專題四粒子物理學(xué)

粒子物理簡(jiǎn)介陳紹龍華中師范大學(xué)“世界是由什么組成的？”&“它們是怎樣組成這個(gè)世界？”四基本元素五行恩貝多克利490-430B.C.,希臘哲學(xué)家原子論古希臘哲學(xué)家“原子論”Byconventionthereiscolor,

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-Democritus(c.400BCE)（德謨克利特）原子論1869年門捷列夫的元素周期表加深了原子論的設(shè)想。1802年，道爾頓正式提出了所有物質(zhì)是由原子組成的理論;原子是基本的么？JosephThomson(1906Nobel)發(fā)現(xiàn)了原子中存在負(fù)電荷，質(zhì)量很輕的電子，認(rèn)為原子是有質(zhì)子和被束縛的電子組成。[GeorgeThomson(1937Nobel)

證明了電子波動(dòng)性。(電子衍射)]盧瑟福（Rutherford,1908Nobel)實(shí)驗(yàn)證明了質(zhì)子集中在緊密的原子核中。1932年，Chadwick(1935Nobel)

發(fā)現(xiàn)了中子。原子核是質(zhì)子和中子組成，電子在原子核外運(yùn)動(dòng)(盧瑟福實(shí)驗(yàn)，玻爾模型)原子核是基本的么？質(zhì)子和中子是由夸克組成粒子物理學(xué)粒子物理學(xué)物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)和基本相互作用從極小到極大宇宙的歷史尋找基本粒子粒子物理學(xué)家一直在尋找基本粒子。宇宙射線，加速器人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)200多種粒子，當(dāng)然大多數(shù)不是基本粒子，是復(fù)合粒子。Quark模型

蓋爾曼-西島(Gell-MannandNishijima)

味SU(3)：粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型6種夸克(quarks)6種輕子(leptons):(比如電子)規(guī)范玻色子:(比如光子)傳遞相互作用Quarks&Leptons物質(zhì)由夸克和輕子組成，每種夸克和輕子都有相應(yīng)的反物質(zhì)粒子和反粒子粒子和反粒子除了不同電荷，其他性質(zhì)一樣。當(dāng)物質(zhì)碰到反物質(zhì)，湮滅變成能量。反粒子？Fermi實(shí)驗(yàn)室15英尺氣泡云室實(shí)驗(yàn)相片Quark6種夸克和反夸克

(6個(gè)味)(上，下，粲，奇異，頂，底)分?jǐn)?shù)電荷:(2/3,-1/3)3個(gè)顏色

(red,green,blue)強(qiáng)子(Hadron)Baryon(重子)meson(介子)顏色SU(3):輕子中除了帶電的電子，繆子muon，tau子，還有各自的中微子。1930年，onlyknownparticle:electron&protonBetaDecay(氚到氦3)中微子（Neutrino）中微子（Neutrino）3體衰變和中微子假設(shè)中微子（Neutrino）WolfgangPauli1930LettertothephysicalInstituteoftheFederalInstituteofTechnology,Zurich1932年，Chadwick

發(fā)現(xiàn)了中子。Pauli說(shuō)的“neutron”被Fermi改成“l(fā)ittleneutralone”,成為今天常說(shuō)的“Neutrino”中微子（Neutrino）中微子（Neutrino）Solvay1933PhysicsConference(Brussels,Belgium)Pauli報(bào)告了他的中微子設(shè)想探測(cè)中微子反beta衰變過(guò)程來(lái)探測(cè)中微子。（HansBethe）Reines和Cowan在1956年探測(cè)到了中微子，得到了1995年的Nobel物理獎(jiǎng)。王淦昌(Kan-ChangWang)王淦昌最早提出用K電子俘獲來(lái)探測(cè)中微子。FermionandBoson費(fèi)米子：遵守Pauli不相容原理玻色子：不遵守Pauli不相容原理FermionandBoson費(fèi)米子：遵守Pauli不相容原理玻色子：不遵守Pauli不相容原理FermionandBoson費(fèi)米子：遵守Pauli不相容原理玻色子：不遵守Pauli不相容原理FermionandBoson費(fèi)米子：遵守Pauli不相容原理自旋為1/2的奇數(shù)倍粒子玻色子：不遵守Pauli不相容原理自旋為整數(shù)粒子基本相互作用相互反應(yīng)：引力，斥力，衰變，湮滅，…。伽利略，牛頓，麥克斯韋，法拉第，…四種基本相互作用：引力電磁力強(qiáng)相互作用弱相互作用傳遞力的中間玻色子麥克斯韋電磁統(tǒng)一弱作用中宇稱破缺李-楊提出弱作用中宇稱不守恒！(1956)1957年被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型電磁力：光子強(qiáng)相互作用：膠子弱相互作用：W，Z中間玻色子基本粒子質(zhì)量譜一個(gè)質(zhì)子重1GeV被成功檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)模型W，Z中間玻色子，膠子，底夸克，頂夸克，tau中微子等粒子在標(biāo)準(zhǔn)模型建立后被發(fā)現(xiàn)。在能標(biāo)100GeV下0.1%以下精度被檢驗(yàn)。The“God”Particle:

HiggsHiggs粒子是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中唯一一個(gè)沒(méi)有被探測(cè)到的基本粒子。理論上提出Higgs粒子存在是為了解釋標(biāo)準(zhǔn)模型中大部分基本粒子有質(zhì)量---質(zhì)量起源。歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(the

Large

Hadron

Collider)正是為了尋找Higgs而建立。標(biāo)準(zhǔn)模型：成功但不完整中微子有質(zhì)量宇宙中正反物質(zhì)不對(duì)稱暗物質(zhì)粒子引力……中微子振蕩太陽(yáng)中微子缺失：1968年Homestake實(shí)驗(yàn):RaymondDavis&JohnBahcall實(shí)驗(yàn)結(jié)果比理論預(yù)言少了1/3SuperK大氣中微子振蕩：1998超級(jí)神崗：地下1000米，50000頓純凈水SNO太陽(yáng)中微子實(shí)驗(yàn):2002證實(shí)了太陽(yáng)中微子在到地球的途中在三種不同“味”之間發(fā)生了轉(zhuǎn)化直徑12米，1000頓重水，地下2100米KamLAND：核反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)地下，13米直徑，1000頓礦物油,苯13代耦合角：

深圳大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)中微子質(zhì)量和蹺蹺板機(jī)制蹺蹺板機(jī)制也意味著是一個(gè)通向更高能標(biāo)的窗子宇宙正反物質(zhì)不對(duì)稱正物質(zhì)世界意味著宇宙早期有很小的正反不對(duì)稱么？重子物質(zhì)起源三個(gè)重子起源條件：重子數(shù)破壞，電荷宇稱破壞，熱平衡退耦超出標(biāo)準(zhǔn)模型！

宇宙大爆炸暗物質(zhì)（darkmatter）VeraRubin1970’sFritzZwicky1933星體旋轉(zhuǎn)曲線暗物質(zhì)引力透鏡暗物質(zhì)性質(zhì)暗物質(zhì)是什么粒子？電中性不是重子物質(zhì)有質(zhì)量，非相對(duì)論相互作用很弱穩(wěn)定或者壽命很長(zhǎng)暗物質(zhì)直接探測(cè)直接探測(cè)暗物質(zhì)和原子的彈性散射。信號(hào)：熱，光，電年調(diào)制效應(yīng)CJPLCDEXPandaX暗物質(zhì)間接探測(cè)暗物質(zhì)在宇宙中湮滅產(chǎn)生正反電子，正反質(zhì)子，光子，中微子大統(tǒng)一：愛因斯坦之夢(mèng)歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)

通向新物理的時(shí)間機(jī)器？能量和尺度加速器：強(qiáng)力的“顯微鏡”高能加速的粒子束，幫助我們看清細(xì)微的結(jié)構(gòu)低能量粒子束高能量粒子束CMS：

長(zhǎng)21米，高15米，寬15米，12.5千頓ATLAS：

長(zhǎng)46米，高25米，寬25米，7千頓The“God”Particle:Higgs粒子暗物質(zhì)？尋找第四代粒子?LHCLHC尋找超對(duì)稱粒子?

還有別的基本相互作用？

存在別的基本對(duì)稱性么？

暗物質(zhì)是什么粒子？

有幾種暗物質(zhì)粒子？

Higgs粒子存在么？有幾個(gè)Higgs粒子？

質(zhì)量是怎么來(lái)的？