高能物理研究什麼

『壹』 高能物理學是什麼意思

高能物理學又稱粒子物理學或基本粒子物理學，它是物理學的一個分支學科，研究比原子核更深層次的微觀世界中物質的結構性質，和在很高的能量下，這些物質相互轉化的現象，以及產生這些現象的原因和規律。它是一門基礎學科，是當代物理學發展的前沿之一。粒子物理學是以實驗為基礎，而又基於實驗和理論密切結合發展的。
原子論是元素派學說中最簡明、最具科學性的一種理論形態。英國自然科學史家丹皮爾認為,原子論在科學上「要比它以前或以後的任何學說都更接近於現代觀點」。原子論的創始人是愛利亞人(一說阿布德拉人)留基波,他是德謨克利特的老師。古代學者在論及原子論時,通常是把他們倆人的學說混在一起的。由於留基波生平不詳,且其學說也為德謨克利特發展和完善,因此德謨克利特被公認為原子論的主要代表。
德謨克利特認為,萬物的本原或根本元素是「原子」和「虛空」。「原子」在希臘文中是「不可分」的意思。德謨克利特用這一概念來指稱構成具體事物的最基本的物質微粒。原子的根本特性是「充滿和堅實」,即原子內部沒有空隙,是堅固的、不可入的,因而是不可分的。德謨克利特認為,原子是永恆的、不生不滅的;原子在數量上是無限的;原子處在不斷的運動狀態中,它的惟一的運動形式是「振動」;原子的體積微小,是眼睛看不見的,即不能為感官所知覺,只能通過理性才能認識。
1897年，湯姆遜在實驗中發現了電子，1911年盧瑟福由α粒子大角度彈性散射實驗，又證實了帶正電的原子核的存在。這樣，就從實驗上證明了原子的存在，以及原子是由電子和原子核構成的理論。
1932年，查德威克在用α粒子轟擊核的實驗中發現了中子。隨即人們認識到原子核是由質子和中子構成的，從而得到了一個所有的物質都是由基本的結構單元——質子、中子和電子構成的統一的世界圖像。
就在這個時候開始形成了現代的基本粒子概念。1905年，愛因斯坦提出電磁場的基本結構單元是光子，1922年被康普頓等人的實驗所證實，因而光子被認為是一種「基本粒子」。1931年，泡利又從理論上假設存在一種沒有靜止質量的粒子——中微子(嚴格地講是反中微子，中微子的存在是1956年由萊因斯和科恩在實驗上證實的)。
相對論量子力學預言，電子、質子、中子、中微子都有質量和它們相同的反粒子。第一個反粒子——正電子是1932年，安德森利用放在強磁場中的雲室記錄宇宙線粒子時發現的，50年代中期以後陸續發現了其他粒子的反粒子。
隨著原子核物理學的發展，發現除了已知的引力相互作用和電磁相互作用之外，還存在兩種新的相互作用——強相互作用和弱相互作用。
1934年，湯川秀樹為解釋核子之間的強作用短程力，基於同電磁作用的對比，提出這種力是由質子和(或)中子之間交換一種具有質量的基本粒子——介子引起的。1936年，安德森和尼德邁耶在實驗上確認了一種新粒子，其質量是電子質量的207倍，這就是後來被稱為μ子的粒子。μ子是不穩定的粒子，它衰變成電子、一個中微子和一個反中微子，平均壽命為百萬分之二秒。
湯川最初提出的介子的電荷是正的或負的。1938年，凱默基於實驗上發現的核力的電荷無關性的事實，發展了稍早些時候出現的同位旋的概念，建立了核力的對稱性理論。
1947年，孔韋爾西等人用計數器統計方法發現μ子並沒有強作用。1947年鮑威爾等人在宇宙線中利用核乳膠的方法發現了真正具有強相互作用的介子，其後，在加速器上也證實了這種介子的存在。
從此以後人類認識到的基本粒子的數目越來越多。就在1947年，羅徹斯特和巴特勒在宇宙線實驗中發現v粒子(即K介子)，這就是後來被稱為奇異粒子的一系列新粒子發現的開始。由於它們獨特的性質，一種新的量子數——奇異數的概念被引進到粒子物理中。在這些奇異粒子中，有質量比質子輕的奇異介子，有質量比質子重的各種超子。在地球上的通常條件下，它們並不存在，在當時的情況下，只有藉助從太空飛來的高能量宇宙線才能產生。
這些發現了的基本粒子，加上理論上預言其存在，但尚未得到實驗證實的引力場量子——引力子，按相互作用的性質，可分成引力子、光子、輕子和強子四類。為了克服宇宙線流太弱這個限制，從50年代初開始建造能量越來越高、流強越來越大的粒子加速器。實驗上也相繼出現了新的強有力的探測手段，如大型氣泡室、火花室、多絲正比室等，開始了新粒子的大發現時期。
到了60年代頭幾年，實驗上觀察到的基本粒子的數目已經增加到比當年元素周期表出現時發現的化學元素的數目還要多，而且發現的勢頭也越來越強。1961年，由蓋耳-曼及奈曼類比化學元素周期表提出了，用強相互作用的對稱性來對強子進行分類的。
八重法分類不但給出了當時已經發現的強子在其中的位置，還准確地預言了一些新的粒子，如1964年用氣泡室實驗發現的Ω粒子。八重法很好地說明粒子的自旋、宇稱、電荷、奇異數以及質量等靜態性質的規律性。
在此階段中，證實了不單電子，所有的粒子，都有它的反粒子(有的粒子的反粒子就是它自身)。其中第一個帶電的反超子是由中國的王淦昌等在1959年發現的。此外，還發現了為數眾多的壽命極短經強作用衰變的粒子——共振態。
建立體系
基本粒子大量發現，使人們懷疑這些基本粒子的基本性。基本粒子的概念，面臨一個突變。
20世紀40年代到60年代，對微觀世界理性認識的最大進展是量子力學的建立。經過一代物理學家的努力，量子力學能很好地解釋原子結構、原子光譜的規律性、化學元素的性質、光的吸收及輻射等等現象，特別是當它同狹義相對論結合而建立相對論性量子力學以後，它已經成為微觀世界在原子、分子層次上的一個基本理論。
但是，量子力學還有幾個方面的不足：它不能反映場的粒子性；不能描述粒子的產生和湮沒的過程；它有負能量的解，這導致物理概念上的困難。量子場論是由狄喇克、約旦、維格納、海森伯和泡利等人在相對論量子力學的基礎上，通過場的量子化的途徑發展出來的，它很好地解決了這三個問題。
庫什和福里1947年發現的電子反常磁矩，和由蘭姆等發現的氫原子能級的分裂，只有通過量子電動力學的重正化理論才能得到正確的解釋。今天，量子電動力學已經經受了許多實驗上的驗證，成為電磁相互作用的基本理論。
並非所有的基本粒子都是「基本」的想法，最早是在1949年由費密和楊振寧提出的。他們認為，介子不是基本的，基本的是核子，而介子只是由核子和反核子構成的結合態。1955年，坂田昌一擴充了費密和楊振寧的模型提出了強子是由核子、超子和它們的反粒子構成的模型。
1961年，在實驗上發現了不少共振態。1964年，已發現的基本粒子(包括共振態)的種類增加到上百種，因而使得蓋耳-曼和茲韋克提出，產生對稱性的基礎就是構成所有強子的構造單元，它們一共有三種，並命名為誇克。
20世紀60年代以來，在宇宙線中、加速器上以及在岩石中，都進行了對誇克的實驗找尋，但迄今還沒有被確證為成功的報道。在60年代和70年代，有更多的能量更高、性能更好的加速器建成。雖然在這些加速器上沒有找到誇克。但卻得到了間接的，但是更有力地說明誇克存在的證據。
與強子的數目急劇增加的情況相反，自從1962年利用大型火花室，在實驗上證實了兩類中微子之後，長時間內已知的輕子就只有四種，但是到了1975年情況有了改變，這一年佩爾等在正負電子對撞實驗中發現了一個新的輕子，它帶正電或帶負電，達質子的兩倍，所以又叫重輕子。與它相應，普遍相信應有另一種中微子存在，但是尚未得到實驗上的證實。
誇克理論提出不久，就有人認識到強子的強相互作用和弱相互作用的研究應建立在誇克的基礎上，同時還要充分考慮強子的結構特性和各種過程中的運動學特點，才能正確地解釋強子的壽命、寬度、形狀因子、截面等動態性質。1965年，中國發展的強子結構的層子模型，就是這個方向的首批研究之一。層子的命名，是為了強調物質結構的無限層次而作出的。在比強子更深一層次上的層子，就是誇克。近20年來，粒子物理實驗和理論發展的主流，一直沿著這個方向，在弱作用方面，已有了突破性的進展，在強作用方面，也有重大的進展。
最早的弱相互作用理論，是費密為了解釋中子衰變現象在1934年提出來的。弱作用宇稱不守恆的發現，給弱作用理論的研究帶來很大的動力。隨後不久便確立了描述弱作用的流在洛倫茲變換下應當具有的形式，而且適用於所有的弱作用過程，被稱為普適費密型弱相互作用理論。
1961年，格拉肖提出電磁相互作用和弱相互作用的統一理論。這個理論的基礎，是楊振寧和密耳斯在1954年提出的非阿貝耳規范場論。但是在這個理論里，這些粒子是否具有靜止質量、理論上如何重正化等問題，沒有得到解答。
1967～1968年，溫伯格、薩拉姆闡明了作為規范場粒子是可以有靜止質量的，還算出這些靜止質量同弱作用耦合常數以及電磁作用耦合常數的關系。這個理論中很重要的一點是預言弱中性流的存在，而當時實驗上並沒有觀察到弱中性流的現象。由於沒有實驗的支持，所以當時這個模型並末引起人們的重視。
1973年，美國費密實驗室和歐洲核子中心在實驗上相繼發現了弱中性流，之後，人們才開始對此模型重視起來。在1983年，魯比亞實驗組等在高能質子—反質子對撞的實驗中發現的特性同理論上期待的完全相符規范粒子，這給予電弱統一理論以極大的支持，從而使它有可能成為弱相互作用的基本理論。
目前，粒子物理已經深入到比強子更深一層次的物質的性質的研究。更高能量加速器的建造，無疑將為粒子物理實驗研究提供更有力的手段，有利於產生更多的新粒子，以弄清誇克的種類和輕子的種類，它們的性質，以及它們的可能的內部結構。
弱電相互作用統一理論日前取得的成功，特別是弱規范粒子的發現，加強了人們對定域規范場理論作為相互作用的基本理論的信念，也為今後以高能輕子作為探針探討強子的內部結構、誇克及膠子的性質以及強作用的性質提供了可靠的分析手段。在今後一個時期，強相互作用將是粒子物理研究的一個重點。
把電磁作用、弱作用和強作用統一起來的大統一理論，近年來引起相當大的注意。但即使在最簡單的模型中，也包含近20個無量綱的參數。這表明這種理論還包含著大量的現象性的成分，只是一個十分初步的嘗試。它還要走相當長的一段路，才能成為一個有效的理論。
另外從發展趨勢來看，粒子物理學的進展肯定會在宇宙演化的研究中起推進作用，這個方面的研究也將會是一個十分活躍的領域。

『貳』 什麼是高能天體物理學

高能天體物理學（high-energy
astrophysics）是研究發生在宇宙天體上的高能現象和高能過程的學科，是理論天體物理學的一個分支學科。這里的高能現象或高能過程一般是指下述兩種情形：①所涉及的能量同物體的靜止質量相對應的能量來比，不是一個可忽略的小量；②有高能粒子
或高能光子參與的現象或過程。隨著類星體、脈沖星、宇宙X射線源、宇宙γ射線源等的相繼發現，空間技術和基本粒子探測技術在天文觀測中的廣泛應用，以及高能物理學對天體物理學的不斷滲透，對宇宙中高能現象和高能過程的研究便日益活躍起來。
20世紀60年代人造地球衛星被送上太空以後，對宇宙天體的輻射過程的研究從可見光、射電擴展到X射線純此、γ射線等高能電磁輻射波段。在高能輻射波段，電磁輻射的波長短到接近或小於一個原子的大小，此時的輻射可像粒子一樣深入到物質深層而不再具有光波的反射、折射等波動特性，從而又被稱為高能光子。公式
E=hν=hc/λ
描述了這種電磁輻射的波粒二象性，適用於整個電磁波譜上光子的能量E、波長λ和頻率ν之間的關系。如一個波長為4,000埃（1埃=0.1納米）的藍光光子的能量為3.1電子伏；一個波長為1埃的X射線光子能量則為12.4千電子伏；而一個波長小於原子核大小（十萬分之一埃）的高能γ射線光子，能量可高於1.24千兆電子伏。因此，這里所說的「高能」，首先是指單個光子的能量高，其次是指輻射的總能量比一般恆星、如磨星系的輻射要大的多，如活動星系核、宇宙γ射線暴等。渣褲斗
中文名：高能天體物理學
外文名：high-energy
astrophysics
特徵：研究宇宙天體高能現象和高能過程
大類：物理學

『叄』 為什麼粒子物理學又稱為高能物理學

粒子物理學（particle physics）

粒子物理學是研究組成物質和射線的基本粒子以及它們之間相互作用的一個物理學分支。由於許多基本粒子在大自然的一般條件下不存在或不單獨出現，物理學家只有使用粒子加速器在高能相撞的條件下才能生產和研究它們，因此粒子物理學也被稱為高能物理學(high-energy physics)

粒子物理學主要研究對象-基本粒子（elementary particle）圖解分析:

粒子物理學中，基本粒子是組成物質最基本的單位。目前在標准模型理論的架構下，已知的基本粒子可以分為費米子（包含誇克和輕子）以及玻色子（包含規范玻色子和希格斯粒子,也稱傳播子）。由兩個或更多基本粒子所組成的則稱作復合粒子(如中子、質子、和介子)。

我們日常生活中的物質由原子所組成。過去原子被認為是基本粒子，原子這個詞來自古希臘語中「不可切分的」。之後，原子核被發現是由質子和中子所構成。20世紀前、中期的基本粒子是指質子、中子、電子、光子和各種介子，這是當時人類所能探測的最小粒子。隨著實驗和量子場論的進展，發現質子、中子、介子是由更基本的誇克和膠子所組成。同時人類也陸續發現了性質和電子類似的一系列輕子，還有性質和光子、膠子類似的一系列規范玻色子。這些都是現代的物理學所理解的基本粒子。

基本粒子(次原子粒子),分類如下:

圖中＋－號代表不可分割的最小正負電磁信息單位-量子比特（qubit）

（名物理學家約翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:萬物源圖於比特 It from bit

量子信息研究興盛後,此概念升華為，萬物源於量子比特）

註：位元即比特

『肆』 高能物理研究什麼

粒子對撞機，是一種將微觀粒子加速對撞的高能物理專業裝置。它可以幫助物理學家探索、發現和量化粒子。它最基本的作用是在高能加速器中積累並加速粒子流，達到一定強度及能量時使它們對撞，以產生實驗預期的足夠高的反應能量。

對撞機可以利用一種特殊電磁場將粒子加速到接近光速的極大速度，去轟擊其他粒子，打碎本來難以分割的微小粒子，以研究其結構性質和擊碎效應。粒子可達到的能量級400GeV，甚至更高。

首先，粒子對撞實驗中，科學家精確地測量到了電子與原子碰撞中有多少能量釋放出來。表明能量和質量在一定方式下可以相互轉換，也測到了接近光速時的粒子所增加的質量。實驗得到的結果，再次驗證了愛因斯坦狹義相對論的准確性，即E=mc^2。質能可以相互轉換。

『伍』 什麼是高能物理學它如何研究基本粒子和宇宙的結構和演化

什麼是高能物理學？它如何研究基本粒子和宇宙的結構和演化？張先生是遼寧大連桐頃海參養殖戶，據冊運他舉報，黃某帶領數名外籍人員以「免費安裝海水質量監測設備」為名，在他的養殖場安裝了一套設備。經鑒定，設備觀測范圍涉及我國空中軍事行動區域，把重要演訓畫面傳輸到境外。國家安全機關對黃某及數名外籍人員依法採取強制措施局姿陸，並收繳了監測設備。#我國第8個全民國家安全教育日#（總台記者王莉郝亮范月鳴於是達）另一優先領域是增加遠程精準打擊能力。其中還包含了多項調整建議，如為海軍配備更多遠程打擊武器的小型艦艇、為F-35A和F/A-18F戰機配備遠程反艦導彈，並與美國合作開發「幽靈蝙蝠」無人機組等，使其能夠「從澳大利亞進行海上、陸地和空中的機動行動，增強遠程火力」。

『陸』 高能物理與量子力學都是研究微觀世界的物理學，他們本質區別是什麼

高能物理是專門研究現在所知最細微結構的。而量子力學研究范圍更廣。從歷史上看，先有量子力學，這是可以解釋很多微觀現象的理論。出現時間大約是上世紀20年代。人類對物理的認識深入到原子層次。後來人們發現在原子裡面的某些光譜不能用量子力學原有的理論解釋。後來又出現了量子場理論，使人們對原子層次的物理認識更加精確，並且可以深入到亞原子層次。經過諸多努力，量子場理論在40年代-50年代被以極高的精度驗證，成為公認的成功理論。現代高能物理仍然是以量子場理論為基礎的。現代的標准模型，包括強弱電磁相互作用，都是用量子場描述的。

『柒』 什麼是高能物理

高能物理學是研究物質世界基本結構(最深層毀中次)和明櫻基本激余叢相互作用規律的科學。

也就是所謂的最微觀的世界元素如：誇克與膠子

『捌』 高能物理指的是什麼

高能物理學(high energy physics)又稱粒子物理學或基本粒子物理學，它是物理學的一個分支學科，研究比原子核更深層次的微觀世界中物質的結構性質，和在很高的能量下，這些物質相互轉化的現象，以及產生這些現象的原因和規律。它是一門基礎學科，是當代物理學發展的前沿之一。粒子物理學是以實驗為基礎，而又基於實驗和理論密切結合發展的。

『玖』 搞材料和高能物理有什麼區別

您好，材料和高能物理之間有很大的區別。材料物理是研究物質的結構、性質、物理性質和行為的學科，其研究的對象是固體、液體、氣體和其他物質的結構、性質和行為。而高能物理學則是研究高能粒子的性質和行為的學科，其研態帆液究的對象是由原子核、原子和分子組成的物質的結構、性質和行為。

材料物理研究的是物質的結構、性質、物理性質和行為，而高能物理學則研究的是由原子核、原子和分轎神子組成的物質的結構、性質和行為。材料物理研究的是物質的結構、性質、物理性質和行為，而高能物理學則研究的是由原子核、原子和分子組成的物質的結構、性質和行為。材料物理研究的是物質的結構、性質、物理性質和行為，而高能物理學則研究的是由原子核、原子和分子組成的物質的結構、性質和行為，以及它們的相互作用。材料物理的研究范圍更廣，涉及到物質的結構、性質、物理性質和行為，而高能物理學則主要研究高能粒帆物子的性質和行為，以及它們的相互作用。

『拾』 高能物理的主要學科有哪些

高能物理學(high energy physics)又稱粒子物理學或基本粒子物理學，它是物理學的一個分支學科，研究比原子核更深層次的微觀世界中物質的結構性質，和在很高的能量下，這些物質相互轉化的現象，以及產生這些現象的原因和規律。