粒子物理学 pdf
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粒子物理-北京大学物理学院
������1 = ������6 , ������2 = ������5 , ������3 = ������4 , ������7 = ������8 = ������9 = ������10
共四个独立截面
进一步的限制
➢ 散射截面正比于跃迁振幅的模方：
������ 1 = ������3/2 , 1 ������ 2 = (������3/2 + 2������1/2 ), 3 1 ������ 3 = (2������3/2 + ������1/2 ), 3 2 ������ 7 = (������3/2 − ������1/2 ) 3
➢ 实验结果：������ = 1.44
近阈放大效应
➢ ������������+ = ������������− = 493.677 ± 0.016������������������ ， ������������0 = ������������ ഥ 0 = 497.614 ± 0.024������������������
➢ 强相互作用规律分析可以衰变，������ → ������ + + ഥ 0 末态 ������ − 或������ → ������ 0 + ������
➢ 同位旋守恒要求两衰变道的振幅相等 ഥ 0 的质量均相等，则相空 ➢ 如果������ + , ������ − , ������ 0 , ������ 间也相同，可推断两种衰变分支比也相等
➢ 同位旋把不同电荷的粒子统一起来，可以规定������3 的本征态为电荷取确定值的态，同一同位旋多重 态内不同������3 本征值的改变等于电荷的子的自旋：在某方向的投影取不同值， 是该粒子的不同运动状态 ➢ 粒子的同位旋：同一同位旋多重态中������3 取不 同的值可以看做该粒子的不同带电状态
共四个独立截面
进一步的限制
➢ 散射截面正比于跃迁振幅的模方：
������ 1 = ������3/2 , 1 ������ 2 = (������3/2 + 2������1/2 ), 3 1 ������ 3 = (2������3/2 + ������1/2 ), 3 2 ������ 7 = (������3/2 − ������1/2 ) 3
➢ 实验结果：������ = 1.44
近阈放大效应
➢ ������������+ = ������������− = 493.677 ± 0.016������������������ ， ������������0 = ������������ ഥ 0 = 497.614 ± 0.024������������������
➢ 强相互作用规律分析可以衰变，������ → ������ + + ഥ 0 末态 ������ − 或������ → ������ 0 + ������
➢ 同位旋守恒要求两衰变道的振幅相等 ഥ 0 的质量均相等，则相空 ➢ 如果������ + , ������ − , ������ 0 , ������ 间也相同，可推断两种衰变分支比也相等
➢ 同位旋把不同电荷的粒子统一起来，可以规定������3 的本征态为电荷取确定值的态，同一同位旋多重 态内不同������3 本征值的改变等于电荷的子的自旋：在某方向的投影取不同值， 是该粒子的不同运动状态 ➢ 粒子的同位旋：同一同位旋多重态中������3 取不 同的值可以看做该粒子的不同带电状态
粒子物理学及其应用PPT课件
理论的统一，以解决当前物理学面临的基本问题。
发展更精确的实验技术和方法
升级和建设高能物理实验设施
为了探测更小的粒子和更弱的相互作用力，需要更高的实验能量和更精确的探测器技术。 未来的研究将致力于升级和建设更先进的高能物理实验设施，以提高实验的精度和灵敏度 。
发展新的实验方法和数据分析技术
随着技术的发展和数据的积累，需要发展新的实验方法和数据分析技术，以更有效地提取 实验数据中的有用信息，并提高实验结果的可靠性和精确度。
量子场论是描述微观粒子（如电子、光子、夸克等）行为的物理学理论框架。 它基于量子力学和狭义相对论，通过引入场的概念，描述了粒子之间的相互作 用。
相对论
相对论是爱因斯坦提出的经典理论，包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对 论解释了没有引力作用的时空观念，而广义相对论则描述了引力的本质是由物 质引起的时空弯曲。
利用粒子物理学原理，研究核聚变和 核裂变等新能源技术。
医学影像技术
利用粒子物理学原理，发展医学影像 技术和放射治疗技术。
粒子物理学与其他学科的交叉研究
宇宙学
研究宇宙起源、演化等问题的学 科，与粒子物理学在基本理论和
实验技术上有很多交叉。
生物学
研究生物大分子的结构和功能，与 粒子物理学在蛋白质结构和药物设 计等方面有交叉。
实验方法包括散射实验、衰变实验、对撞机实验等，这些实 验方法为粒子物理学的发展提供了重要的实验证据和理论支 持。
基本粒子及其性质
02
物质粒子和传播子
物质粒子
物质粒子是组成物质的基本单位 ，包括电子、质子、中子等。它 们具有电荷和质量，是构成原子 和分子的基础。
传播子
传播子是传递力的粒子，如光子 、介子和胶子等。它们负责传递 电磁力、强核力和弱核力等基本 相互作用力。
粒子物理学
粒子物理学为本词条添加义项名粒子物理学，又称高能物理学，它是研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。
10本词条无基本信息模块, 欢迎各位编辑词条，额外获取10个积分。
目录1学科简介2学科分类3理论分析4发展阶段5黑格斯粒子的实验证据6第四种和第五种夸克7轻子的新发现8电弱统一理论的建立9粒子物理的前景展开1学科简介2学科分类3理论分析4发展阶段4.1第一阶段（1897～1937）4.2第二阶段（1937～1964）4.3第三阶段（1964～）5黑格斯粒子的实验证据6第四种和第五种夸克7轻子的新发现8电弱统一理论的建立9粒子物理的前景粒子物理学1学科简介粒子物理学particle physics研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。
又称高能物理学。
粒子物理学2学科分类粒子物理学专门研究组成物质和射线的基本粒子，以及它们之间的相互作用。
由于在大自然的一般条件下，许多基本粒子不存在或不单独出现，物理学家使用粒子加速器，试图复制粒子高能碰撞的机制，从而生产和侦测这些基本粒子，因此粒子物理学也被称为高能物理学。
标准模型可以正确地描述基本粒子之间的相互作用。
这模型能够计算12种已知的粒子（夸克和轻子），彼此之间以强力、弱力、电磁力或引力作用于对方。
这些粒子会互相交换规范玻色子（分别为胶子、光子、W 及Z 玻色子）。
标准模型还预测了希格斯玻色子的存在。
截至2010年，使用费米实验室的垓电子伏特加速器和欧洲核子研究组织的大型强子对撞机，实验者仍旧在努力地寻找希格斯玻色子的来踪去迹。
粒子物理学在实验上把已经发现的粒子分为两大类。
一类是不参与强相互作用的粒子，统称为轻子。
另一类是参与强相互作用的粒子统称为强子。
已经发现的数百种粒子中绝大部分是强子。
3理论分析实验发现，强子也具有内部结构。
粒子物理学基础
原子的有核结构
1911年汤姆逊的学生卢瑟福确立了原子 的有核结构 1913年卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔 建立了量子的原子结构模型 1919提出了原子核内存在中子的设想 1932年查德威克确认了中子n的存在
物质的层次结构
基本粒子的性质
质子和中子的大小约为1个费米 质 子 的 质 量 为 938.3MeV ， 中 子 为 939.6MeV, 电子为0.511MeV 质子和中子称为重子, 电子称为轻子 质子的寿命长于亿亿亿亿年,自由中子的 寿命却只有877秒，中子会衰变成质子、 电子和一个新粒子——反中微子. 这是否预示着质子、中子内部还有结构？
四种基本相互作用力
对象 电磁力 带电粒子间 引力 强力 万物 强子 强度 10-2 10-40 1 10-5 范围 ∞ ∞ 10-15米 10-18米 交换粒子 γ(光子) G (引力子) g (胶子) w±,z0
弱力 有轻子参与
非直接、 非直接、即时相互作用
量子场论
描述物理世界的基本语言 量子力学 狭义相对论
粒子物理学基础
王 淦 昌 先 生
李 文 铸 先 生
汪 容 先 生
王凎昌先生和汪容先生
粒子物理学
物质的基本组成 物质间的基本相互作用 物质运动的基本规律
二十世纪的主要成就
相对论与时空观念 狭义相对论,高速运动粒子 广义相对论,引力理论，宇宙学 量子力学 波粒二象性,微观粒子 量子场论 描述物理世界的基本语言 标准模型 物质的基本组成和基本相互作用
牛顿力学
时间，空间 点粒子：位置，速度，加速度 牛顿定律 惯性 作用与反作用
F =m a
一个伟大的发现：
mm2 1 F = −k 2 r
相对性原理与Galilean变换
中国科技大学 核与粒子物理导论 第一章.pdf
16核与粒子物理导论锕系
227 89 235 92
Ac ( T1 2 = 7.04 ×108 年)
A = 0.720
α 231 U → 90Th
231 91
α 227 α 223 Pa → → 89 Ac 87 Fr
227 90
α 223 α 219 α 215 α 211 Th → → → → 88 Ra 86 Rn 84 Po 82 Pb
I (β − ) = A
而其 γ 放射性强度
I (γ ) = 2 A
4. 递次衰变和分支衰变 一种核素 1 以衰变常数 λ1 衰变，到达子体核素 2 。核素 2 又以衰变常数 λ 2 发生衰变到达
13
第一章 粒子束的获得
子体核素 3 。核素 3 再继续下去，构成如下的衰变链，
λ1 λ2 λ3 λn (1) N10 →(2) N20 = 0 →(3) N30 =0 →" (n) N n 0 = 0 →"
2. 放射性衰变的基本规律 放射性核素的数目随时间的衰减服从指数规律：
N (t ) = N 0 e − λt
(1.1)
N (t ) 是在 t 时刻放射性核素的数目。 N 0 为 t = t 0 = 0 时放射性核素的数目。 λ 称为衰变常
数。对(1.1)两边取微分得：
dN = −λ N 0 e − λt dt = −λ N (t )dt dN = λ dt N (t )
113 113
In * 因半衰期短不便
Sn 共存的 113 In * 其活度 λ 2 N 2 按式（1.7）的规律增减。如图(1.2)
所示， t = 0 时刻，母体活度为 A10 ，子体活度 A20 = 0 。随着时间的推移，子体活度开始累
227 89 235 92
Ac ( T1 2 = 7.04 ×108 年)
A = 0.720
α 231 U → 90Th
231 91
α 227 α 223 Pa → → 89 Ac 87 Fr
227 90
α 223 α 219 α 215 α 211 Th → → → → 88 Ra 86 Rn 84 Po 82 Pb
I (β − ) = A
而其 γ 放射性强度
I (γ ) = 2 A
4. 递次衰变和分支衰变 一种核素 1 以衰变常数 λ1 衰变，到达子体核素 2 。核素 2 又以衰变常数 λ 2 发生衰变到达
13
第一章 粒子束的获得
子体核素 3 。核素 3 再继续下去，构成如下的衰变链，
λ1 λ2 λ3 λn (1) N10 →(2) N20 = 0 →(3) N30 =0 →" (n) N n 0 = 0 →"
2. 放射性衰变的基本规律 放射性核素的数目随时间的衰减服从指数规律：
N (t ) = N 0 e − λt
(1.1)
N (t ) 是在 t 时刻放射性核素的数目。 N 0 为 t = t 0 = 0 时放射性核素的数目。 λ 称为衰变常
数。对(1.1)两边取微分得：
dN = −λ N 0 e − λt dt = −λ N (t )dt dN = λ dt N (t )
113 113
In * 因半衰期短不便
Sn 共存的 113 In * 其活度 λ 2 N 2 按式（1.7）的规律增减。如图(1.2)
所示， t = 0 时刻，母体活度为 A10 ，子体活度 A20 = 0 。随着时间的推移，子体活度开始累
粒子物理学导论
阅读感受
《粒子物理学导论》是一本非常优秀的书籍，它以简洁、生动的语言介绍了 粒子物理学的基本概念和最新进展。无论大家是对科学感兴趣的读者，还是希望 深入了解粒子物理学的专业人士，这本书都是一本值得一读的好书。它不仅让我 对粒子物理学有了更深入的理解，也激发了我对这个迷人领域的研究兴趣。
目录分析
目录分析
目录分析
第一章是“粒子物理学的世界”，这一章对粒子物理学进行了总体的介绍， 包括其研究领域、研究方法和研究意义等，为后续深入学习奠定了基础。
目录分析
第二章到第九章，分别从不同的角度详细介绍了粒子物理学的各个方面。其 中，第二章“原子核和放射性”，第三章“粒子的种类和性质”，第四章“量子 力学的基本原理”，第五章“相对论和量子场论”，第六章“基本粒子的标准模 型”，第七章“相对论重离子碰撞和夸克胶子等离子体”，第八章“宇宙粒子和 暗物质”，第九章“粒子探测器和实验技术”，第十章“粒子物理学中的计算机 模拟”。
粒子物理学导论
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
包括
强子
介绍
宇宙
放射性
理论
结构
粒子物 理学
粒子物理 学
粒子
基本概念
物理
导论
原子核
相互作用
基本原理
教材
性质
导论
内容摘要
内容摘要
《粒子物理学导论》是一本介绍粒子物理学基本概念和理论的教材。本书的主要内容涉及粒子的 分类、基本粒子的性质和相互作用、原子核和放射性、强子物理和宇宙中的粒子等。 本书介绍了粒子物理学的概念和基本原理，包括波粒二象性、量子力学的基本原理、狭义相对论 和粒子相互作用的基本理论。接着，本书详细介绍了不同类型的粒子，包括轻子、夸克、胶子、 光子等，并讨论了它们的基本性质和相互作用。本书还介绍了原子核和放射性的基本概念和理论， 包括原子核的结构、原子核衰变和放射性衰变等。 除此之外，本书还介绍了强子物理和宇宙中的粒子的基本概念和理论，包括强子的结构和性质、 宇宙辐射和宇宙中的暗物质等。本书总结了粒子物理学的发展历程和未来发展趋势，并介绍了粒 子物理学在能源、环境和医学等领域的应用。 《粒子物理学导论》是一本全面介绍粒子物理学基本概念和理论的教材，是一本很好的参考书。
粒子物理学：探求微观世界的基本粒子和相互作用
弱子衰变
W玻色子促进核 子衰变
中微子振荡和夸克转换
中微子振荡
不同种类间的变化 验证中微子质量非零
夸克转换
弱相互作用的标志性过程 促进核子衰变
CP破坏
揭示宇宙中的重要现象
弱相互作用和对称性破缺
01 对称性破缺
物质的对称性被打破
02 CP破坏
宇宙中的现象解释框架
03 物质-反物质不对称性
破缺对称性的体现
未来引力的研究方向
超对称引力 理论
新理论探索
引力波的探 测技术
技术革新
弦理论的应 用
理论发展
● 06
第六章 总结与展望
回顾粒子物理学 的发展历程
粒子物理学作为研究 微观世界的学科，经 历了漫长而辉煌的发 展历程。从发现原子 核结构到揭示强弱电 相互作用，科学家们 不断探索，揭开了自 然界的奥秘。
总结
弱相互作用是粒子物理学中的重要内容，通过探 究弱相互作用可以揭示更深层次的物质结构和宇 宙现象。了解W/Z玻色子、中微子振荡等概念， 有助于对粒子物理学的理解和研究。弱相互作用 的对称性破缺现象为我们提供了解释宇宙重要现 象的框架。
● 05
第5章 引力
引力的起源和性质
01 引力是描述物质之间相互吸引的力
粒子物理学：探求微观世界 的基本粒子和相互作用
汇报人：XX
2024年X月
第1章 粒子物理学简介 第2章 基本粒子 第3章 强相互作用 第4章 弱相互作用 第5章 引力 第6章 总结与展望
目录
● 01
第1章 粒子物理学简介
什么是粒子物理 学
粒子物理学是研究物 质的最基本组成部分 和相互作用的科学领 域，包括基本粒子、 强相互作用、弱相互 作用和引力等。通过 高能碰撞实验和理论 模型揭示微观世界的 奥秘。
粒子物理讲义——第一章和第二章
•
轻子：不直接参与强相互作用 的粒子，它们可以直接参与电 磁相互作用和弱相互作用 。现 在发现的轻子共有六种，连同 相应的反粒子共12种，它们的 自旋都是1/2。
⎛ e ⎞ ⎛ μ ⎞ ⎛τ ⎞ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎜ ⎟ , , , ⎜ν ⎟ ⎜ν ⎟ ⎜ν ⎟ ⎝ e⎠ ⎝ μ⎠ ⎝ τ ⎠
•
强子——直接参与强相互作用的粒子．它们又分为两类 ： 介子：自旋为整数，重子数为零的强子； 重子：自旋为半整数，重子数为1的强子．
第五章
电弱统一理论——“标准模型”(Standard Model) 弱相互作用 beta衰变 三代轻子： 轻子的普适性，轻子数守恒 V-A理论 标准模型——电弱统一理论+Higgs机制（质量来源）
主要参考书
1. 章乃森, 《粒子物理学》, 科学出版社, 北京, 1985。 2. 唐孝威等, 《正负电子物理》, 科学出版社, 北京, 1995。 3. 高崇寿，曾谨严，《粒子物理和核物理讲座》，高等教育出版社， 北京，1994。 4. D.H. Perkins, Introduction to High Energy Physics, AddisonWesley Publishing Company Inc, 1972，1982，1987，2000. 5. 高崇寿, 《群论机及其在粒子物理学中的应用》，高等教育出版社， 北京，1992。
π , K , ρ,ω L
p , n, Λ L
• •
现已发现的粒子绝大多数是强子 。 强子也是目前粒子物理研究的重点对象。
•
Higgs粒子——目前尚未被实验观测到。 在电弱统一理论中，为破缺 SU (2) ⊗ U (1) 对称性而人为引入了 Higgs机制。这个机制通过引入基本标量场，成功地解决了规范玻色 子和费米子的质量来源问题，同时预言了基本标量粒子——Higgs粒 子的存在和它的质量。
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粒子物理学 pdf
粒子物理学是一门研究微观粒子的科学领域，其主要内容包括物理现象及其本质，特别是电荷，质量，旋磁量和其他自发子物理学之间的关系。
作为一个跨学科的科学，同理论物理学，实验物理学和应用物理学的研究结合在一起。
它是由微观物理学，原子物理学和核物理学等科学分支形成的一个非常独特的交叉学科。
粒子物理学的研究主要是研究物理的基本结构，如粒子束物理和精确的实验测量，以及制定新的理论，根据现有观测结果来分析新的有趣现象。
因此粒子物理学专注于核物理学和高能物理学，以研究最小的组成成分，如质子，中子，电子，雷子，以及更高能细子之间的相互作用，和最小细子组成大量物质时发生的变化。
粒子物理学不仅与实验和理论物理学有关，而且也是建立和检验基本物理理论的主要手段。
例如，标准模型的细节可以通过实验研究和已知的理论预测来测试。
根据实验和理论预测，粒子物理学可以得出黑洞，时空扭曲，胶体，以及夸克和其他粒子物质的概念来描述物质的动力学特性。
另外，粒子物理学可以应用于现实世界中的科技领域，比如放射学，重离子加速器，粒子探测器，以及粒子显微镜。
在很多研究和技术领域，粒子物理学可以提供一个途径来深入研究和推动发展的重要方法。