Re: [新聞] 超導電池 充1次用一輩子

[yichenglee (tyuioplkjhgbnm)]

: 當然 理論物理學家並不只是因為超導體有甚麼應用價值而言就研究它們而已
: 而是因為 人們在BCS理論中學到的物理實在是太多了 並不只是侷限在超導現象而已
: 例如說 希格斯機制本身就可以看做是超導的機制
: 事實上這個機制之所以能被理論學家所建立的歷史過程 和BCS脫離不了關係
: 超導體之所以抗拒磁性 可以看成是光子在超導體中獲得了質量 因此不會無限傳播
: 在這樣的想法下 其實而宇宙本身就是一個"超導體" 讓一般的粒子也獲得了質量
: 某些理論物理學家的幻夢 就是期望高溫超導背後有個相當統一的理論
: 並且從這個理論中 我們又可以新學到一些更廣大的嶄新觀念
這一段剛好是小魯蛇上學期某門課期末報告的主題:超導體中的希格斯機制

所謂希格斯機制其實是一種自發性對稱破缺(spontaneous symmetry breaking)

上面那句話雖然是中文 但是鄉民大概有99%有看沒有懂 且待小魯蛇解釋

所謂對稱破缺 就是指對稱性被破壞

本來我們對空間有一致性 往x軸方向和往y軸方向移動是沒有差別的 有「對稱性」

但是如果x軸出現了一名正妹 你就自動自發的趨向x軸移動

再比如說一隻直立的鉛筆 只要受到一點震盪 就會往其中一個方向倒下

這就是自發性對稱破缺

比較科學的例子還有對電子施加磁場 就會使光譜線分裂 此謂Zeeman effect

也是一種對稱破缺的概念

在超導體裡 因為電子成對形成庫柏對 這個過程會使電子的位勢改變

從一個拋物線形狀變成「墨西哥帽」形狀

像這樣http://goo.gl/6a7Wmq 把右邊那張圖捏著y軸轉一圈就是一頂墨西哥帽了

一開始電子在左圖最低點 也就是綠色線和紅色線的交點

位勢改變以後 他仍然在交點處 但此時交點已不是位勢最低點

只要受到一點擾動就會落入兩旁的低點 這過程 就是「自發對稱性破缺」

那對稱破缺以後會怎樣呢

根據南部-戈德斯通定理（Nambu-Goldstone Theorem）

會產生沒有質量的戈德斯通玻色子

可是這粒子從來沒被發現過 使科學家發展出一套理論 就是大名鼎鼎的

希格斯機制（Higgs Mechanism）

這個機制說明「場」如何把戈德斯通玻色子透過適當的變換(transformation)「吃掉」

創造出帶有質量的規範粒子

在宇宙中 希格斯場賦予其它粒子質量 希格斯粒子則是場的激發

在超導體中 電磁場的規範粒子 光子 獲得質量

因此在超導體中 電磁場的傳遞不再是無窮遠的

所以電磁場進入超導體中會很快衰減(decay)掉 這就是超導體反磁性的理論根據

另外E=R*J 電場E=0, 電流密度J≠0（超導電流很顯然不是零）因此電阻R=0

這就是零電阻的來源 但這樣說其實太簡略 超導體電阻也不是零 只是很小

大家當科普看看就好

對了 還有希格斯機制賦予的質量其實很小 比如說 質子的質量938MeV/c^2

和其組成夸克 uud 二上(1.5~4MeV/c^2)一下(4MeV/c^2)的總和 依然相去甚遠

主要貢獻還是來自於強交互作用

以下故事

當年BCS理論寫好還未發表時 日本物理學家南部陽一郎去某個物理會議

遇到了BCS三人中還是研究生的...我忘記是誰了 應該是施里弗John Schrieffer

他被BCS理論的概念震懾了 回去寫出了南部定理

後來希格斯依據這個定理寫出了希格斯機制

但是希格斯運氣相當背 他在1964年預言的粒子質量高達125GeV/c^2

差不多同時期的Murray Gell-Mann在1962年預言了Ω粒子 質量只有1.67GeV/c^2

在1964年就找到了 1969就得諾貝爾獎了

不過雖然希格斯等了那麼久 還是輪到他了 可喜可賀 可喜可賀

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◆ From: 125.227.182.199
→ Kreen:樓下翻譯一下：
推 zipizza:跟我想的一模一樣呢
推 waloloo:上面篇雖然是中文 但是鄉民大概有99%有看沒有懂
推 gino0717:略懂略懂
推 dnek:這篇的中文我一樣有看沒有懂..
→ shinloveu:我覺得也是這樣
→ serendipity:這篇沒錯
→ ChenDotQ:有道理
推 dakkk:快推不然人家會因為我看不懂
推 yoyodiy:結果南部寫出先導裡論卻只能做鐵器
→ tkboom:維大利 義大利
→ breast30:你這篇雖然寫的是中文但我想有99%鄉民看不懂      我也是
推 thomasr:不推會被笑說看不懂.
→ peter210731:先出水滴
推 myIDis7:幸好我是99%
推 onenicky:中文好深奧 一堆排列組合
推 Shadow1989:可以跳上帝粒子舞嘛
→ AFROGUNSO:要得獎除了要有傑出研究還要活得夠久
→ jarr:我知道墨西哥帽是什麼  章魚哥曾經戴過!
推 Simonfenix:你欺騙我的感情 這篇我還是看不懂
推 ROBOVI:還是不懂XXD
→ vincentix:可惡！哪有人科普那麼跳躍der這根本在炫耀精華凝縮嘛！
推 tsioge:還好我是1%
推 qazujm2012:我吃了翻譯米糕怎麼還是看不懂.......
推 flyover01:不對！你講的太簡略了，明明要再難十倍才行
推 ijsfkira:good 大體上沒問題 謝謝您幫我補充 我只有兩點想要註解
→ ijsfkira:1.與其說電阻很小但非0 不如說 只要你加個電場 電阻會隨
→ ijsfkira:時間變得要多小就有多小
→ ijsfkira:2.自發對稱破缺 認真說來 是指理論本身有某個對稱性 但
→ ijsfkira:基態破壞了這對稱性 之所以這很重要 是因為楊振寧發現 只
→ ijsfkira:要理論有規範對稱性 就自然會有交互作用力 但是這樣的規
→ ijsfkira:範粒子必須要無質量 不合實際現象 可是在理論中加入破壞
→ ijsfkira:這對稱性的項就違背了這理論的精神 於是就像你說的 希格
→ ijsfkira:斯機制就是利用適當的方始 不破壞理論裡的對稱性 而是讓
→ ijsfkira:基態破壞對稱性 規範粒子就"吃掉"Goldstone粒子 得到質量
→ ijsfkira:這個想法 基本上最早其實是由凝態學家安德森所認識
推 ferocious:推
推 boxlunchtw:(揉眼)我理組的啊只看懂1%怎麼辦XD,只好推了
推 pejaii:雷茲可以出大天使
※ 編輯: Whispered (192.119.160.69 美國), 05/11/2021 19:40:42