粒子物理学基础课件.ppt
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,基本相互作用引力相互作用电磁相互作用强相互作用 强大的核力维持原子核的稳定性弱相互作用 导致基本粒子的不稳定,引起衰变,对称性决定相互作用,电磁相互作用：U(1)规范对称性弱电相互作用：SU(2)U(1)规范对称性强相互作用：SU(3)规范对称性引力相互作用：局域 Lorentz 对称性规范粒子质量:对称性自发破缺费米子质量:Yukawa 耦合 一种参数化,新的物理,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,一个伟大的发现：,相对性原理与Galilean变换,电动力学电磁现象,麦克斯韦方程,洛伦兹力,相对性原理,洛伦兹变换,电磁波光子:质量为零,速度为c,狭义相对论 相对性原理 光速不变,Lorentz变换与原时:时空对称性,相对论动力学,量子力学,波粒二象性态的线性叠加原理互补性原理测不准原理,量子力学基本原理,States of the systemRelation of commutationHermitian operatorsSchrodinger equationPrinciple of identityPrinciple of measurement,Schrodinger方程Heisenberg矩阵力学,氢原子,谐振子,相对论量子力学Klein-Gordon方程电磁相互作用负能量,负几率,精细结构不正确,Dirac方程,电磁相互作用,正几率,电子的自旋,精细结构正确Klein 佯谬,负能量,反粒子,相对论的预言高能微观系统的多粒子特性量子场论的必然,基本相互作用,原子核内，质子与质子之间有很强的库仑排斥力，那么是如何维持原子核的稳定性的呢？要维持原子核的稳定性，核子间必定存在相互吸引的强大的核力：强作用力作用范围要小，导致原子结构的不稳定引起原子核衰变，有轻子参与的相互作用弱作用力,四种基本相互作用力,对象 强度 范围 交换粒子电磁力 带电粒子间 10-2(光子)引力 万物 10-40 G(引力子)强力 强子 1 10-15米 g(胶子)弱力 有轻子参与 10-5 10-18米 w,z0,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,量子电动力学,Tomonaga,Schwinger,R.Feynman,Dyson,电子与光子构成简单系统,介子与光子构成简单系统,规范对称性与电磁相互作用,Feynman规则,Lamb 效应,电子反常磁矩,Compton 散射,强相互作用与 夸克（Quark）模型,Gell-mann,Gross,Wilczek,世界到底由什么构成？,中国古代有元气说，和阴阳五行说在古希腊有原子说即由一种不能再分的 最小基本单元“原子”构成亚里士多德却认为物质是连续的。正如中国庄子、天下篇所言“一尺之棰，日取其半，万世不竭”,19世纪未的三大发现,1895年伦琴（W.C.Rntgen）发现X射线1896年贝克勒尔(H.Becquerel)发现放射性1897年汤姆逊(J.J.Thomson)发现电子他们三人也因此分别获得了1901年、1903年和1906年的诺贝尔物理学奖。电子的发现对物理学的影响非常深远物理学对象从宏观转入到了微观领域,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？,众多的新粒子,1931年狄拉克预言：存在着反电子1932年安德逊发现了正电子，并因此获得了1936年的诺贝尔物理学奖,1931年泡利预言中存在微子，不带电，质量为零1935年汤川秀树预言介子的存在，1947年鲍威尔发现介子,更多的粒子被发现,介子：J=0，0，k，k0重子:J=1/2，p，n，0，0，且每种粒子都有反粒子，总数达数百种。然而混乱中存在秩序，类似于元素周期表，上述粒子也满足一定的规律，表明粒子内部还有结构,夸克（Quark）模型,轻子(电荷)夸克(电荷),第一代,第二代,第三代,强子态深度非弹性散射,量子色动力学（QCD）,渐近自由与夸克禁闭,强子质量谱,弱电统一理论,Glashow,S.Weinberg,Salam,T Hooft,Veltman,1896年贝克勒尔(H.Becquerel)发现放射性1931年Pauli提出中微子1933年Fermi理论1956年宇称不守恒（LeeYangWu)1958年VA理论1963年Cabibbo理论1967年Weinberg理论1971年t HooftVeltman证明1972年GIM机制,弱相互作用与粒子的衰变,二十一世纪Higgs 粒子,弱电对称性破缺,费米子质量强、弱、电三种相互作用的统一超对称理论和超引力理论量子引力理论 超弦理论,End of the Fifth Lecture,
