的研究貢獻。在這篇文章中我們將著重於玻色子與費米子的理論來源,而在下篇文章中,我們將介紹一些這兩種粒子的特性。

波耳半徑

波耳半徑 (Bohr Radius)
國立臺灣大學物理學系 簡嘉泓

丹麥物理學家波耳 (Niels Bohr, 1885-1962) 於 1913 年針對原子的內部結構提出了「波耳模型」,其中重要的假設為:

  1. 角動量的量子化:原子中電子的角動量為「約化浦朗克常數」(Reduced Planck Constant) 的整數倍,即 $$L=mvr=n\hbar$$
  2. 原子內的電子僅能存在於一系列固定的能量狀態(即能階),原子如有任何形式的能量改變,則必在兩能階之間以「躍遷」的方式進行,而由於這些能量是固定的,因此可視為電子會因持有的能量不同,而在特定的距離環繞原子核運轉。將此情形應用到氫原子上,電子在允許的最低能量所繞行氫原子核的距離,即為「波耳半徑」,如下圖中 n = 1 的部分。

重力紅移

重力紅移 (Gravitational Redshift)
國立臺灣大學物理學系 李宛儒

光波「頻率變低、波長變長」的現象,稱為紅移 (redshift)(紅光為可見光中波長較長的部分),會使觀察者接收的光,相較於光源,整體頻譜向波長較長的方向移動。紅移的程度通常用 $$Z$$ 表示,$$Z=\frac{\lambda-\lambda_0}{\lambda_0}$$,$$\lambda_0$$ 與 $$\lambda$$ 分別為光源波長及觀察者接收到的波長。都卜勒效應導致的紅移大家耳熟能詳,但除此之外還有不同的物理機制能造成紅移現象,比如重力紅移 (Gravitational redshift)。

發射光譜

發射光譜 (Emission Spectrum)
國立臺灣大學物理學系 曾奕晴

自從 1913 年波耳提出氫原子模型後,我們對於量子的世界又有更進一步的認識。我們知道一個獨立的原子,會吸收和釋放出特定頻率的電磁波,而這些吸收和放出的能量都是不連續的。

伽利略變換

伽利略變換 (Galilean transformation)
國立臺灣大學物理學系 林惟淨

在物理學發展的過程中,「相對論」(Relativity) 從很早以來就是一個重要的主題,它探討事件 (Event) 發生的時間與地點、任兩個事件在時間和空間的距離,並處理(進行相對運動的)不同座標系之間測量結果的轉換。

自由電子

自由電子 (Free electron, Delocalized electron)
國立臺灣大學物理學系 蔡雨錡

在分子、離子或固體金屬中不止與單一原子或單一共價鍵有關係的電子被稱為自由電子(Delocalized electron,又稱作離域電子,或游離電子),它們在受到外加電場或外加磁場的作用下可於物質或真空中運動。

電子正子對滅

電子正子對滅 (Electron-Positron Annihilation)
國立臺灣大學物理學系 陳昱璟

電子正子對滅 (Electron-positron annihilation) 是指當電子與正子(電子的反粒子)相撞時,互相消滅的過程。正子是與電子相對的反物質,帶有 +1 的單位電荷,質量與電子皆相同。

量子論
【2016年諾貝爾物理獎特別報導】物質在平面世界裡的奇異現象

【2016年諾貝爾物理獎特別報導】物質在平面世界裡的奇異現象

物質在平面世界裡的奇異現象 (Strange phenomena in matter’s flatlands)
高瞻計畫特約編譯 葉承効/國立臺灣大學物理學系講座教授 郭光宇責任編輯

今年獲獎的研究開啟了一扇大門,讓人看到未知世界裡物質的新奇形態。2016的諾貝爾物理獎一半由華盛頓大學的大衛・索勒斯(David J. Thouless),另一半則由普林斯頓大學的鄧肯・哈爾丹(F. Duncan M. Haldane)及布朗大學的麥克・克斯特利茲(J. Michael Kosterlitz)共享此殊榮。他們的研究為人類理解物質的奧秘帶來突破性的發展,也為新穎材料的研發開創了新的前景。

大衛・索勒斯、鄧肯・哈爾丹及麥克・克斯特利茲使用了先進的數學方法,來解釋物質在異常狀態(如超導體、超流體或磁性薄膜)下出現的奇異現象。相較於真實世界的三維空間(包括長、寬、高的空間),克斯特利茲與索勒斯研究二維平面世界里發生的現象,即在物體的表面,或是極薄的介面上所出現的現象。而哈爾丹則研究極為纖細的、甚至可以視為一維空間的線狀物質。

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