某某公司高能物理的进展

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高能物理的进展

1高能物理又称粒子物理,是研究物质的基本组元和它们之间相互作用规律的一门科学。高能是指研究粒子物理需要高能加速器实验手段，能量大于1GEV（109电子伏），称高能。高能物理研究的内容涉及到更基本的物质结构以及相互作用规律，因而在人们认识世界和改造世界过程中起到很大作用。始终处于科学的前沿。总结出的“标准模型”是物理的基础。把人们的认识水平推进到10-19米。

2高能加速器和探测器的应用非常广泛和深远。几十年来高能物理对科学做出了重大贡献。从1901年颁发诺贝尔奖起，已有一百多位物理学家获得了诺贝尔物理奖，其中有41位与粒子物理有关，是物理学中获诺贝尔奖最多的一门分支。

3高能物理简介目标：探索物质的基本组元和它们之间相互作用规律。（宇观、宏观、介观、微观）成果：建立了夸克模型夸克是参与强相互作用粒子的基本组元，有三代、六种。轻子也是物质的基本组元，也有三代，六种。建立了电磁力—弱力统一理论和量子色动力学（QCD），再加上夸克模型构成了描述物质相互作用基本规律的理论—标准模型。发展了高能加速器和探测器技术，并得到了广泛应用

4夸克模型和三代轻子三代夸克:三代轻子：传播子：（电磁力）（弱力）（强力）夸克模型很成功，1995年，t夸克也找到了，能很好描述强子结构。中微子宽度测量的实验，支持轻子（从而夸克）只有三代，与宇宙学的预言相符合。

5四种相互作用力的类型引力弱力电磁力强力或核力发生作用的距离延伸到非常大的距离约小于10-17厘米延伸到非常大的距离约小于10-13厘米力的强度10-3810-1310-21传递此力的粒子没有发现中间玻色子W+，W-和Z0光子（）胶子（g）粒子的质量不知道约90吉电子伏0假定为0

6电磁—弱电统一理论20世纪60年代，发现了电磁作用与弱作用有某种对称性。当引入一种对称自发破缺—Higgs机制后，建立起电弱统一理论，用规范群SU(2)×U(1)描述，使弱作用传播子中间玻色子带有较大的质量。80年代，中间玻色子被发现。但迄今为止尚未发现Higgs粒子。（这种对称自发破缺机制可能是导致粒子质量的原因）按大爆炸模型，在大爆炸之初，四种相互作用是统一的，冷却后，逐步分离为四种相互作用。电弱强统一理论受到实验检验。

7量子色动力学描述强相互作用的理论。强子（参与强相互作用的粒子）由夸克组成。夸克与胶子是有颜色的（色荷）。“夸克渐进自由”为理论基础。用SU(3)×SU(2)×U(1)规范群描述很好解释夸克囚禁，强子喷注等实验现象广义相对论描述引力

8高能加速器和探测器—高能物理研究的基本工具必要性：探索尺度约小，越需要高能加速器。产生新重粒子，需要更高能加速器。模拟大爆炸瞬间的粒子状态，需要高能重离子对撞击，以产生极高的温度。加速器类型：一般加速器：加速单束带电粒子。对撞机：两带电粒子束相撞，获得更高的加速效率。分类e+e-，ep，pp，，重离子—重离子。

9TheBeijingElectronPositronCollider

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11BesIIDetector

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13TheBESCollaborationKorea(4)KoreaUniversitySeoulNationalUniversityChonbukNationalUniversityGyeongsangNat.Univ.Japan(5)NikowUniversityTokyoInstituteofTechnologyMiyazakiUniversityKEKU.TokyoUSA(4)UniversityofHawaiiUniversityofTexasatDallasColoradoStateUniversityStanfordLinearAcceleratorCenterUK(1)QueenMaryUniversityChina(18)高能所；中国科学技术大学；山东大学；浙江大学；华中师范大学；上海交通大学；北京大学；高等科学技术中心；武汉大学；南开大学；河南师范大学；湖南大学；清华大学；辽宁大学；四川大学；江苏师范学院；广西大学；广西师范大学；

14DataCollectedwithBESIandBESII

15J/andDataSample(106)J/01.11-02.399.11-01.3

16PhysicsTargetofBEPCIIPrecisemeasurementofJ/、、(3770)decayPrecisemeasurementofCKMmatrixLighthadronicspectroscopystudyandsearchforglueball,hybrid,exoticstateand4quarkstateExcitedstateofBaryonDphysics:DandDsdecay,D0D0mixing,CPviolationofDandmeasurementoffDandfDs

17PhysicsTargetofBEPCIIphysics:LorentzstructuresofchargedcurrentsandmeasurementofmandmMechanismofhadronicproductionRmeasurementSearchfor1P1、c

18BEPCII—DoubleRing

19TargetofBEPCII

20ExpectedEventsatBESIII(1Year)At1033,atJ/and4.14GeV,~0.61033ParticleEnergySingleRing（1.2fb-1）DoubleRing(4fb-1)D07.01062.3107D+5.01061.7107Ds4.14GeV2.01064106+-3.57GeV3.67GeV0.61062.91060.21070.96107J/3-41096-101090.61092109

21MainDesignGoalsofBESIIIAccommodatethehigheventrateatthehighluminosityandwiththeshortbunchspacingof8ns,thehardwaretriggerrateisestimatedtobearound4000Hz,andtheL3triggerrateisabout3000Hz.Improvedetectorresolutions,especiallyforphotons.Improveparticleidentificationcapability.Enlargedetectorsolidangleacceptance.ImproveinteractionregiontofitscQmagnets

22MainImprovementsofBESIIICsICalorimeter:E/E~2.3%MDC：smallcell，AlwireandHebasedgasP/P(1GeV)=0.6-0.7%@0.8T,0.5%@1T,dE/dx=6%TofTOF:Barrel90ps；Endcap110ps(RPC):Readouthitsonstrips~4cmLuminositymonitor:L/L=3%SCMagnet：1Tesla,Rin~1.32m,L~3.8mTriggerandDAQsystemwhichaccommodatethemulti-bunchandhighluminosity.Newelectronicreadoutsystem::onewirebusComputersystem:PCfarm

23探测器以BES（北京谱仪）为例说明探测器和工作原理顶点探测器顶点注漂移室p，dE/dx飞行时间t（→v）簇射测e，能量计数器测径迹，p总的给处粒子的各种参数，得到：mJPCIG（质量）（宽度）（自旋—宇称）及有关的物理量。

24已获得的物理成果t夸克，中微子的发现，使三代夸克、轻子模型更完美。标准模型很成功的解释各种复杂的高能现象和规律。电—弱统一理论预言的中间玻色子W±和Z0都发现了。三喷注的发现给出了胶子存在的证据，QCD很好描述喷注现象以及其它强相互作用现象。深刻地了解对称性规律，发现在弱作用下，宇称（P）对称性以及粒子—反粒子变换联合反演（CP）破坏，并寻找b夸克衰变中的CP破坏。到2001年7月，BaBar和Belle以观察到b的cp破坏。神冈探测器发现中微子短缺，可能的解释是中微子振荡为中微子。有中微子振荡，则中微子有质量。

25BEPC/BESBEPC能量虽不高，但涉及到粲（c）夸克和轻子能量范围，有很多有意义的物理窗口。因此，十年来，在BES上做出了许多国际上关注的成果，如：轻子质量的精确测量R值的精确测量胶球后选者研究的一些结果J/，’，D和Ds物理……

26尚待解决的问题Higgs是否存在？超对称粒子（*注）是否存在？胶子球存在的证据暗物质粒子的探测CP破坏的本质是什么？粒子为什么有质量？（从1eV到176GeV）夸克、轻子是基本组元吗？夸克、轻子只有三代吗？中微子振荡存在吗？夸克、胶子等离子体是否存在？为什么宇宙中物质—反物质是不对称的？反物质的寻找是否存在标准模型之外的模型？（标准模型远不能说完备，它有17个参数之多）*注：超对称粒子是指夸克、轻子自旋为整数，传播子自旋为半整数。

27高能物理展望为了解决上述问题，高能物理学家正在建造一台能为14TeV的大型强子对撞机（LHC）及探测器，估计在2005年完成（～$20亿元美元）。目标是寻找Higgs粒子和超对称粒子及高能物理的新现象和新规律计划建造：直线对撞机（1TeV）e+e–储存环更高能量的强子对撞机（VLHC）对撞机大型非加速器物理装置探测中微子振荡寻找暗物质

28加速器和探测器技术的应用加速器：强流，强磁场，高频，高真空等技术。辐照加速器：材料改性。医用加速器：电子、、质子、、重离子治癌。同步辐射研究与应用：物理、生物、医学、材料……探测技术：探测、成像技术CT、PET、Internet中的wwwMonteCarlo方法应用

29ATLAS

30ATLAS

31探测器技术的发展主要以西欧核子中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）上的实验为例，CMS，ATLASLHC上的实验环境LHC设计：质心能量14TeV亮度1034cm-2s-1每25ns质子对撞，每次对撞20个非弹性散射事例，有上前条径迹

32photo

33离线处理和网络能力的要求例如：为LHC而计划的地区中心能力至2006年CPU(KS195)磁盘(TB)磁带(TB)网络(Mbps)美国83169607622法国5006001000意大利2402004002500英国2082161200

34BSectorBELLE∫L6.2fb-1Sin(21)（NoJ/KL)（J/KL）

35数据获取和触发系统—大容量数据通道，事例长度106bytesAveragesub-detectoreventsizeatnominalluminosityof1034cm-2s-1Sub-detectorNo.channelsOccupancy%Eventsize(kByete)Pixel800000000.01100InnerTracker160000003700Preshower51200010100Calorimeters2500001050Muons10000000.110Trigger1000010010