粒子物理學(xué)基礎(chǔ)課件

粒子物理學(xué)基礎(chǔ)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)王淦昌先生粒子物理學(xué)基礎(chǔ)李文鑄先生粒子物理學(xué)基礎(chǔ)汪容先生粒子物理學(xué)基礎(chǔ)王凎昌先生和汪容先生粒子物理學(xué)基礎(chǔ)粒子物理學(xué)物質(zhì)的基本組成物質(zhì)間的基本相互作用物質(zhì)運(yùn)動的基本規(guī)律粒子物理學(xué)基礎(chǔ)二十世紀(jì)的主要成就相對論與時(shí)空觀念狹義相對論,高速運(yùn)動粒子廣義相對論,引力理論，宇宙學(xué)量子力學(xué)波粒二象性,微觀粒子量子場論描述物理世界的基本語言標(biāo)準(zhǔn)模型物質(zhì)的基本組成和基本相互作用

粒子物理學(xué)基礎(chǔ)基本相互作用引力相互作用電磁相互作用強(qiáng)相互作用強(qiáng)大的核力維持原子核的穩(wěn)定性弱相互作用導(dǎo)致基本粒子的不穩(wěn)定,引起衰變粒子物理學(xué)基礎(chǔ)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)對稱性決定相互作用電磁相互作用：U(1)規(guī)范對稱性弱電相互作用：SU(2)

U(1)規(guī)范對稱性強(qiáng)相互作用：SU(3)規(guī)范對稱性引力相互作用：局域Lorentz對稱性規(guī)范粒子質(zhì)量:對稱性自發(fā)破缺費(fèi)米子質(zhì)量:Yukawa耦合一種參數(shù)化,新的物理粒子物理學(xué)基礎(chǔ)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)牛頓力學(xué)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)時(shí)間，空間點(diǎn)粒子：位置，速度，加速度牛頓定律慣性

作用與反作用粒子物理學(xué)基礎(chǔ)一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)：粒子物理學(xué)基礎(chǔ)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)相對性原理與Galilean變換粒子物理學(xué)基礎(chǔ)電動力學(xué)電磁現(xiàn)象粒子物理學(xué)基礎(chǔ)麥克斯韋方程洛倫茲力粒子物理學(xué)基礎(chǔ)相對性原理,洛倫茲變換粒子物理學(xué)基礎(chǔ)電磁波光子:質(zhì)量為零,速度為c粒子物理學(xué)基礎(chǔ)狹義相對論相對性原理光速不變粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Lorentz變換與原時(shí):時(shí)空對稱性粒子物理學(xué)基礎(chǔ)相對論動力學(xué)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)量子力學(xué)波粒二象性態(tài)的線性疊加原理互補(bǔ)性原理測不準(zhǔn)原理粒子物理學(xué)基礎(chǔ)量子力學(xué)基本原理StatesofthesystemRelationofcommutationHermitianoperatorsSchrodingerequationPrincipleofidentityPrincipleofmeasurement粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Schrodinger方程Heisenberg矩陣力學(xué)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)氫原子粒子物理學(xué)基礎(chǔ)諧振子粒子物理學(xué)基礎(chǔ)相對論量子力學(xué)Klein-Gordon方程電磁相互作用負(fù)能量,負(fù)幾率,精細(xì)結(jié)構(gòu)不正確粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Dirac方程電磁相互作用正幾率,電子的自旋,精細(xì)結(jié)構(gòu)正確Klein佯謬,負(fù)能量粒子物理學(xué)基礎(chǔ)反粒子,相對論的預(yù)言高能微觀系統(tǒng)的多粒子特性量子場論的必然粒子物理學(xué)基礎(chǔ)基本相互作用原子核內(nèi)，質(zhì)子與質(zhì)子之間有很強(qiáng)的庫侖排斥力，那么是如何維持原子核的穩(wěn)定性的呢？要維持原子核的穩(wěn)定性，核子間必定存在相互吸引的強(qiáng)大的核力：強(qiáng)作用力作用范圍要小，導(dǎo)致原子結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定引起原子核衰變，有輕子參與的相互作用──弱作用力粒子物理學(xué)基礎(chǔ)四種基本相互作用力

對象強(qiáng)度范圍交換粒子電磁力帶電粒子間

10-2

∞γ(光子)引力萬物

10-40

∞G(引力子)強(qiáng)力強(qiáng)子

110-15米

g(膠子)弱力有輕子參與

10-5

10-18米

w±,z0

粒子物理學(xué)基礎(chǔ)非直接、即時(shí)相互作用粒子物理學(xué)基礎(chǔ)量子場論描述物理世界的基本語言量子力學(xué)狹義相對論粒子物理學(xué)基礎(chǔ)量子電動力學(xué)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Tomonaga粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Schwinger粒子物理學(xué)基礎(chǔ)R.Feynman粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Dyson粒子物理學(xué)基礎(chǔ)電子與光子構(gòu)成簡單系統(tǒng)介子與光子構(gòu)成簡單系統(tǒng)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)規(guī)范對稱性與電磁相互作用粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Feynman規(guī)則粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Lamb效應(yīng)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)電子反常磁矩粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Compton散射粒子物理學(xué)基礎(chǔ)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)

強(qiáng)相互作用與夸克（Quark）模型粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Gell-mann粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Gross粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Wilczek粒子物理學(xué)基礎(chǔ)世界到底由什么構(gòu)成？中國古代有元?dú)庹f，和陰陽五行說在古希臘有原子說即由一種不能再分的最小基本單元“原子”構(gòu)成亞里士多德卻認(rèn)為物質(zhì)是連續(xù)的。正如中國《莊子、天下篇》所言“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”粒子物理學(xué)基礎(chǔ)19世紀(jì)未的三大發(fā)現(xiàn)1895年倫琴（W.C.R?ntgen）發(fā)現(xiàn)X射線1896年貝克勒爾(H.Becquerel)發(fā)現(xiàn)放射性1897年湯姆遜(J.J.Thomson)發(fā)現(xiàn)電子他們?nèi)艘惨虼朔謩e獲得了1901年、1903年和1906年的諾貝爾物理學(xué)獎。電子的發(fā)現(xiàn)對物理學(xué)的影響非常深遠(yuǎn)物理學(xué)對象從宏觀轉(zhuǎn)入到了微觀領(lǐng)域粒子物理學(xué)基礎(chǔ)原子的有核結(jié)構(gòu)1911年湯姆遜的學(xué)生盧瑟福確立了原子的有核結(jié)構(gòu)1913年盧瑟福的學(xué)生丹麥物理學(xué)家玻爾建立了量子的原子結(jié)構(gòu)模型1919提出了原子核內(nèi)存在中子的設(shè)想1932年查德威克確認(rèn)了中子n的存在粒子物理學(xué)基礎(chǔ)物質(zhì)的層次結(jié)構(gòu)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)基本粒子的性質(zhì)質(zhì)子和中子的大小約為1個(gè)費(fèi)米質(zhì)子的質(zhì)量為938.3MeV，中子為939.6MeV,電子為0.511MeV質(zhì)子和中子稱為重子,電子稱為輕子質(zhì)子的壽命長于億億億億年,自由中子的壽命卻只有877秒，中子會衰變成質(zhì)子、電子和一個(gè)新粒子——反中微子.這是否預(yù)示著質(zhì)子、中子內(nèi)部還有結(jié)構(gòu)？粒子物理學(xué)基礎(chǔ)眾多的新粒子1931年狄拉克預(yù)言：存在著反電子1932年安德遜發(fā)現(xiàn)了正電子，并因此獲得了1936年的諾貝爾物理學(xué)獎1931年泡利預(yù)言中存在微子，不帶電，質(zhì)量為零1935年湯川秀樹預(yù)言π介子的存在，1947年鮑威爾發(fā)現(xiàn)π介子粒子物理學(xué)基礎(chǔ)更多的粒子被發(fā)現(xiàn)介子：J=0，π±，

π0，ρ，

k±，

k0重子:J=1/2，p，n，Σ±，Σ0，Ξ±，Ξ0，Λ且每種粒子都有反粒子，總數(shù)達(dá)數(shù)百種。然而混亂中存在秩序，類似于元素周期表，上述粒子也滿足一定的規(guī)律，表明粒子內(nèi)部還有結(jié)構(gòu)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)

夸克（Quark）模型

輕子(電荷)夸克(電荷)第一代第二代第三代粒子物理學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)子態(tài)

深度非彈性散射粒子物理學(xué)基礎(chǔ)量子色動力學(xué)（QCD）粒子物理學(xué)基礎(chǔ)漸近自由與夸克禁閉粒子物理學(xué)基礎(chǔ)粒子物理學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)子質(zhì)量譜粒子物理學(xué)基礎(chǔ)弱電統(tǒng)一理論粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Glashow粒子物理學(xué)基礎(chǔ)S.Weinberg粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Salam粒子物理學(xué)基礎(chǔ)T’Hooft粒子物理學(xué)基礎(chǔ)Veltman粒子物理學(xué)基礎(chǔ)1896年貝克勒爾(H.Becquerel)發(fā)現(xiàn)放射性1931年P(guān)auli提出中微子1933年Fermi理論1956年宇稱不守恒（Lee－Yang－Wu)1958年V－A理論1963年Cabibbo理論1967年Weinberg理論1971年’tHooft－Veltman證明1972年GIM