粒子物理讲义——第一章和第二章

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1、中国科学院研究生院研究生课程粒子物理(I)中国科学院高能物理研究所理论物理研究室陈莹电话：88234180Email:cheny@mail.ihep.ac.cn课程介绍•课程内容：主要讲解物质是由什么构成的，构成物质的最小单元是如何相互作用如何相互转化的，同时还涉及宇宙是如何形成和演化的。•教学目标：通过本课程的学习，希望学生理解粒子物理的标准模型，即按目前的认识水平，构成物质的最小单元是夸克和轻子，自然界存在强相互作用，电磁相互作用，弱相互作用和引力相互作用，此外还要跟踪粒子物理实验的最新进展。通过本课程的学习使学生为进一步从事粒子物理的研究打下坚实的基础。•课程要求：电动力学、量子力学、

2、狭义相对论基础内容设置第一章引言粒子物理是一门什么样的学科？为什么研究粒子物理？粒子物理学的历史自然界的四中基本相互作用粒子的分类第二章粒子的运动学性质和粒子物理实验运动性质：粒子的质量、寿命、电荷、自旋、磁矩等；运动描述：能量和动量、实验室系和质心系、运动学不变量、Dalitz图等。n体相空间：第三章对称性和守恒定律连续对称性——Neother定理自旋和轨道角动量同位旋概念的引入相加性量子数：奇异数、重子数、粲数、底数离散对称性——相乘性量子数：正反粒子共轭变换（C）、G变换、空间反射变换（P）CP变换（CP）——中性K介子系统、全同粒子交换变换第四章强相互作用和强子性质夸克模型:组成物质

3、的基本单元——夸克介子:正反粒子组成的系统（正反费米子和正反玻色子系统）重子:十重态,八重态重夸克和重夸克偶素深度非弹性碰撞和部分子模型强相互作用的描述——量子色动力学（色禁闭和渐近自由）相对论重离子碰撞和夸克胶子等离子体第五章电弱统一理论——“标准模型”(StandardModel)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，

4、1994。4.D.H.Perkins,IntroductiontoHighEnergyPhysics,Addison-WesleyPublishingCompanyInc,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。第一章引言粒子物理是一门什么样的学科？为什么研究粒子物理？粒子物理学的历史自然界的四中基本相互作用粒子的分类第一节历史回顾(一):粒子物理的萌芽(1895-1932)•1895年,W.K.Reontgen发现X射线(光子),因此荣获1901年诺贝尔物理学奖。A.H.Becquerel,P.Curie和M.

5、Curie发现了放射性，共享了1903年的诺贝尔物理学奖。•1898年，J.J.Thomson证实了电子的存在，由于对气体导电理论的贡献和实验研究的成果，他荣获了1906年的诺贝尔物理学奖。•1905年，A.Einstein提出的光电效应使得光的“粒子”性——光子的概念被人们接受，他因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖。•1911年，E.Rutherford根据α被金属箔散射的实验现象提出原子的核式结构，并因此获得诺贝尔物理学奖•1913年，N.Bohr建立了原子的量子理论，因此获得1922年的诺贝尔物理学奖。•1930年，W.Pauli根据原子核β衰变的实验提出了中微子的假设，并由于他提出

6、的泡利不相容原理荣获1945年诺贝尔物理学奖•1932年，J.Chadwick证实了中子的存在，因此获得1935年诺贝尔物理学奖。同年C.D.Anderson在云雾室中发现了正电子，由此获得1936年诺贝尔物理学奖•在此阶段，基本粒子包括光子、正负电子、质子、中子和假设的中微子。(二):粒子物理的发展(1932-1964)•1930年，E.O.Lawrence提出带电粒子加速的新原理——回旋加速器（Cyclotron)。他因此获得1939年的诺贝尔物理学奖。•1935年，Yukawa提出核作用力的唯象理论——核力的介子理论。他因此获得1949年的诺贝尔物理学奖。•1936年，C.D.Ande

7、rson用云雾室发现了宇宙线中的muon子。•1938年，E.Fermi因研究中子引起的各种反应的贡献获得1938年的诺贝尔物理学奖。•1943年，O.Stern因发展分子束方法的贡献和发现质子的反常磁矩而获得1943年的诺贝尔物理学奖。•1947年，C.F.Powell利用乳胶照相法在宇宙线中发现的pion，并因此获得1950年的诺贝尔物理学奖。•1948年，美国的劳伦斯-伯克利实验室利用同步回旋加速器(S