本书主要介绍最基本的正电子和正电子素与原子、分子相互作用过程，正电子和单个原子或者分子的碰撞总截面、各个偏截面，以及共振散射和共振湮没。本书重点介绍正电子散射的基础研究，更多地强调实验技术发展，近十几年取得的成果；另外也专题介绍正电子在天体、玻色-爱因斯坦凝聚、反物质和量子纠缠研究等重要领域的应用进展。

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　　正电子是电子的反粒子，是人类最早认识的反物质。正电子在科学和技术上的重要应用取决于对正电子与物质基本相互作用的定量了解，而最基本的正电子与原子、分子相互作用过程是了解这些知识的基础。本书主要叙述正电子、正电子素与气体分子、原子的散射，以及电子的类似散射。散射研究在物理学中是非常重要的，如果没有对散射以及透射、折射等的研究，人类大约还处在一个朦胧的时期，不知道太阳光是由不同颜色组成的，不知道天为什么是蓝的。即使知道了物质中有电子和质子，还以为物质就如一块枣饼，玉米糊（电子群）中夹着几个枣核（质子）。人们对散射的研究是很广泛的，重要的有光、电子、质子、中子的散射等。正电子、正电子素的散射属于比较边缘的科学，了解的人更少些，所以我们很有必要介绍一下。
　　正电子和正电子素与气体中个别原子、分子的相互作用，正电子和单个原子、分子的碰撞总截面、各个偏截面，正电子和原子、分子的湮没、共振湮没，这些都是国内30多年来正电子湮没研究中极少涉及的。国内的正电子研究主要涉及正电子和固体（含有很多原子或者分子）的相互作用，本书中也对两种不同的研究作了比较。本书还涉及国内没有的正电子素束研究。
　　正电子和原子、分子系统发生碰撞时的实验和理论研究其实已经进行了许多年，一些实验早在半个多世纪以前就已经进行，只是国内除了少量理论研究外没有太多的关注。本书除了要介绍历史上的研究，更要注重现代的研究，但是更偏重于实验研究。在过去的十几年内，国外正电子物理的发展是相当快的，但是国内还缺少相关综合性的评论，因此我们相信本书对该内容的介绍有重要意义，希望本书能对促进国内相关研究的发展起到抛砖引玉的作用。
　　本书共10章，第1、2章讲述正电子散射物理基础和实验方法；第3～5章涉及正电子散射、正电子湮没及共振散射等正电子与原子、分子相互作用的各种行为；第6章专门讲述正电子素散射，包括正电子素的基本性质、束流的产生及各种散射截面的测量；第7～10章作为专题讨论正电子在反物质研究、天体、玻色一爱因斯坦凝聚及量子纠缠中的应用及展望。参加编写的还有清华大学物理系王合英副教授以及武汉大学的一些博士研究生和硕士研究生。

　　吴奕初，武汉大学教授，博士生导师。1964年生于福建上杭，1983～1991年就读于北京科技大学（原北京钢铁学院）材料物理系金属物理专业，获学士、硕士和博士学位，1991～1993年南京大学物理系博士后，1993～2002年中山大学物理系副教授，2003年至今武汉大学物理科学与技术学院副教授、教授。1995年1～3月在日本理化学研究所访问研究，2000年11月一2002年8月美国密苏里大学Research Associate，2008年9月一2009年8月英国巴斯大学访问教授。长期从事正电子物理与材料科学领域研究，主持国家自然科学基金、留学回国人员基金等10余项。在PRL，PRB等重要学术刊物上发表论文120余篇，合作出版《正电子应用谱学》专著1本。
　　
　　蒋中英，教授，新疆大学、伊犁师范学院硕士生导师。现工作单位伊犁师范学院电子与信息工程学院。1986年毕业于新疆大学物理系物理学专业，2005年6月获得南京大学物理系粒子物理与原子核物理专业博士学位。2005年9月一2007年10月在南京大学化学博士后工作站做博士后。2007年10月一2012年9月在南京大学微结构国家实验室马余强教授课题组做二站博士后。主持国家自然科学基金项目和省部级等项目4项。在APL、Lang7nuir等学术期刊发表SCI论文10余篇。目前研究方向为基于PET技术，设计和实现正电子同位素纳米颗粒示踪技术和原位治疗。
　　
　　郁伟中，清华大学物理系教授。1973年和1978年清华大学研究生班研究生，获硕士学位。1979年起从事正电子湮没工作，翻译Positronin Solids（《正电子湮没技术>，科学出版社，1983），编写《正电子物理及其应用》（科学出版社，2003）。

目录
前言
第1章 正电子散射物理基础 1
1.1 引言 1
1.2 国内外正电子研究历史的简单回顾 2
1.3 电子散射和电子动量谱研究 5
1.4 正电子与正电子湮没 6
1.4.1 正电子 6
1.4.2 正电子素 8
1.4.3 包含正电子的其他束缚态 11
参考文献 12
第2章 实验技术和设备 15
2.1 引言 15
2.2 基本的实验技术 15
2.3 慢正电子束技术 18
2.3.1 静电束 18
2.3.2 磁场约束正电子束 21
2.3.3 基于装置的正电子束 22
2.4 截面测量中的设备 22
2.4.1 总截面测量的设备 23
2.4.2 弹性散射偏截面测量的设备 26
2.4.3 正电子素形成偏截面测量的设备 27
2.4.4 激发偏截面测量的设备 27
2.4.5 离化偏截面测量的设备 28
2.4.6 缓冲气体阱基慢正电子束 (阱基束) 29
2.4.7 多室阱基束 31
参考文献 32
第3章 正电子散射总截面的测量 35
3.1 神奇的散射现象 35
3.1.1 光散射技术和研究的发展历史 35
3.1.2 电子束散射的研究 37
3.1.3 其他粒子和伽马射线散射的研究 37
3.1.4 正电子和正电子束散射的研究 38
3.2 散射总截面的测量 38
3.2.1 散射总截面的大致测量原则 38
3.2.2 总截面中的理论计算 75
3.2.3 国内对正电子散射的理论研究 76
3.2.4 散射总截面的小结 77
3.3 散射偏截面的计算和测量 78
3.3.1 弹性散射的偏截面 79
3.3.2 正电子湮没偏截面 85
3.3.3 正电子素形成的偏截面 85
3.3.4 激发与离化 92
3.3.5 散射偏截面的简单小结 96
参考文献 98
第4章 气体中的正电子湮没 108
4.1 引言 108
4.2 在高密度气体中的实验 109
4.3 阱基正电子束 118
4.4 小分子中的正电子湮没 124
4.4.1 研究分子共振湮没的物理意义 124
4.4.2 有效电子数和实验测量 125
4.4.3 低密度气体平均湮没率*和气体密度的关系 131
4.4.4 有效电子数的理论研究 131
4.5 大分子的振动Feshbach共振(VFR)湮没 137
4.5.1 什么是大分子的振动Feshbach共振(VFR) 137
4.5.2 大分子的振动Feshbach共振(VFR)湮没 138
参考文献 173
第5章 高分辨测量总截面和共振散射 179
5.1 引言 179
5.2 共振散射理论基础 180
5.3 实验设备介绍 182
5.4 实验过程和小角散射的甄别 183
5.5 对简单气体H2，N2，CO，Ar绝对高总截面的实验测量 190
5.5.1 对H2的高总截面的理论计算和测量 190
5.5.2 对惰性气体原子的散射高总截面测量 192
5.5.3 Wigner尖点问题 197
5.5.4 对复杂气体原子的散射 (高) 总截面测量 206
5.6 总结及展望 208
参考文献 209
第6章 正电子素的湮没和散射 212
6.1 正电子素原子的基本研究 212
6.1.1 正电子素湮没与寿命 212
6.1.2 研究正电子素形成的设备 213
6.1.3 基态正电子素的超精细结构 (hfs) 219
6.2 正电子素束散射 224
6.2.1 研究正电子素束散射的意义 224
6.2.2 用正电子-气体碰撞产生正电子素束的方法 224
6.2.3 产生正电子素束的设备 228
6.2.4 用正电子素束的散射实验 233
6.2.5 正电子素束和水分子的散射 238
6.2.6 正电子素束和CO2分子的散射 239
6.2.7 正电子素束和其他分子的散射 240
6.3 正电子素的散射理论 240
6.4 总结与展望 245
参考文献 246
第7章 基于正电子和反氢的反物质研究进展 251
7.1 引言 251
7.2 反物质研究发展简史 252
7.2.1 正电子的研究 252
7.2.2 反物质 (反氢原子) 的研究 254
7.3 正电子捕获、积累及高强脉冲束的形成技术 257
7.3.1 正电子注入装置 257
7.3.2 正电子的热化、冷却和捕获 258
7.3.3 正电子的压缩 259
7.3.4 正电子的约束和积累 260
7.3.5 高强正电子脉冲束形成技术 262
7.4 正电子素分子的观察 264
7.4.1 单个超短脉冲正电子寿命谱技术 264
7.4.2 高密度正电子素气体实验 266
7.4.3 正电子素分子的实验观察 269
7.5 反氢原子的合成 272
7.5.1 为什么研究反氢？ 272
7.5.2 反质子的冷却、捕获 274
7.5.3 混合阱中反氢的合成 275
7.6 CERN反物质研究的现状 278
7.6.1 ALPHA 278
7.6.2 ATRAP 279
7.6.3 AEGIS 280
7.6.4 ASACUSA 281
7.6.5 ACE 282
7.7 展望 283
7.7.1 CPT标准模型验证 283
7.7.2 WEP弱等价原理 284
7.7.3 “反物质”武器和宇航深空探测新能源研究 285
参考文献 286
第8章 正电子在天体物理学中的应用伽马谱 289
8.1 天体物理 289
8.2 天文学和天体物理基础知识介绍 290
8.2.1 古代对宇宙、地球的认识 290
8.2.2 地球和太阳的基本数据 292
8.2.3 远处恒星的测距 294
8.2.4 星系的性质 297
8.2.5 宇宙大爆炸学说 299
8.2.6 宇宙大爆炸后物质的演化 299
8.2.7 黑洞 300
8.2.8 探寻反物质天体 301
8.2.9 阿尔法磁谱仪计划 302
8.3 天体中的正电子 303
8.3.1 宇宙正电子的测量 304
8.3.2 正电子测量谱的特点 312
8.3.3 什么是正电子过量 314
8.3.4 天体中正电子的来源 316
8.3.5 正电子在星际介质中的传播 320
8.3.6 多环芳香碳氢化合物 322
8.4 天体中正电子小结 333
参考文献 334
第9章 在正电子领域中实现玻色-爱因斯坦凝聚的探索 340
9.1 玻色-爱因斯坦凝聚简介 340
9.2 玻色量子统计理论基础 342
9.3 实现BEC所用的技术 345
9.4 BEC的可能应用 346
9.5 BEC中Feshbach共振效应 347
9.6 正电子和Ps-BEC 349
9.6.1 正电子、正电子素和BEC 349
9.6.2 Ps-BEC研究的里程碑 351
9.6.3 Ps-BEC研究进展 352
9.6.4 Ps-BEC应用探索 354
参考文献 357
第10章 正电子在量子纠缠中的可能应用 360
10.1 引言 360
10.2 清华大学近代物理实验给我们的启迪 360
10.3 量子纠缠 362
10.3.1 一堆问题 362
10.3.2 量子纠缠的定义 362
10.3.3 量子纠缠是超光速吗？ 363
10.3.4 量子纠缠是真正的超远距离作用吗？ 363
10.3.5 谁第一个提出量子纠缠的概念？ 364
10.3.6 第一篇纠缠论文在哪里？ 364
10.4 EPR验证 368
10.4.1 EPR佯谬 368
10.4.2 贝尔不等式和CHSH-Bell不等式 373
10.4.3 阿斯派克特的最后实验判决 375
10.4.4 量子纠缠的幽灵成像 375
10.4.5 三粒子纠缠和GHZ定理 376
10.5 正电子在量子纠缠中的可能应用 378
参考文献 379
附录 381