粒子物理与对称性
粒子物理学中的对称性破缺研究
粒子物理学中的对称性破缺研究粒子物理学是研究宇宙中最基本物质构成及其相互作用规律的学科。
其中，对称性破缺是一个重要的问题，它揭示了自然界运行的规律和现象。
在物理学中，对称性是一种重要的概念。
简单来说，对称性指的是在变换下具有不变性。
而自然界的基本相互作用所满足的对称性直接指导了物质的性质和现象。
然而，在一些情况下，对称性并不成立，这就是对称性破缺的现象。
对称性破缺可以分为两类：连续对称性破缺和离散对称性破缺。
连续对称性破缺指的是系统的对称性在某个参数值附近由连续变为离散，而离散对称性破缺则是指系统的对称性在某个参数值附近由完全保持变为局部保持。
对称性破缺的研究对于理解自然界的基本规律和物质的性质具有重要意义。
一方面，它可以解释为何在我们周围的世界中存在不同种类的粒子和相互作用。
例如，在电弱相互作用中，对称性的破缺导致了带电粒子和无质量的光子的存在。
另一方面，对称性破缺也探索了宇宙起源的奥秘。
根据大爆炸理论，宇宙的对称性在初始时刻是完全的。
然而，随着宇宙的演化，对称性破缺发生，从而产生了各种不同的物质和粒子。
对称性破缺的研究方法主要包括实验观测和理论模型。
实验观测通常采用粒子加速器和探测器等设备，通过粒子碰撞和衰变等过程来研究对称性破缺的现象。
例如，大型强子对撞机（LHC）就是目前我们最先进的加速器之一，它的主要目标之一就是寻找希格斯玻色子，这是对称性破缺的重要预言。
另一方面，理论模型通过发展数学框架来描述对称性破缺的机制和规律。
例如，希格斯机制是描述电弱对称性破缺的重要理论模型。
不仅在粒子物理学中，对称性破缺也在其他领域有广泛的应用和影响。
例如，在凝聚态物理领域中，对称性破缺研究揭示了物质中的新奇物态，如超导、铁磁等。
此外，在高能物理和宇宙学、量子场论等领域，对称性破缺的研究也为我们认识自然界的基本规律提供了重要线索。
总之，粒子物理学中的对称性破缺研究是一个重要的课题，它不仅有助于我们深入理解自然界的基本规律和物质的性质，还可以为科学技术的发展和人类社会的进步提供新的思路和方向。
粒子物理中的各种对称性及其应用
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０ 引言
粒子 物理是 现代科 学发展 的前沿 ． 而物理 学最 基 本 的原 理是对称 原理 ， 它包括 广义 守恒原理 和对 称性破 缺 ． 政 道讨 论 了 粒 子 物 理 中的 许 多 对 李 称性 Ｊ 如 Ｂ ｓ— ｉｓ ｉ ， ｏｅＥｎｔ ｎ和 Ｆ ｒ ｉ ｉ ｃ统 计 中 的 ｅ ｅｍ ． ｒ Ｄａ 置换对 称性 、 宇称 、 反粒 子 共 轭及 各 种 幺正 对称 正
信 阳师范学 院学报 ： 自然科学版
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ａ ｇ Ｎ ｒ ｌＵｎｖ ｒｉ ｏ ｒ ａ ｆ Ｘｉ ｙ ｎ ｏ ｍａ ｉｅ ｓ ｙ ｔ
第２ ３卷 第 １ 期
２１ ００年 １ 月
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粒子物理学中的基本粒子和对称性研究
粒子物理学中的基本粒子和对称性研究粒子物理学是研究物质的最基本组成部分的学科，其中对基本粒子以及对称性的研究是其核心内容之一。
本文将介绍粒子物理学中的基本粒子概念和对称性的研究。
一、基本粒子的概念基本粒子是构成物质世界的最基本单位，它们是无法再被分割的。
基本粒子分为两类：强子和轻子。
1. 强子强子是由夸克组成的。
夸克是一种基本粒子，它有六种不同的“味道”：上夸克、下夸克、奇夸克、反上夸克、反下夸克和反奇夸克。
夸克之间通过强力相互作用结合在一起，形成强子，例如质子和中子。
2. 轻子轻子是构成物质的另一类基本粒子，它包括电子、μ子和τ子，以及它们对应的中微子。
这些轻子不参与强力相互作用，它们之间通过电磁力和弱力相互作用联系在一起。
二、对称性的研究对称性在粒子物理学中起着重要的作用，它揭示了自然界的基本规律。
以下介绍几种常见的对称性。
1. 洛伦兹对称性洛伦兹对称性是指物理规律在不同的参考系下保持不变。
例如，在相对论中，时间和空间的变换可以保证物理定律的不变性。
这一对称性揭示了物质和能量的统一性。
2. 规范对称性规范对称性是指在物理理论中，对场进行局域变换不改变物理定律。
例如，电磁力的规范对称性是指在电磁相互作用中，调整电磁势场的规范不影响物理现象的描述。
3. CP对称性CP对称性是指在物理系统中，将所有的粒子替换为它们的反粒子，并同时反转空间的方向和时间的流逝，不改变物理过程的性质。
这一对称性揭示了粒子与反粒子之间的基本对称性。
三、基本粒子和对称性的研究意义对基本粒子的研究可以帮助我们理解物质的本质以及宇宙的起源和演化。
通过对基本粒子的性质和相互作用的研究，我们可以深入探索物质世界的奥秘。
对称性的研究则可以揭示自然界的基本规律和对称原理。
通过对对称性的分析，我们可以构建出更加完善的理论模型，并预测新的物理现象。
总结粒子物理学中的基本粒子和对称性研究是非常重要的。
通过对基本粒子的研究，我们可以更好地认识物质的本质和宇宙的演化。
物理学中的对称性与守恒定律
物理学中的对称性与守恒定律对称性和守恒定律是物理学中的基本概念，它们在理解和解释自然界中各种物理现象和规律中起着重要作用。
本文将探讨物理学中的对称性和守恒定律，并探讨它们之间的密切关系。
一、对称性在物理学中的意义对称性是物理学中的重要概念，它描述了物理系统在某些变换下保持不变的性质。
在物理学中，对称性可以分为时空对称性和内禀对称性两种。
1. 时空对称性时空对称性是指物理系统在时空变换下保持不变。
在相对论物理学中，洛伦兹变换是描述时空变换的数学工具。
根据洛伦兹变换的不同类型，物理系统可以表现出平移对称性、旋转对称性和洛伦兹对称性等。
平移对称性是指物理系统在空间位置上的平移不会改变其物理性质。
例如，一个均匀介质中的物理规律在空间中的任何位置都是相同的。
旋转对称性是指物理系统在空间方向的旋转下保持不变。
例如，地球的自转周期不会影响物理规律的成立。
洛伦兹对称性是指物理系统在洛伦兹变换下保持不变，包括时间和空间的坐标变换。
相对论物理学中的基本原理就是洛伦兹对称性。
2. 内禀对称性内禀对称性是指物理系统在内部变换下保持不变。
在粒子物理学中，内禀对称性描述了粒子的基本性质。
例如，电荷共轭对称性指粒子与其反粒子具有相同的物理性质。
对称性在物理学中具有广泛的应用。
它不仅可以用于解释物理定律的成因，还可以帮助物理学家发现新的规律和预测新的物理现象。
二、守恒定律与对称性的关系守恒定律是物理学中的基本定律，描述了物理系统在某些变换下某个物理量保持不变的规律。
守恒定律与对称性之间存在着密切的关系。
以能量守恒定律为例，它描述了物理系统的能量在各种变换下保持不变。
能量守恒定律与时间平移对称性密切相关，即物理规律在时间上的平移不变性保证了能量守恒。
动量守恒定律是另一个重要的守恒定律，它描述了物理系统的总动量在某些变换下保持不变。
动量守恒定律与空间平移对称性密切相关，即物理规律在空间上的平移不变性保证了动量守恒。
角动量守恒定律和电荷守恒定律等也与对称性有着密切的联系。
粒子物理学中的对称性和相互作用
粒子物理学中的对称性和相互作用粒子物理学是研究物质的基本构成和相互作用的科学领域。
在这个领域中，对称性和相互作用是两个核心概念。
它们不仅在理论上对我们理解物质的基本性质起着重要作用，也在实验中得到了广泛的验证和应用。
对称性是自然界中追求平衡的一种表现。
在物理学中，对称性指的是某个物理系统在变换下保持不变的特性。
对称性是物理定律中的基本原则之一，可以帮助我们理解自然界发生的各种现象。
在粒子物理学中，最著名的对称性是洛伦兹对称性。
它指的是物理定律在洛伦兹变换下保持不变。
洛伦兹变换是关于时间和空间坐标的变换，它描述了物理事件在不同惯性参考系中的描述方式。
洛伦兹对称性的重要性在于它是相对论物理的基石，也是量子场论的关键。
另一个重要的对称性是规范对称性。
规范对称性是一种局域对称性，它描述了相互作用场与粒子的相互作用方式。
根据规范对称性原理，物理定律应该在规范变换下保持不变。
规范对称性的一个具体例子是电磁相互作用中的电荷守恒。
根据电磁规范对称性，电荷在电磁相互作用中是守恒的，这意味着电荷在相互作用过程中既不会产生也不会消失。
相互作用是粒子之间相互影响的一种方式。
在自然界中，粒子通过相互作用来交换能量和动量。
相互作用可以分为四种基本相互作用：强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。
这些相互作用描述了基本粒子之间的相互作用方式，是构建物质的基本力量。
强相互作用是粒子物理学中最强大的相互作用力。
它负责将夸克聚合成质子和中子，构成原子核。
强相互作用的理论基础是量子色动力学（QCD），它描述了夸克和胶子的相互作用。
QCD的一个重要特性是渐进自由性，这意味着在极短距离下，夸克和胶子之间的相互作用非常弱，可以近似为自由粒子。
但是在长距离下，强相互作用非常强，使得夸克无法脱离胶子。
电磁相互作用是最为熟悉的相互作用力。
它描述了带电粒子之间的相互作用，包括电荷之间的引力、电磁波的传播等。
电磁相互作用的理论基础是量子电动力学（QED），它是目前精度最高的物理理论之一。
物理学中的对称性原理
物理学中的对称性原理物理学是研究物质、能量和它们之间相互作用的学科，而对称性原理则是物理学中最为基本的一条规律。
对称性原理指出，在自然界中，许多物理现象都与对称性相关，基本上可以归纳为几种对称性：空间对称性、时间对称性、粒子对称性等。
本文将介绍这些对称性及其在物理学中的应用。
空间对称性空间对称性是指三维空间中的物理过程在经过旋转、平移、镜面反射等操作后，物理定律依旧保持不变。
以旋转对称性为例，自然界中的物理过程在经过旋转操作后，不论几度旋转，物理规律都保持不变。
例如，一个自转着的天体，无论自转轴怎样旋转，自转速度都保持不变。
旋转对称性也是描述物体角动量守恒的重要原理之一。
时间对称性时间对称性是指自然界中的物理过程在经过时间反演操作后，物理定律仍然保持不变。
这个原理在物理学中有重要的应用，例如，在实验室中进行的物理实验与在天文观测中观测到的物理现象，经过时间反演操作后，物理规律都保持不变。
另外，时间对称性也是研究物理过程的稳定性和不稳定性的基础。
粒子对称性粒子对称性是指自然界中的基本粒子都具有某种对称性。
例如，电子和正电子的基本物理量完全相同，但它们的电量和质量互为相反数，这种对称性称为电荷共轭对称性。
这个原理也可以解释为物理定律关于粒子和它们的反粒子具有相同的对称性。
粒子对称性在研究基本粒子物理学中有重要的应用，例如，粒子对称性异常破缺现象可以解释基本粒子间的相互作用。
对称性原理的应用对称性原理在物理学中的应用非常广泛。
例如，它可以解释光子不具有电荷和磁荷的原因，以及在标准模型中解释基本粒子种类的数量和它们之间的相互作用。
在物理学中，对称性原理往往是推导新理论的重要起点，新理论应该符合对称性原理，从而向实验和观测提出了新的挑战和测试。
除此之外，对称性原理还在宇宙学和天体物理学中应用广泛。
它可以帮助人们理解宇宙的演化历史，解释黑洞中的物理现象，以及探究暗物质的性质。
结语对称性原理是物理学的基本规律之一，它描述了自然现象中的对称性和不对称性。
粒子物理学中的对称性与守恒定律
粒子物理学中的对称性与守恒定律粒子物理学是研究物质的最基本组成部分和相互作用的学科。
在这个领域中，对称性与守恒定律是非常重要的概念。
对称性指的是在某种变换下，系统的性质保持不变；而守恒定律则是指物理量在时间和空间上的变化率为零。
一、对称性在粒子物理中的重要性对称性是粒子物理学中一项基本原则。
根据量子力学和相对论的理论基础，我们知道，自然界的基本定律应该具有某种形式的对称性。
首先是空间对称性，即物理系统的性质在空间位置的变换下保持不变。
例如，相对论性量子场论中的拉格朗日量具有洛伦兹对称性，这意味着在任何洛伦兹变换下，物理定律保持不变。
其次是时间对称性，即物理系统的性质在时间演化的过程中保持不变。
例如，量子力学中的薛定谔方程描述的系统具有时间反演对称性，即系统在时间反演下的演化与正常的时间演化完全一致。
还有内禀对称性，即系统在某种内部变换下保持不变。
例如，电荷守恒定律是电荷在整个物理过程中都保持不变的内禀对称性。
二、粒子物理中的守恒定律在粒子物理学中，守恒定律描述了一系列重要的物理量在物理过程中的守恒。
这些守恒定律为粒子物理学的研究和实验提供了重要的基础。
首先是能量守恒定律。
能量是物理过程中最基本的物理量之一，根据能量守恒定律，能量在物理过程中总是守恒的。
例如，在粒子碰撞实验中，总能量守恒可以用来解释反应产物的能量分布。
其次是动量守恒定律。
动量是描述物体运动状态的物理量，根据动量守恒定律，系统中所有粒子的总动量在物理过程中保持不变。
例如，在高能碰撞实验中，通过测量反应产物的动量可以对碰撞发生前的粒子进行研究。
还有角动量守恒定律和电荷守恒定律。
角动量守恒定律描述了系统中所有粒子的总角动量在物理过程中保持不变，而电荷守恒定律描述了系统中电荷的总量保持不变。
这些守恒定律在研究物质的性质和相互作用时起着至关重要的作用。
三、对称性与守恒定律的关系对称性与守恒定律之间存在密切的关系。
根据诺特定理，守恒定律可以由系统的对称性得出。
粒子物理学中的对称性破缺
粒子物理学中的对称性破缺在粒子物理学中，对称性破缺是一个重要的概念。
对称性破缺指的是系统中存在的一种对称性，在特定条件下被破坏或者部分破坏，从而产生了不同于对称状态的新现象。
对称性在自然界中起着至关重要的作用。
我们所熟知的，物质世界具有各种各样的对称性，例如空间平移对称性、时间平移对称性、洛伦兹对称性等。
这些对称性不仅存在于宏观物体中，也存在于微观粒子之间。
而粒子物理学的研究正是要深入探究这些对称性及其破缺的规律。
对称性破缺的一个经典例子是超导现象。
在超导材料中，当温度降低到超导临界温度以下时，电子与晶格之间的相互作用导致了超导电流的流动，使电阻消失。
这种现象被认为是由电荷U (1) 规范对称性破缺引起的。
除了超导现象，对称性破缺在粒子物理学其他方面也具有重要意义。
例如，在弱相互作用中，质子和中子的内禀对称性——同位旋对称性被破缺了。
这导致了质子和中子的质量不同，以及不同粒子之间的弱相互作用。
在粒子物理学的研究中，对称性破缺的理论框架是标准模型。
标准模型是物理学中关于基本粒子及其相互作用的理论框架，事实上，它是最成功的理论之一。
标准模型从对称性的角度出发，将电磁力、弱力和强力统一在一起，并成功地预言了许多实验结果。
然而，标准模型仍然存在一些问题，例如在引力领域的描述以及暗物质等。
对称性破缺可以为物理学家提供进一步研究的方向。
例如，通过对对称性的破缺进行深入研究，或许能够揭示宇宙起源的奥秘。
研究对称性破缺的过程中，科学家常常使用实验手段来验证理论。
例如，在粒子加速器中，通过高能粒子的碰撞可以产生新的粒子并研究他们的性质。
这样的实验对于理解对称性破缺提供了重要的线索。
除了实验手段，理论物理学家也运用数学的方法来研究对称性破缺。
例如，通过群论的数学工具，可以研究物质之间的对称性及其破缺方式。
数学的精确性可以为物理学家提供严密的推导和计算。
总结而言，在粒子物理学中，对称性破缺是一个重要而复杂的概念。
对称性破缺研究的广泛应用以及其深远的理论意义使其成为一个热门的研究课题。
物理学中的对称性原理
物理学中的对称性原理在物理学中，对称性原理是一项非常重要的基础理论，它在描述自然界中各种物理现象和规律时起着至关重要的作用。
对称性原理是指在物理学中，系统的性质在某种变换下保持不变的性质。
这种不变性可以帮助我们理解和预测自然界中发生的各种现象，从微观粒子到宏观宇宙，对称性原理都贯穿其中。
一、空间对称性空间对称性是指系统在空间平移、旋转或镜像变换下保持不变的性质。
在物理学中，空间对称性是非常重要的，因为它可以帮助我们理解空间中的各种物理规律。
例如，牛顿定律在空间平移下是不变的，这意味着物体的运动不受空间位置的影响。
另外，电磁场的麦克斯韦方程组也具有空间对称性，这表明电磁场的性质在空间变换下保持不变。
二、时间对称性时间对称性是指系统在时间平移下保持不变的性质。
在经典力学中，牛顿定律具有时间对称性，这意味着物体的运动不受时间的影响。
另外，热力学第二定律也具有时间对称性，这表明热力学系统在时间变换下保持不变。
三、粒子对称性粒子对称性是指系统在粒子变换下保持不变的性质。
在粒子物理学中，粒子对称性是非常重要的，因为它可以帮助我们理解粒子之间的相互作用。
例如，电荷守恒定律表明系统在电荷变换下保持不变，这意味着电荷是守恒的。
另外，弱相互作用的手性对称性也是粒子对称性的一个重要例子。
四、规范对称性规范对称性是指系统在规范变换下保持不变的性质。
在现代物理学中，规范对称性是描述基本相互作用的重要工具。
例如，电磁相互作用和强相互作用都可以通过规范对称性来描述。
规范对称性的破缺可以导致粒子获得质量，从而形成物质的结构。
五、对称性破缺在物理学中，对称性破缺是指系统在某些条件下失去对称性的现象。
对称性破缺可以导致一些新的物理现象的出现，例如超导现象和弱相互作用的手性破缺。
对称性破缺也是现代物理学中一个重要的研究课题，它可以帮助我们理解自然界中复杂的现象和规律。
总结起来，对称性原理在物理学中扮演着非常重要的角色，它帮助我们理解自然界中的各种现象和规律。
物理学中的对称性原理与应用
物理学中的对称性原理与应用引言：在物理学中，对称性原理是一项重要的基本原理，它在多个领域中发挥着重要作用。
本文将探讨对称性原理在物理学中的应用和重要性。
一、对称性原理的基本概念对称性原理是指物理系统在某种变换下保持性质不变的基本原理。
在物理学中存在许多不同类型的对称性，包括空间对称性、时间对称性、粒子对称性等。
这些对称性原理是物理学研究中的重要工具，用于解释观测数据和构建理论模型。
二、空间对称性及其应用1. 轴对称性轴对称性是指物体在某个轴线上的性质保持不变。
在理论物理中，轴对称性在麦克斯韦方程、量子力学和粒子物理学中都有重要应用。
例如，轴对称性被用于解释分子中的电子云密度分布，为化学反应提供理论依据。
2. 镜面对称性镜面对称性是指物体在镜面对称变换下保持性质不变。
镜面对称性在光学中有重要应用，用于描述镜面反射、透射和折射等现象。
此外，在高能物理中，镜面对称性也用于描述粒子的反对称性。
三、时间对称性及其应用1. 时间反演对称性时间反演对称性是指物理系统在时间反演变换下保持性质不变。
这一原理在统计物理中扮演着重要角色，用于解释系统热力学性质和传导过程。
例如，在热力学中，时间反演对称性可用于推导出热平衡态下的熵增原理。
2. 粒子-反粒子对称性粒子-反粒子对称性是指粒子和反粒子在物理性质上具有相同的对称性。
这一对称性在粒子物理学中有广泛应用，特别是在反物质研究中。
例如，正电子是电子的反粒子，它们在物理性质上具有相同的对称性。
四、粒子对称性及其应用1. 电荷守恒和电荷共轭对称性电荷守恒和电荷共轭对称性是指物理过程中总电荷量守恒和粒子与反粒子之间的对称性。
这些对称性在粒子物理学中有广泛应用，例如，它们被用于解释弱相互作用中的荷和流的变换。
2. 弱相互作用和CP对称性弱相互作用和CP对称性是指物理系统在弱相互作用和同时时间反演、空间反演以及粒子反粒子转换下的对称性。
这些对称性在粒子物理学中的重要性不言而喻，例如，它们解释了中微子振荡现象，揭示了物理学中的重要谜题。
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整体对称性 守恒定律
对称性 旋转对称性 空间平移对称性 守恒定律 角动对称性 相互作用
定域对称性
相互作用
U（1），电荷 电磁相互作用
SU（2），弱荷 弱相互作用* SU（3），色荷 强相互作用
§ 1.5 粒子与天体、宇宙
• 宇宙大爆炸、大爆涨、暗物质、暗能量
温度 （K） 1032 1028 能量 （eV） 1028 1024 时间 （秒） 10-44 10-36 时代 Planck时代 大统一时代 暴胀过程 物理过程
10-35,-33 暴胀阶段
表格来自 陆埮教授
1013 1011 1010 5109 109
现代粒子物理与核物理的发展
1895年，放射性： X射线（W.C.Rontgen伦琴） 1896、1898年 天然放射性（A.H. Becquerel贝克勒尔；M. Curie 居里 夫妇 ) 1897年， 电子（J.J. Tohmson汤姆生） 1911年， Rutherford：α散射实验---原子核式结构；R. A. Millikan 油 滴实验 1926年， P.A. Dirac: 相对论量子力学，真空，反粒子 1930年，正电子发现：赵忠尧； 1932年，Anderson（1936年，Nobel Prize) 1932年，中子的发现：Chadwick 1930年，中微子：泡利 Pauli，费米Fermi（理论），王淦昌（实验建 议），莱茵斯（1955年, Nobel Prize） 1935年，介子：汤川秀树 H. Yukawa 1950年代，强子共振态, 200多种 （宇宙线、加速器） 1954年，杨-Mills规范场， W, Z介子, 胶子: 弱、强作用 1957年, 李政道，杨振宁：Nobel Prize, 弱作用宇称不守恒
π 0到双光子的衰变？
问题： 1。更多的粒子怎样产生？ 2。产生出来的粒子怎样分类？ 3。粒子如何安排在基本相互作用决定 的物质结构中？ 4。有无更基本的相互作用？有无新物理？
γ +g q +qbar?
From Huang1992
§ 1.4 自然单位制
• 微观粒子和作用过程的能量尺度小，时间尺度短， 自然单位的表达更方便
/J 200 mb 200 b 10
-14
典型截面： p p ,
p
n,
e n p e,
b
• 所有包含γ的反应都包含电磁相互作用 • 所有包含ν的反应都是弱相互作用 • 所有包含e,μ,τ的反应都是弱或电相互作 用 • 所有的介子最终都衰变成正反电子、中 微子，双光子；除质子外所有重子都要 衰变
Dark Matter 23%
从宇宙大爆炸到黑洞形成
10-10--100 s
质子
自然界的能源来自质子的“燃烧”！
Proton neutron
After 1 Billion years
中子
中子星(R~10km) 黑洞
§ 2.经典和量子的对称性原理
§2.1 对称性与守恒律，诺特（Noether）定理
§ 1.3 相互作用
From Huang1992
四种相互作用
一些例子
以交换虚粒子实现相互作用 • A) 力程
测不准关系 电磁作用为 ΔE Δt ~ , 估 计计力 l c t ~ /mc : 康普 顿 波长 6 10 - 22 MeV s 1.414fm ； 核力交 换 π ， /mc
3
109 107 106 5105 105
10-6 10-2 1 5
强子时代 轻子时代 中微子脱耦 电子对湮灭 中微子脱耦 电子对湮灭 轻核素生成
3分
核合成时 代
什么是暗物质与暗能量？
―Normal Matter‖ 4%
Dark Energy 73%
它 们 与 大 质 量 天 体 有 何 关 系 ？
地球实验室
• 加速器 1932年，高压加速器，质子 0.7MeV 1939年，回旋加速器，质子 20MeV 1946年，稳相加速器（变电场）， 190MeV 1953年，质子同步加速器（变磁 场），23GeV 现有著名加速器，高真空，强流， 超导强磁
右图：张闯，漫谈对撞机，《现代 物理知识》2007年第二期
• • • • •
1964年，M. Gell-Mann 强子结构的夸克模型 1967年，S. Wemberg, A.Salam, S.L. Glashow, 弱电统一理论，W，Z波色 子 1983年，西欧核子中心（CERN）发现W，Z波色子 1970年代，量子色动力学（QCD） 亚夸克，前子（Preon），毛子(Maon,1977 Glashow基于Onion-layer straton model的提议) ？ 公孙龙：一尺之棰，日取其半，万世不竭
§ 1.基本粒子简介
§ 1.1 发展简史
• 物质的基本单元和基本结构的思辨探索 • 殷（前1600年）周（前1027）时期的古代五行说，金木 水火土 • 战国 墨子：“端”是无同也，莫能破 • 古印度：风火水土，四大皆空 • 古希腊：恩培多克勒（约公元前490~430）柏拉图（公元 前427~347） 水、气、火、土四元素。 • 古希腊：德谟克利特（前四世纪），原子 • 近代：1807年道尔顿， 提出原子论 • 1869年 门捷列夫， 元素周期律
*SU(2) 对称性首先是杨-Mills规范场中引入 以研究强相互作用的同位旋对称性的，见 C.N.Yang and ls, Phys.Rev. 96,191(1954).
• 以上是连续对称性 • 分立对称性： 空间反演（P），时间反演（T），电荷共轭 （C）——正反粒子 守恒律的明显破坏，如弱作用的宇称不守恒、电荷 共轭对称破坏等；与自发破缺的关系？ 对称性的自发破缺（物理真空不对称引起）——规 范、手征对称性的破缺，这里有一个Goldstone定 理——J. Goldstone, Nuovo Cimento, 19,154(1961)； 还有一个Higgs机制。
§ 1.2 粒子分类
• 轻子 , , ； e,μ,τ; 及其反粒子 • 强子 a) 重子： p , n , , , , , , 重子八重态 ; 共振态 b) 介子： , , , , , , , , K , K , K , K , D , D , D 规范波色子
138MeV/c 0 - 15 弱作用交 换 W ， Z ， /mc ~ 10 cm.
B) 衰变寿命
强相互作用 : l c
0
~
10 10
13
cm
10
10
- 23
s
cm / s
-10
能量宽度 ~ / ~ 60MeV 弱相互作用： W , Z , ~ 10 s, 粒子速度 v ~ c/10, 气泡室径迹 l c / 10 0 . 3 cm
粒子物理与对称性
主讲：蒋维洲
讲座: 吕准、周海清、周智勇、王雷
参考资料
[1]L.Ryder, Elementary particles and symmetries (粒子物理与对称 性，宋孝同等译） [2]W.M. Gibson, B.R.Pollard,Symmetry principles in elementary particle physics,（基本粒子物理学中的对称性原理， 丁里译） [3]李政道，场论与粒子物理,1979 [4]黄克孙，夸克、轻子与规范场,1982 [5]许咨宗，课件：粒子物理中的守恒定律（中科大） [6]戴又善，粒子物理讲义（浙大） [6] R. Casalbuoni , Quantum Field Theory,(1997) [7]来自Wikipedia的资料 [9]郑恒阳，粒子物理中的对称性和对称性破缺（山大，PPT报告） [10]陆埮,罗辽复,物质探微 从电子到夸克,(2005,科普读物)
2 4
( 2 ) ( p f p i )V
| M fi |
f
2
2 E iV 2 E f V
其中 M fi 是不变振幅，比如
寿命 ~ 1/ 几率 , 衰变宽度 碰撞过程（初态 微分截面 d
fi
i
w
f
fi
2 粒子），入射粒子的相 dw
fi
对流强 J n | v1 v 2 |
• 高能物理实验 宇宙线：其中包括约87%质子，
12%α 粒子（氦核子），其余大 部分是原子核、电子、γ 射线 以及超高能中微子也构成一小 部分宇宙射线。右图来自 Wikipedia。 中国：云南落雪山 3180米云室， 在川3222米 大型磁云室；西藏 甘巴拉山5500米，高山乳胶室， 羊八井4300米，国际宇宙线观 测站（中日、中意）；高空热 气球，卫星（AMS，东南大学）
e
0 0
0 0 0 0 0
0
, B ...
光子（电磁），
g 胶子（强相互作用），
W ， Z（弱相互作用）
0
Higgs粒子 ?
共振态
右图：Kerson Huang, Quarks， Leptons & Gauge Fields, p5 (1992, World Scientific Publishing), Denoted as Huang1992 later on.
试判断下列过程能否发
生 ,
n p ,
,
n p , n , n p ,
ee e
§ 2.3 经典力学中的对称性
1。空间平移不变性， 即空间位置不可测量， 动量守恒 1）以二粒子系统为例 V ( r1 , r2 ) ，平移为a 相互作用势能