1-0粒子物理和核物理实验

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1、粒子物理和核物理实验（1）胡涛高能物理研究所Tel：83054662email:hut@ihep.ac.cn本课主要内容以核物理与粒子物理实验为背景，介绍各种探测器的基本概念和基础知识，包括：微观粒子与物质的相互作用和它们的探测原理。介绍各种微观粒子探测器：气体探测器、半导体探测器、闪烁探测器、契伦柯夫探测器、气体多丝室、各种径迹探测器、粒子探测系统、各种磁谱仪（高能磁谱仪和重离子磁谱仪）等的基本结构、工作原理、主要特性、种类和应用等。粒子探测器的统计性质和实验数据处理知识将在粒子物理和核物理实验（2）介绍学习目的和意义培养掌握各种粒子探测技术的专门人才。了解掌握粒子与

2、物质相互作用的物理过程和基本规律，会使用各种探测器。掌握粒子测试系统的原理及组建。掌握大型高能粒子探测谱仪的构成和工作原理。会设计研发新的粒子探测器。基本要求及评分标准基本要求：掌握核与粒子物理实验的基本概念，掌握粒子与物质相互作用的基本规律，各种粒子被探测的基本原理。根据实验要求，会选择粒子探测器。确定采用的探测方法和技术，设计粒子探测系统，并给出探测系统原理方框图。评分标准平时作业30%期末考试（闭卷）70%参考书目和学术刊物谢一冈等著：《粒子探测器与数据获取》，教育出版社，北京2003唐孝威主编：《粒子物理实验方法》，人民教育出版社，北京1982李金编著：《现代辐

3、射与粒子探测学讲义》NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchA高能物理与核物理核电子学与探测技术“小宇宙”和“大宇宙”人类对两个极限尺度的物质世界—“小宇宙”和“大宇宙”—不断认识的历史是人类文明发展史的重要组成部分。作为物质结构的“小宇宙”，两千多年前就有了古希腊哲学家德谟克里特的朴素原子论。德谟克利特等根据有关各种自然现象的思辩性的考虑，提出了原子论的想法试图以之来阐明宇宙见形形色色的自然现象。他们认为：宇宙间存在一种或多种微小的实体，叫做“原子”（现在欧洲各国文字中的“原子”都来源于希腊文“atomos”，是“不可

4、分割”的意思），这些原子在虚空中运动着，并可以按照各种不同的方式互相结合或重新分散。虽然在这种意义上的原子论远远不是人们今天所了解的严密的科学理论，但它与现代科学的结论比较吻合。“小宇宙”和“大宇宙”近百年来，人类的认识逐渐达到原子、原子核、核子、夸克这几个层次，对其观测的尺度已从10-8到10-15厘米。作为人类周围星体世界的大宇宙，从太阳系、银河系、直到河外系，人们观测的尺度已大到6×107光年距离。在地球上观察到宇宙中存在高能基本粒子，也包括能量范围极宽的电磁辐射光子，其能量由10-4电子伏特（宇宙背景辐射）到1020电子伏特的硬γ射线，而可见光光子只在大约1.6

5、-3.2电子伏特的很小的一段范围内。宇宙本身已逐步成为研究粒子物理的实验室。人类对无限小和无限大世界的研究也已经逐步有机地结合起来。客体尺度与观测手段粒子探测器我们生活的宏观世界被大量的微观粒子所包围：来自地球表面的各种放射性，如40K、232Th、235U来自宇宙（太阳、银河系）的宇宙线（、）来自加速器和人工放射源的各种能量、不同种类的粒子和射线为了测量粒子和射线的基本性质，研究这些粒子之间的相互作用以及它们与宏观物质的相互作用为了将这些粒子与射线作为微小的探针来研究微观和亚微观结构，如：晶体结构、物质的表面结构、分子原子及核结构等为了通过这些粒子或射线来研究我们

6、达不到的各种天体，如地球的深处、太阳的内部、月亮或银河以外、更遥远的天体为了使粒子和射线在工业、农业、矿山、地质、医疗、环保、航天等领域被广泛地应用，不可替代地获得对宏观物质的形态、结构、成分的测量和研究发明和发展了各种辐射和粒子探测器，并由此产生了新的学科、新的技术、新的产业。粒子物理实验粒子物理实验包括：粒子源（加速器/对撞机，宇宙线）探测器探测器本体（前端、后端）电子学数据分析粒子探测器的发展史高能物理实验研究需要粒子加速器和探测器及其它设备。加速器将微小带电粒子加速到非常高的能量，速度接近光速，然后打到固定的靶上或彼此对撞，以研究物质深层次的结构。探测器用来探测

7、碰撞产生的微小粒子，记录各种信息，如粒子径迹、衰变产物、飞行时间、粒子动量、能量、质量等。粒子探测器的发展史正是人类对物质世界的认识不断深化和实验同理论不断相互促进的历史。1590年和1609年先后出现的显微镜和望远镜使人们得以在两个尺度方面超出了肉眼范围，它们正是人类首先使用的可见光探测器，它们开始使人类对“小宇宙”和大宇宙的探索逐步走上现代实验科学的轨道。1895年德国物理学家伦琴在无可见光条件下发现胶片感光从而发现X射线和1896年法国物理学家贝克勒尔由钾铀硫酸盐使感光片变黑的现象发现了β射线可以作为粒子探测器历史的开端。粒子探测器