南京大學(xué)大學(xué)物理下課件-第17章粒子物理簡(jiǎn)介

匯報(bào)人：鄭老師2023-12-31南京大學(xué)《大學(xué)物理（下》課件-第17章粒子物理簡(jiǎn)介目錄粒子物理簡(jiǎn)介粒子的分類與性質(zhì)粒子物理中的重要實(shí)驗(yàn)粒子物理的理論框架粒子物理的未來(lái)展望01粒子物理簡(jiǎn)介粒子物理的定義粒子物理是研究物質(zhì)基本組成粒子的學(xué)科，這些粒子包括原子核、電子、光子等。粒子物理主要關(guān)注粒子的產(chǎn)生、湮滅、相互作用及其基本性質(zhì)，以及它們?cè)谖镔|(zhì)和輻射中的表現(xiàn)。粒子物理研究的基本內(nèi)容包括粒子的分類、性質(zhì)、相互作用及其在物質(zhì)和輻射中的表現(xiàn)。粒子物理還研究粒子的產(chǎn)生和湮滅過(guò)程，以及這些過(guò)程對(duì)物質(zhì)和宇宙演化的影響。粒子物理的研究?jī)?nèi)容粒子物理的發(fā)展始于20世紀(jì)初，隨著原子結(jié)構(gòu)和量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)，人們開(kāi)始深入探索物質(zhì)的基本組成。20世紀(jì)中葉，隨著核物理學(xué)和粒子加速器的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的基本粒子，如質(zhì)子、中子、π介子等。20世紀(jì)后半葉，隨著高能物理實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展，人們發(fā)現(xiàn)了許多新的粒子和現(xiàn)象，如夸克、輕子、強(qiáng)子等，這些發(fā)現(xiàn)對(duì)理解物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。粒子物理的發(fā)展歷程02粒子的分類與性質(zhì)媒介子輕子強(qiáng)子原子核粒子的分類01020304傳遞基本相互作用的粒子，如光子、膠子。不參與強(qiáng)相互作用的粒子，如電子、μ子、τ子。參與強(qiáng)相互作用的粒子，如質(zhì)子、中子。由質(zhì)子和中子組成的復(fù)合粒子。不同粒子具有不同的質(zhì)量，是粒子最基本的性質(zhì)之一。粒子的質(zhì)量粒子的電荷粒子的自旋粒子所帶電荷數(shù)目的多少和正負(fù)決定了粒子的電磁性質(zhì)。粒子具有內(nèi)在的旋轉(zhuǎn)特性，影響其相互作用的方式和強(qiáng)度。030201粒子的基本性質(zhì)粒子的相互作用通過(guò)光子傳遞，是日常物體間相互作用的主要方式。通過(guò)膠子傳遞，是強(qiáng)子之間相互作用的主要方式。通過(guò)W和Z玻色子傳遞，是某些放射性衰變和核聚變的主要機(jī)制。通過(guò)引力子傳遞，是所有物體之間相互作用的基本方式之一。電磁相互作用強(qiáng)相互作用弱相互作用引力相互作用03粒子物理中的重要實(shí)驗(yàn)03原子核的轉(zhuǎn)變?cè)雍丝梢酝ㄟ^(guò)放射性衰變和核反應(yīng)等方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，釋放出能量。01原子核的發(fā)現(xiàn)科學(xué)家通過(guò)研究原子光譜和放射性現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了原子核的存在。02原子核的結(jié)構(gòu)原子核由質(zhì)子和中子組成，具有強(qiáng)相互作用力，是原子核穩(wěn)定性的原因。原子核的發(fā)現(xiàn)與研究科學(xué)家通過(guò)在地球表面和高空設(shè)置探測(cè)器，測(cè)量和分析了宇宙射線的基本性質(zhì)。宇宙射線的探測(cè)宇宙射線主要來(lái)源于宇宙空間的恒星、星系和黑洞等天體，是研究天體演化和宇宙學(xué)的重要手段。宇宙射線的來(lái)源宇宙射線主要由高能帶電粒子組成，如電子、質(zhì)子和重離子等。宇宙射線的成分宇宙射線的探測(cè)與解析

對(duì)撞機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用對(duì)撞機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)撞機(jī)是一種高能物理實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)加速帶電粒子至極高速度，使其在碰撞中產(chǎn)生新的粒子或揭示物質(zhì)的基本性質(zhì)。對(duì)撞機(jī)的應(yīng)用對(duì)撞機(jī)在粒子物理學(xué)研究中具有重要應(yīng)用，如發(fā)現(xiàn)新的粒子、驗(yàn)證或推翻現(xiàn)有的物理理論等。對(duì)撞機(jī)的歷史與發(fā)展對(duì)撞機(jī)經(jīng)歷了從低能到高能的發(fā)展歷程，目前最高能的對(duì)撞機(jī)是歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）。04粒子物理的理論框架量子場(chǎng)論是描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)和相互作用的理論框架，它將經(jīng)典物理學(xué)中的場(chǎng)概念與量子力學(xué)相結(jié)合，通過(guò)場(chǎng)算符和場(chǎng)態(tài)描述微觀粒子的狀態(tài)和演化。量子場(chǎng)論中，微觀粒子被視為場(chǎng)量子化的激發(fā)態(tài)，它們通過(guò)相互作用產(chǎn)生和湮滅，從而形成豐富多彩的物質(zhì)世界。量子場(chǎng)論的基本概念標(biāo)準(zhǔn)模型是描述基本粒子和相互作用的量子場(chǎng)論，它基于對(duì)稱性和守恒定律，將電磁、弱和強(qiáng)相互作用統(tǒng)一在一個(gè)理論框架內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)模型成功地預(yù)言了眾多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并在精確度上達(dá)到了很高的水平。然而，隨著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不斷積累，標(biāo)準(zhǔn)模型也面臨著一些未解之謎和需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)模型的建立與發(fā)展大統(tǒng)一理論是試圖將強(qiáng)力、弱力、電磁力等基本力統(tǒng)一在一個(gè)理論框架內(nèi)的物理學(xué)理論。它基于量子場(chǎng)論的擴(kuò)展，將基本粒子和相互作用納入一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)學(xué)體系。超弦理論是大統(tǒng)一理論的一種形式，它提出所有基本粒子都是由一維的弦構(gòu)成，不同的振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)于不同的粒子。超弦理論在數(shù)學(xué)上非常復(fù)雜，目前尚未得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但它為探索宇宙的基本規(guī)律提供了新的思路。大統(tǒng)一理論與超弦理論05粒子物理的未來(lái)展望超對(duì)稱粒子超對(duì)稱理論預(yù)言了一系列超對(duì)稱粒子，如超夸克、超輕子等，尋找這些粒子有助于驗(yàn)證超對(duì)稱理論，并深入理解物質(zhì)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。暗物質(zhì)粒子尋找暗物質(zhì)粒子是粒子物理的重要方向之一，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)暗物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)的相互作用，有助于揭示宇宙中暗物質(zhì)的本質(zhì)。軸子軸子是一種假設(shè)的粒子，具有很小的相互作用力，尋找軸子有助于解決宇宙中的一些未解之謎，如宇宙磁場(chǎng)的起源等。新粒子的尋找與發(fā)現(xiàn)時(shí)間對(duì)稱性時(shí)間對(duì)稱性研究有助于深入理解時(shí)間箭頭和宇宙演化的方向，探索時(shí)間反演對(duì)稱性的破壞機(jī)制。對(duì)稱性與守恒定律對(duì)稱性與守恒定律之間存在密切聯(lián)系，深入研究對(duì)稱性有助于發(fā)現(xiàn)新的守恒定律，并解釋已知的守恒定律。空間對(duì)稱性深入研究空間對(duì)稱性，如洛倫茲對(duì)稱性、超對(duì)稱性等，有助于揭示物質(zhì)和力的內(nèi)在聯(lián)系，并建立更為完善的物理理論。對(duì)稱性的深入研究大爆炸理論大爆炸理論是目前對(duì)宇宙起源與演化的最廣泛科學(xué)模型之一，通過(guò)研究大爆炸理論，可以深入理解宇宙的起源和演化過(guò)程。宇宙學(xué)常數(shù)宇宙學(xué)常數(shù)是描述宇宙空間曲率的關(guān)鍵參數(shù)，研究