弦论刚柔与场流量子耦合初探

王德奎

摘要：我们推荐的三种中微子的质量比，各自相差几个数量级，与弗里奇推荐的三种中微子质量混合3式联系，就成了一道弦论刚柔与场流量子耦合的难题。大亚湾中微子实验走从曾泳春到王记增的科学创新类似的道路，也许能解此谜题。

关键词：弦论 中微子振荡 惯性场信道

在弦论框架现代版的表示中，量子中国把弦学从原子论扩容到孤子链，出发点是庞加莱猜想，归宿点也是庞加莱猜想。根据庞加莱猜想的变换和共形变换，"开弦"和"闭弦"对应的球与环，"开弦"产生"杆线弦"及"试管弦"，"闭弦"产生"管线弦"及"套管弦"，实际我们宏观人使用的仪器，在4维时空中是很难观察到的。

特别是西方近40多年来发展起来的那支弦论，类比像振颤的小提琴琴弦能奏出美妙的旋律一样，假设宇宙最基本的粒子是一些高速震荡的弦，这些震动的弦作为最基本的元素构成了24种物质族的基本粒子，即6种夸克；e、m、t等3种轻子与n_e、n_m、n_t等3种中微子；8种胶子，1种光子，1种引力子，1种W^±及1种Z⁰等12种玻色子的五彩缤纷的世界物质。这里只有希格斯玻色子在外。以上的25种物质族基本粒子，从弦纤维、弦骨架的角度去观察，宏观人的仪器是直接看不到的。

但如果从纺织工程学的纺织纤维，到细胞生物力学的蛋白质微管，去联想量子色动力学的"开弦"和"闭弦"，也许会有许多收获。因为纺织纤维和蛋白质微管，我们宏观人在4维时空中使用的仪器，就能实验够观察到的。

一、中微子弦学与纤维/高速气流两相问题

• 上海科技教育出版社2012年3月出版邢志忠和邢紫烟父女，翻译德国著名理论物理学家哈拉尔德弗里奇教授2008年出版的《你错了，爱因斯坦先生！》一书，其中讲到量子效应的一个极其神奇的实例：中微子振荡。2012年3月8日大亚湾核电站所做的反电子中微子振荡实验，首次宣布测量到了最小的轻子味混合角，其数值约为八点八度加减零点八度。邢志忠教授和弗里奇是多年的朋友和合作者，他得知这一消息后，立即通知出版社将它加进到了即将付印翻译的书中第12章。

但正如邢教授所说，弗里奇教授的原著对中微子振荡的讨论也不够清晰准确。例如弗里奇教授说："目前太阳、大气、反应堆和加速器中微子振荡实验给出的结果是：

ｍ₂²－ｍ₁²＝7.6×10¯⁵平方电子伏        （1-1）

ｍ₃^2,－ｍ₂²＝±2.4×10¯³ 平方电子伏"     （1-2）

这里弗里奇没有给出的方程式："ｍ₃^2,－ｍ₁²＝平方电子伏？"，可以用（ｍ₂²－ｍ₁²）+（ｍ₃^2,－ｍ₂²）＝（7.6×10¯⁵）+（±2.4×10¯³），求得：

ｍ₃^2,－ｍ₁²＝±2.35×10¯³平方电子伏       (1-3)

那么(1-3)这个式子正确吗？是否还有（ｍ₁²－ｍ₂²）、（ｍ₂²－ｍ₃^2,）、（ｍ₁²－ｍ₃^2,）的方程式的结果呢？因为将（1-1）+（1-2）+ (1-3)还可求得：

ｍ₃^2,－ｍ₁²＝±2.37×10¯³平方电子伏       (1-3-1)

可见弗里奇给出的（1-1）和（1-2）式，只是一些经验公式。同样，弗里奇给出他说的不十分精确的3种中微子混合的大致状况，也许也是经验公式：

n_e＝0.83n₁+0.56n₂                                     (1-4)

n_m＝－0.40n₁+0.59n₂+0.71n₃                        (1-5)

n_t＝0.40n₁－0.59n₂+0.71n₃                        (1-6)

以上其中"±"表明ｍ₂与ｍ₃的相对大小尚未确定。n₁、n₂和n₃是中微子的质量本征态，相应的中微子的质量为ｍ₁、ｍ₂和ｍ₃。但这里也有不够清晰准确的地方，即n₁、n₂和n₃是否就可以分别对应n_e、n_m、n_t等3种中微子？ｍ₁、ｍ₂和ｍ₃是否就可以分别对应n_e、n_m、n_t等3种中微子的质量？n₁、n₂和n₃三种不同的中微子之间有着两两相互转换的规律。其中，描述大气中微子振荡的混合角θ23和描述太阳中微子振荡的混合角θ12，已分别由美国南达科他州霍姆斯特克（Homestake）探测器、日本超级神冈（Super-K）探测器、加拿大萨德伯里中微子天文台与神冈液体闪烁器反中微子探测器等实验证明不为零，即中微子之间发生了振荡。由于中微子振荡对粒子物理、天体物理及宇宙学的重要意义，负责Homestake实验的戴维斯与负责Super-K实验的小柴昌俊分享了2002年度的诺贝尔物理学奖。

早在1957年庞蒂科夫（B. Pontecorvo）提出，如果中微子有质量，且其质量本征态不同于弱作用本征态，由量子力学的基本原理可推知不同的中微子在飞行中能够互相转换，即由一种中微子变为另一种中微子，称为中微子混合或中微子振荡。

庞蒂科夫是意大利物理学家，后来移居苏联。中微子振荡之所以得到重视，成为中微子物理研究乃至粒子物理研究的中心之一，是因为它与中微子质量有关，是判断中微子质量是否为零的最灵敏办法。在物质族基本粒子的费米子类中，只有中微子不带电，宇宙中存在与光子数相当的大量中微子，即每种中微子约为100个/（厘米）³。由于中微子数量巨大，如果中微子具有极微小的质量，就会影响宇宙的形成和演化，因此中微子在微观的粒子物理规律和宏观的宇宙起源及演化中都有着十分重大的作用。而混合角θ13是中微子物理中基本的参数，同时其数值的大小决定了中微子振荡中的电荷宇称（CP）相角δ 是否能被实验观测到，而该CP相角与宇宙中"反物质消失之谜"有关，决定了未来中微子物理研究的发展方向。

大亚湾实验就是要测量混合角θ13。测量中微子，实际上是测量中微子与探测器及周围物质相互作用的产物。中微子有极强的穿透力，作用率极低，因此对其测量十分困难。但如果中微子是由一些高速震荡的弦构成的，那么也许自然全息的比类取象，如从弦纤维、弦骨架的角度去类比观察，能为中微子质量弦论提供不少参考。例如中微子弦学沿着柔性纤维与高速气流之间作用模型的一些共有的基本技术特征的这种思路，从大亚湾反应堆测量约55天的数据进行分析θ13不为零，能说明反应堆发出的反电子中微子有消失现象得出的发现了一种新的中微子振荡模式的结论吗？由于这种振荡的振幅比预期要大得多，使下一代的物理实验还能解决涉及的中微子质量顺序和是否有宇称与电荷反演破坏的问题吗？

1、曾泳春是东华大学纺织学院教授。1970年出生。在喷气纺纱、熔喷与静电纺丝技术研究纤维运动方面做了较多的工作。高速气流由于其蕴含的速度和能量，在纺织工业中已经成为主流技术之一。要谈纤维/高速气流两相流问题，首先遇到的是如何描述纤维。曾泳春的纤维模型是体现在流场中的，他不是做中微子弦学研究，但他要应用到虚拟流场。当然这种虚拟的流场也不同于弦学虚拟的量子场论。曾泳春关注的是纺织的实际气流场，即把纤维模型放在实际高速气流场中研究。

 2、曾泳春说，在自然界和工业中，两相流普遍存在，具体到流体力学有两种描述的方法：欧拉和拉格朗日方法。欧拉法描述的是任何时刻流场中各种变量的分布，而拉格朗日法却是去追踪每个粒子从某一时刻起的运动轨迹。拉格朗日质点动力学是如果能算出各个颗粒，在流体中随时随地所受到的流体动力，则可以算出颗粒的运动。条件是颗粒的浓度不能太大。这时纤维在气流场中的变形规律，已经被离散成若干个以特定的关系连接的珠子，可以用颗粒动力学模型，即拉格朗日方法来计算。而对于高速气流场流体相的运动，依然采用欧拉法计算。以这样的方法研究纤维/高速气流两相流，称之为混合的欧拉--拉格朗日方法。

3、曾泳春等专家对计算纤维在气流场中的运动研究，不仅限于数值模拟，还采用了激光多普勒(LDV)、粒子图像测速（PIV)等实验流体力学方法进行验证。对于纤维的运动，也采用高速摄像技术捕捉纤维运动轨迹，来验证计算结果展示的纤维在高速气流场中的运动。这里一种是单耦合问题，即假设纤维对流场没有影响，只关注流场对纤维的作用，就可以事先独立地计算好流场，再计算纤维的运动。另一种是双耦合问题，即改变程序，完成纤维/高速气流双耦合的计算。