高能物理实验_研究生课程1
中国科学院高能物理所硕博连读研究生培养方案

(99)高发研生字第183号关于执行新的《中国科学院高能物理研究所硕博连读研究生培养方案》的通知各研究室及有关人员:现将新的《中国科学院高能物理研究所硕博连读研究生培养方案》发给你们。
此方案从1999年9月1日新入学的硕博连读研究生开始执行。
特此通知。
附:《中国科学院高能物理研究所硕博连读研究生培养方案》中国科学院高能物理研究所一九九九年六月七日中国科学院高能物理所硕博连读研究生培养方案为适应社会主义建设和改革开放的需要,培养德智体全面发展的高层次人才,根据《中华人民共和国学位条例》、《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》和中国科学院有关文件精神,结合我所的实际情况,经中国科学院批准,决定在博士点中实行硕博连读的培养方式。
为确保我所硕博连读研究生的培养质量,特制订此方案。
一、培养目标1. 认真学习马列主义、毛泽东思想和邓小平关于建设有中国特色的社会主义理论,坚持党的基本路线,热爱祖国,遵纪守法,品德良好,具有献身科学、勇于创新、严谨求实和团结协作的科学素养,积极为社会主义现代化建设服务。
2. 在本学科掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识,具有独立从事创造性的科学研究工作的能力,在科学或专门技术上做出具有创新性或有独到之处的成果。
3. 能熟练地运用第一外国语阅读本专业的外文资料,并具备较好的听、说、写、译能力。
4. 积极参加体育锻炼,有健康的体魄。
二、专业设置及研究方向1. 专业设置根据国务院学位委员会的学科调整,我所现有三个专业:理科:理论物理、粒子物理与原子核物理工科:核技术及应用2. 研究方向:⑴理论物理专业①粒子物理理论②原子核物理理论③数学物理④引力理论以及各种基本相互作用理论⑵粒子物理与原子核物理专业①粒子物理实验②宇宙线与高能天体物理③同步辐射技术及应用④核分析技术及应用⑤核方法在材料科学中的应用⑶核技术及应用专业①加速器物理②加速器技术及其应用③核电子学与探测技术④计算机在粒子物理、核物理及加速器中的应用⑤自由电子激光及应用⑥超导技术三、学习年限学习年限为五年,但最长不超过六年。
高能物理实验技术的研究与应用

高能物理实验技术的研究与应用高能物理实验技术是研究微观粒子和宇宙早期的重要手段,也是现代物理学的重要支撑。
它研究的对象主要是基本粒子的性质、相互作用和产生的宇宙尺度的效应等。
高能物理实验技术的研究与应用对于揭示物质的本质、认识宇宙的演化历史以及促进科学技术的发展具有深远的意义。
本文将从实验装置、探测器、数据处理和分析等方面对高能物理实验技术的研究与应用进行探讨。
高能物理实验装置是展开高能物理实验的重要工具。
加速器是高能物理实验装置的核心,它能够将带电粒子加速到非常高的能量,从而使粒子具有光速附近的速度,以便研究微观粒子的性质。
加速器的种类多种多样,如环形加速器、直线加速器等。
其中著名的加速器有欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC),这是目前世界上最大的粒子加速器,它能够对撞产生数千亿电子伏特的能量,用于探索微观世界的奥秘。
除了加速器,探测器是高能物理实验的另一个重要组成部分。
探测器可以追踪、识别、测量带电粒子的轨迹、动量、电荷等性质,从而为研究微观粒子提供基础数据。
常见的探测器有示踪探测器、电磁量能器、半导体探测器等。
这些探测器通过粒子与物质的相互作用来产生电信号,然后通过放大、测量等技术将信号转化为可以进行精确测量的电信号。
高能物理实验技术的应用是广泛的。
首先,高能物理实验可以为物理学的基本理论提供实验验证,从而推动基本粒子物理的发展。
通过实验观测和测量,可以对粒子的性质进行深入研究,例如发现新的粒子、测量它们的质量、自旋、电荷等物理性质。
同时,这些实验结果还可以用来检验和修正理论模型,从而推动理论物理的发展。
此外,高能物理实验技术还涉及到核能的利用和核辐射的控制。
实验中需要使用到核能源和射线,这就要求对核能的利用和放射防护技术进行研究和应用。
另外,高能物理实验技术还涉及到高精度测量和探测器技术的发展。
高能物理实验中,往往需要进行高精度的测量,以便更加准确地获得实验数据。
因此,研究和应用高精度测量技术具有重要意义。
物理系博士研究生课程

物理系博士研究生课程
物理系博士研究生的课程设置主要包括以下几个方向:
1. 高级量子力学:这是博士物理学专业的一门重要必修课程,学习更加深入和复杂的量子力学理论,包括粒子的波粒二象性、量子力学算符和算符代数等。
2. 固体物理学:介绍和研究固体的物理性质和行为,包括晶体结构、电子结构、磁性和导电性等。
3. 高能物理学:介绍和研究微观世界的基本粒子和相互作用,包括粒子物理学的实验方法和仪器、标准模型和量子场论等。
4. 热力学和统计物理学:介绍和研究物质的宏观性质和热力学规律,包括温度、热量和熵等热力学基本概念,以及统计物理学的方法和技巧。
5. 量子场论:介绍和研究基于量子力学和相对论的场的量子化理论,包括量子场的基本概念和数学理论、费曼图和路径积分等计算方法。
此外,物理系博士研究生还需要进行实验操作、数值计算等研究工作,并参与科研项目。
实验室研究和科研项目是物理博士学位的重要组成部分,旨在解决具体的科学问题或推动某一领域的技术发展。
综合考核与毕业要求也是获得物理博士学位的重要环节,通常包括学位论文答辩和学术报告等环节。
除此之外,还需要符合学校制定的毕业要求,如发表论文、参加学术会议等。
以上内容仅供参考,具体课程设置和要求可能会因学校和专业而有所不同。
建议查阅具体学校或专业的博士培养方案或课程设置情况,以获取最准确的信息。
物理学硕士课程设置

物理学硕士课程设置物理学硕士课程设置通常会根据学校和专业的要求而有所不同。
以下是一个典型的物理学硕士课程设置的示例,涵盖了核心课程和选修课程。
1. 硕士核心课程(必修课程):理论力学:介绍牛顿力学的基本原理和应用,包括质点和刚体的运动学和动力学。
电磁学:研究电荷和电磁场之间的相互作用,涵盖电场、磁场、电磁波等内容。
量子力学:介绍微观粒子的行为和性质,包括波粒二象性、薛定谔方程、量子力学的基本原理等。
热力学和统计物理:探讨宏观系统的热力学性质和微观粒子的统计行为,包括热力学定律、熵、配分函数等。
实验物理学:培养实验设计和数据分析的能力,包括实验技术、测量方法和数据处理等。
2. 选修课程:根据个人的研究兴趣和专业方向,学生可以选择以下方向的选修课程:材料科学与固体物理:研究材料的结构、性质和应用,包括半导体器件、光电子学、凝聚态物理等。
粒子物理与核物理:研究基本粒子和原子核的结构和相互作用,包括高能物理实验、量子场论等。
生物物理学:研究生物系统中的物理学原理和技术应用,包括蛋白质结构、生物分子动力学等。
计算物理学:应用计算方法和数值模拟研究物理问题,包括计算电磁学、计算量子力学等。
天体物理学:研究宇宙的物理学性质和天体现象,包括宇宙学、恒星演化、宇宙射线等。
3. 研究项目:物理学硕士课程通常还包括独立的研究项目,学生将在指导教师的指导下进行研究并撰写硕士论文。
研究项目可以是实验研究、理论模型构建或计算模拟等,旨在培养学生的科研能力和解决问题的能力。
4. 学术研讨和学术活动:学术研讨和学术活动是物理学硕士课程的重要组成部分,学生将参加学术会议、研讨会、学术报告等,与其他研究人员交流和分享研究成果,拓宽学术视野。
高能物理中的超对称理论:探索超对称理论的实验验证与新物理预言

高能物理中的超对称理论:探索超对称理论的实验验证与新物理预言摘要超对称理论作为粒子物理学标准模型的拓展,为解决一系列未解之谜提供了潜在方案。
本文深入探讨超对称理论的核心概念、实验验证方法以及对新物理的预言。
通过分析大型强子对撞机(LHC)等实验的最新进展,本文旨在评估超对称理论的现状,并展望其在未来高能物理研究中的发展方向。
引言粒子物理学标准模型(Standard Model, SM)在描述基本粒子和相互作用方面取得了巨大成功,但仍存在一些未解之谜,如等级问题(Hierarchy Problem)、暗物质(Dark Matter)等。
超对称理论(Supersymmetry, SUSY)作为一种超越标准模型的新物理理论,为解决这些问题提供了可能的答案。
超对称理论预言每个标准模型粒子都有一个超对称伙伴,这些超对称粒子的存在可以解决等级问题,并为暗物质提供候选者。
然而,超对称理论尚未得到实验的直接验证,其正确性仍存在争议。
超对称理论的核心概念超对称理论的核心思想是在时空对称性的基础上引入一种新的对称性——超对称性。
超对称性将费米子(如电子、夸克)和玻色子(如光子、胶子)联系起来,认为它们是同一基本粒子的不同表现形式。
超对称理论预言每个标准模型粒子都有一个超对称伙伴,称为超粒子(Superpartner)。
例如,电子的超对称伙伴是标量电子(selectron),光子的超对称伙伴是光微子(photino)。
超对称理论的实验验证方法目前,寻找超对称粒子的主要实验方法是在高能粒子对撞机上进行实验。
大型强子对撞机(LHC)是目前能量最高的粒子对撞机,其对撞能量可以达到13 TeV,为寻找超对称粒子提供了理想的平台。
在LHC上寻找超对称粒子的主要策略包括:1. 直接寻找:通过分析对撞产生的粒子信号,寻找与超对称粒子质量和衰变模式相符的信号。
2. 间接寻找:通过测量标准模型粒子的性质,寻找超对称理论预言的偏差。
超对称理论的实验进展尽管LHC已经进行了多年的实验,但目前尚未发现超对称粒子的直接证据。
加速器在高能物理实验中的应用研究

加速器在高能物理实验中的应用研究一、概述加速器是高能物理实验的重要工具,能够加速粒子到极高的能量,探测微观领域的结构和性质。
本文将介绍加速器在高能物理实验中的应用研究。
二、加速器的基本原理加速器是一种利用电场或磁场对带电粒子进行加速的设备。
常见的加速器有线性加速器和环形加速器。
对于线性加速器,其基本原理是利用高频电场对带电粒子进行加速,加速器的整体结构呈直线状,加速过程顺序进行。
环形加速器则是利用磁场和电场协同作用对带电粒子进行加速,加速器中的粒子呈圆周运动。
三、加速器在高能物理实验中的应用1. 发现基本粒子对于高能物理实验,加速器的最主要任务就是帮助科学家探测新的基本粒子。
当带电粒子在加速器中以接近光速的速度运动时,会发生高能碰撞,粒子会产生新的基本粒子。
科学家们可以通过分析产生的粒子来得出这些基本粒子的质量、自旋、电荷等重要信息。
2. 进行粒子物理实验高能物理实验中除了发现新的基本粒子,还涉及到对粒子的结构和相互作用进行研究,例如引力、电磁力、强力和弱力等。
通过加速器可以让带电粒子以极高的速度进行碰撞,此时可以得到非常详细的实验数据,帮助科学家分析粒子的性质和相互作用。
3. 提高实验效率传统的高能物理实验需要把带电粒子加速到很高的速度,但是实验效率低下。
由于加速器的横向尺寸相对较小,科学家们在实验中可以把带电粒子的一部分加速器直接喷射到物质中,这样可以极大地提高实验效率,减少实验成本。
四、加速器在未来的应用未来加速器的应用还将进一步拓展。
例如在医疗领域,加速器将被应用于肿瘤治疗和医学成像。
此外,在天文学领域,加速器将被用于观测宇宙射线,探测暗物质。
加速器将成为高科技领域中的重要工具。
五、结论加速器在高能物理实验中的应用成果丰硕,不仅帮助人们认识到更深层次的粒子结构,也推动了科学技术的进步。
未来随着高科技领域的快速发展,加速器的应用前景将会更加广阔。
粒子物理学中的粒子对撞与高能实验

粒子物理学中的粒子对撞与高能实验在粒子物理学中,对撞是一种重要的实验手段,用于研究物质的基本构成和相互作用。
通过粒子对撞实验,科学家能够观察微观粒子之间的相互作用,揭示自然界中的基本规律。
本文将介绍粒子对撞实验的基本原理、实验设备以及相关的重大发现,以及未来高能实验的发展方向。
1. 粒子对撞实验的基本原理粒子对撞实验是通过将两束高能粒子相互碰撞,观察和分析碰撞产生的粒子产物来研究微观粒子的性质和相互作用。
这种实验方法源于爱因斯坦的质能等价原理,利用了能量守恒和动量守恒的基本定律。
当两束高能粒子相互碰撞时,它们的能量转化为粒子的质量,从而产生新的粒子。
这些新粒子会以不同的方式衰变或相互作用,散射到不同的方向。
通过在碰撞点附近布置探测器,科学家可以测量和记录碰撞产生的粒子的性质和运动信息。
2. 实验设备及方法为了实现高能粒子的对撞,科学家们建造了一系列大型加速器和探测器。
加速器通过电场或磁场加速带电粒子,使它们获得足够高的动能。
目前常用的加速器有直线加速器(LINAC)和环形加速器(如同步加速器和强子对撞机)。
对撞过程中,为了准确测量和研究粒子的性质,科学家在碰撞点附近布置大型探测器。
这些探测器包括径迹探测器、能量测量器、强子鉴别器等。
径迹探测器用于测量粒子的轨迹和动量,能量测量器用于测量粒子的能量,而强子鉴别器则用于区分不同类型的粒子。
3. 粒子对撞实验的重大发现通过粒子对撞实验,科学家们取得了许多重要的发现,深刻影响了物理学的发展。
其中最著名的是在欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机(LHC)实验中发现了希格斯玻色子,该发现于2012年荣获诺贝尔物理学奖。
此外,粒子对撞实验还揭示了强相互作用的规律,发现了许多新粒子和共振态,验证了标准模型的有效性,推动了粒子物理学的进一步研究。
这些发现不仅对物理学而言具有重要意义,也有助于人类更好地理解宇宙和生命的起源。
4. 未来高能实验的发展方向随着科技的不断进步,粒子物理学界对于更高能的粒子对撞实验有着更高的期望。
《高能物理研究所》课件

依托实验数据,发表了大量的学术论文,为国际同行提供了有益的参 考和借鉴。
技术创新
在设施与平台建设和运行过程中,研究所取得了一系列技术创新,提 高了我国在高能物理领域的国际竞争力。
人才培养
研究所的设施与平台为我国培养了一大批高能物理学领域的优秀人才 ,为我国高能物理学的发展提供了有力的人才保障。
培养优秀人才
高能物理研究所培养了一大批优秀的物理学家和科研人员,他们不仅在物理学领域取得了卓越的成就,也在其他领域 发挥了重要作用,为人类社会的进步和发展做出了重要贡献。
促进国际交流与合作
高能物理研究所与国际上许多知名的高能物理研究机构建立了长期稳定的合作关系,为国际学术交流和 合作提供了平台和机会,促进了不同国家和地区之间的科技合作和文化交流。
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04 研究所的未来发 展计划
未来发展的目标与战略
目标
成为国际高能物理研究领域的领军者,引领高能物理前沿研究,培养杰出科研 人才。
战略
加强与国际知名高能物理研究机构的合作与交流,提升研究所的国际影响力; 加强原创性基础研究,取得重大科研成果;优化科研评价体系,激发科研创新 活力。
未来发展的重点领域与方向
研究生
研究所招收大量的研究生,他们参 与科研项目、实验操作和学术研究 ,是研究所的重要人才储备。
科研团队的研究成果与贡献
基础研究
社会影响
研究所致力于基础研究,在粒子物理 、核物、天体物理等领域取得了重 要突破,为人类认识自然界的基本规 律做出了贡献。
研究所的科研成果为社会带来了广泛 的影响,如推动相关产业的发展、培 养优秀人才等,对人类社会的发展做 出了积极贡献。
在实验技术与仪器研究领域取 得了一系列重要进展,如开发 了一系列高精度实验仪器和技 术,提高了实验的精度和效率 。
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为什么3代 ? 质量的起源 ?
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当代粒子物理最重要的问题
相互作用和传播粒子
短距作用
长程作用
短距作用
长程作用
传播子是自旋为整数的玻色子
8
当代粒子物理所研究的粒子
- 夸克和轻子 - 传递相互作用的规范玻色子(gauge bosons)
g, , W , Z 0 ,
等反应过程来研究强相互作用的性质。
9
Particle Data Book
• 粒子数据组每逢双年更新出版一本Review of Particle Physics,里面全面收集了全世界粒子物理方面的实验数 据及有关资料。 • 同时出版一本把其中主要内容集中起来的小本的手册 Particle Physics Booklet。 • 这两本资料可以向全世界从事粒子物理工作的同行免 费提供,凡需要的人须要个人直接向粒子数据组索要。 • 要求学会使用这本手册(网页)!
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27 km circumference to accelerate protons to vey close to the speed of light, and produce 40 million collisions per second
27公里环形质子-质子加速器,把 质子加速到接近光速,每秒40兆次 对撞, 设计能量14 TeV ,四个主要 实验:ATLAS, CMS,LHCb, Alice
相对论和量子力学中出现两个物理学常数:光速和普朗克常数
希望选取一个单位制,在这个单位制下上述两个常数 的值可以比较“简单” 自然单位制(Natural Unites)。
在自然单位制中,能量和动量有相同单位,时间和长度有相同单 位, 能量和时间单位互为倒数。
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SI和Natural Units的转换
2013年希格斯粒子发现后,预言的所有粒子已经找到! 解释已知世界的大部分现象 局限性 测量得到中微子质量不为零,与理论不符合 不包括引力 不能解释世界为什么只由正物质组成 不能解释探测到的物质只占宇宙总质量的5%
解决办法:寻找物理学新定律和新粒子,候选者包括超对 称理论,空间额外维度理论等,大型强子对撞机应运而生
The detectors “photograph” the debris
The LHCb experiment 6 Dec 2011 Oxford Department of Physics N.Harnew 17
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四大探测器
ATLAS
CMS
Alice
LHCb
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LHC寻找新物理的两个途径
高能量前沿 ATLAS和CMS实验 寻找对撞直接产生的新粒子
华中师范大学物理学院研究生课程
高能物理实验原理与方法
谢跃红 华中师范大学
关于课程
授课对象:粒子物理和相关专业研究生
课时:45学时 (15周)
考核方式: 平时(50%):课堂讨论、 测验 期末(50%):小论文
内容:粒子探测原理,数据分析方法,典型实验测量举例 方式:讲授和讨论相结合 目标:使实验专业研究生掌握必要的专业知识
高精度前沿 LHCb实验 精确测量圈图性质,探测出现在圈图 中的新粒子
能探测远高于加速器对撞能量的新物理 帮助区分新物理模型,确定耦合常数和相位
(Alice实验是研究重离子碰撞的特别实验)
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高能物理研究的大科学时代
LHCb国际合作组全家福 ATLAS 发现Higgs粒子的论文 3000多个作者,来自34个国家的 178个合作单位。
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微小对象的尺寸和相应观测方法
1 TeV = 103 GeV = 106 MeV = 109 KeV = 1012 eV
研究夸克和轻子等粒子的性质,需要TeV量级以上能量的对 撞机,比如大型强子对撞机
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粒子物理研究的方法
高能粒子碰撞产生出其它粒子,不稳定的中间态粒子衰变到 相对稳定的粒子:e±,m±,±,K±,p±,等,与探测器物质发 生反应,信号被初步挑选并记录
Einstein’s Relativity 基本粒子的运动学特点 • 高速 • 微观 • 产生和湮灭
Relativistic Quantum Quantum Mechanics Field Theory low high
micro
Velocity
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自然单位制
国际单位制(Systém International d’Uniteé, SI) 对描述粒子物 理现象(微观、高速)很不方便,如:
?
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实验室系和质心系
实验室系:以观测者所在的实验室为参照系 质心系:以运动系统的质心为参照系 考虑反应A→B+C中B和C两个粒子组成的系统, 质心系总能量Ecm,也称为B和C的不变质量
其中θ为两粒子运动方向夹角。
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LHC:高能物理研究的最前沿
The LHC accelerator
The LHC accelerator
Electric waves speed particles up Protons bent in a circle under a magnetic field and collide
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华中师范大学LHCb团队负责人、LHCb国际合作物理规划小组成员
参加CEPC项目的预制研究
3Hale Waihona Puke 粒子物理简介4粒子物理研究什么?
粒子物理是关于世界在最微观层次的组成和规律的研究: 组成物质的最基本单元是什么? 主宰世界运转的最根本物理规律是什么? 粒子物理五个基本概念
物质:万物由什么组成, 力和能量:万物如何相互作用,为什么这么作用 时间和空间:万物运转的舞台
CMS实验在费米实验室的远程控制室 LHC的一些数字 位于法国、瑞士边界地下100米 费时20年 60亿瑞士法郎 80个国家的5000名科学家 运行时每天消耗10万美元电费
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中国粒子物理的未来发展
生逢其时,何其幸哉!
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预备知识
需要相对论和量子场论的基本知识
Scale
macro
Newtonian Mechanics
通过用计算机分析碰撞产物可以推测所发生的物理过程,了 解粒子的组成、性质和相互转变机制 【例】LHC上pp对撞产生Higgs粒 子,Higgs可以衰变到一对光子。在 记录的数据中挑选光子对,重建出 Higgs→ 过程的不变质量分布。 CMS和ATLAS实验用这个办法发现 了被称为“上帝粒子”的Higgs粒子
使理论专业学生对实验过程和原理具备基本理解
2
自我介绍
履历
南开大学本科、硕士,高能物理研究所博士
意大利核物理研究院 Research Fellow
欧洲核子研究中心 Scientific Associate 爱丁堡大学资深科学家
华中师范大学教授
研究方向
CP破坏、超标准模型物理的实验探索
研究项目
曾参加BES和Babar实验
- 赋予费米子和规范波色子质量的Higgs 粒子 - 其它尚未发现的基本粒子(?) - 关于复合粒子的研究也是非常重要的内容
p, n, , K , , , , , J / ,
它们本身的性质提供了基本粒子间相互作用的信息 由于“夸克禁闭”,实验上经常通过研究
e p , p p
这个世界的的奇妙之处就是,从我们身边到最遥远的 太空,整个世界都是由有限种类的基本单元组成;而 世间千姿百态的复杂现象都遵循一些非常简明的规律。
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基本粒子
物质的最基本组成单元,“基本”具有与时俱进的意义。 原子 → 质子、中子、电子 → 夸克、轻子 粒子物理永远是科学的最前沿学科!
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当前认为的基本粒子:夸克和轻子
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高能对撞机的能量和发现
发现Higgs 发现底夸克和顶 夸克 发现W±,Z0 新物理?
证明只有三代轻子 发现胶子
PEP II, KEKB
发现粲夸克、t轻子
发现夸克
发现B0 CP破坏 发现B0介子震荡
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粒子物理现状
标准模型:目前描写基本粒子和相互作用的比较成熟的理论, 包括电弱统一理论和描写强相互作用的量子色动力学。 有效性