汪晓莲粒子探测技术绪论

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1、粒子探测技术主讲：汪晓莲电话：3603764辅导：王驰近代物理楼401、615高能物理实验室2012年9月10日本课主要内容与特点内容：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，粒子探测中的统计规律和实验数据的审查。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、切伦科夫探测器、穿越辐射探测器、粒子探测系统等的基本结构、工作原理、主要特性、种类和应用。特点：技术性强、实践性强理论与实验结合2012/9/12中国科大汪晓莲2学习目

2、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。会设计研发新的粒子探测器。2012/9/12中国科大汪晓莲3学习方法和基本要求学习方法：理论联系实际，认真听课，独立完成作业，认真做好实验。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。2012/9/12中国科大汪

3、晓莲4评分标准和要求平时占30%，根据作业、堂上练习、堂上提问、讨论等综合给分。作业每次留，一周交一次。周一上课交。考试占70%本科生实验单独计分，研究生实验视安排情况而定。实验要求认真预习，写出预习实验报告，合作完成实验，独立完成实验报告。2012/9/12中国科大汪晓莲5主要参考书及有关学术刊物《粒子探测技术》徐克尊等编汪晓莲、李澄、邵明、陈宏芳编，科大出版社《粒子物理实验方法》有关章节，唐孝威院士等编著NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchAAnnu

4、alReviewofNuclearScienceIEEETransactionsNuclearScience中国物理C（高能物理与核物理）核技术核电子学与探测技术2012/9/12中国科大汪晓莲6绪论一、世界是物质的宏观物质与微观粒子（无穷大到无穷小）从1026m到10-18m物质的基本结构：由原子到夸克夸克和轻子是物质的最基本组成2012/9/12中国科大汪晓莲721世纪自然科学研究的三个最重要前沿物宇宙起源与演化生命起源及其本质质基本粒子物理与宇宙学：同步辐射与中子散射:结联合与交叉提供关键的研究手段构

5、物质科学是一切现代科学的基础2012/9/12中国科大汪晓莲8StructureofMatterGalaxy1021mGravitationforcegeneralrelaticivityMatter10-1mDNA10-8mElectromagneticforceQEDElectroweakforceCrystalAtomWeakforce10-9m10-10mStandardmodelAtomnucleus10-14mStrongforceNucleonQCD10-15mElectron<10-18mQuark201

6、2/9/12中国科大汪晓莲91.寻找构成物质世界的基本元素物质无限可分？哲学命题与科学问题的区别同样的问题,近似的理论哲学命题:思辩科学问题:定量(数学),实验粒子物理标准模型:一种能定量描述与解释所有实验现象的理论类似于元素周期表：夸克模型2012/9/12中国科大汪晓莲10StandardModelQeTheStandardModelisthetheorydescribingtheinteractions(strong,electromagneticandweak)2amongelementarypar

7、ticlesElementaryparticlescomeintwovarieties3Fermions(quarks&leptons)andGaugeBosons1301increasinginmassTheelectroweaksymmetryrequiresparticlestobemasslessmustbebroken2012/9/12中国科大汪晓莲11SMisagaugetheorywithsymmetrygroupsSU(3)CSU(2)LU(1)Y2.物质之间的相互作用物质之间已知的相互作用

8、引力相互作用长程力，与作用距离平方成反比宏观（经典）作用力电磁相互作用弱相互作用短程力，描述微观物理、核物理、粒子物理现象，微观(量子)作用力强相互作用相互作用的传播所有的相互作用均通过传播子以光速传播引力:质量,引力子(?)电磁力:电荷,光子2012/9/12中国科大汪晓莲12二、粒子探测技术随着核物