粒子物理学都学的事什么

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粒子物理学

particle physics

研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。又称高能物理学。其发展大致经历3个阶段。

第一阶段（1897～1937） 可追溯到1897年发现第一个基本粒子电子 。1932 年 J.乍得威克在用a粒子轰击核的实验中发现了中子，随即人们认识到原子核是由质子和中子构成的，从而形成所有物质都是由基本的结构单元——质子 、中子、电子构成的统一的世界图像。质子、中子、电子和A.爱因斯坦提出并被 R.A.密立根和 A.H. 康普顿等人实验证实的光子、W.泡利假设存在的中微子（1956年最终被实验证实）以及P.A.M.狄拉克预言并被 C.D.安德森 1932 年在宇宙线中观察到的正电子都被认为是基本粒子或亚原子粒子。

在此阶段，理论上建立了量子力学，这是微观粒子运动普遍遵从的基本规律。在相对论量子力学的基础上，通过场的量子化初步建立量子场论，很好地解决了场的粒子性和描述粒子的产生、湮没等问题。随着原子核物理的发展，发现在相当于原子核大小的范围内除了引力相互作用电磁相互作用之外，还存在比电磁作用更强的强相互作用和介于电磁作用和引力作用之间的弱相互作用，前者是核子结合成核的核力，后者引起原子核的β衰变。对于核力的研究认识到核力是通过交换介子而产生的，并根据核力的电荷无关性建立起同位旋概念。

第二阶段（1937～1964） 先后陆续发现了众多的粒子。1937年从宇宙线中发现μ子，后来证实它不参与强作用，它和与之相伴的μ中微子同电子及与之相伴的电子中微子可归入一类 ，统称为轻子 。1947年发现π±介子 ， 1950年发现π0介子 ， 1947 年还发现奇异粒子。50年代粒子加速器和各种粒子探测器有了很大发展，从而开始了用加速器研究并大量发现基本粒子的新时期，各种粒子的反粒子被证实；发现了为数不少的寿命极短的共振态。基本粒子的大量发现，其中大部分是强子，人们怀疑这些基本粒子的基本性。人们尝试将强子进行分类，提出颇为成功的强子分类的“八重法”。

这一阶段理论上最重要的进展是重正化理论的建立和相互作用中对称性的研究。关于描述电磁场量子化的量子电动力学，通过重正化方法消除了发散困难，对于电子和μ子反常磁矩以及兰姆移位的理论计算与实验结果精确符合。量子电动力学经受众多实验检验，成为描述电磁相互作用的成功的基本理论。对称性与守恒定律联系在一起，关于相互作用中对称性的研究，最为重要的结果是1956年李政道、杨振宁 提出弱作用下宇称不守恒，1957年被吴健雄等人的实验及其他实验证实，这些实验同时也证实了在弱作用下电荷共轭宇称不守恒。这些研究推动弱作用理论的进展。

第三阶段（1964～ ） 以提出强子 结构的夸克模型为标志。1964 年 M.盖耳曼和 G.兹韦克在强子分类八重法的基础上分别提出强子由夸克构成，夸克共有上夸克u、下夸克d和奇异夸克s三种，它们的电荷 、重子数为分数 。夸克模型可以说明当时已发现的各种强子。夸克模型得到后来进行的高能电子、高能中微子对质子和中子的深度非弹性散射实验的支持，实验显示出质子和中子内部存在点状结构，这些点状结构可以认为是夸克存在的证据 。1974年发现J／ψ粒子，其独特性质必须引入一种新的粲夸克c ，1979年发现另外一种独特的新粒子Υ，必须引入第5种夸克，称为底夸克b。另一方面，1975年发现重轻子τ，并有迹象表明存在与τ相伴的τ中微子 ，于是轻子共有6种 。迄今的实验尚未发现轻子有内部结构。人们相信轻子是与夸克属于同一层次的粒子 。轻子与夸克的对称性意味着存在第6种顶夸克t 。 1994年4月26日，美国费米国家实验室宣布已找到顶夸克存在的证据。

这一阶段理论上最重要的进展是建立电弱统一理论和强相互作用研究的进展 。 1961 年S.L.格拉肖提出电磁作用和弱作用的统一模型 ， 其基础是杨振宁和 R.L.密耳斯于1954年提出的非阿贝耳规范理论。按照这一模型，光子是传递电磁作用的粒子，传递弱作用的粒子是W±和Z0 粒子 ， 但是W±、Z0是否具有静质量，理论上如何重正化问题没有解决。1967～1968年在对称性自发破缺的基础上 ， S.温伯格 、A.萨拉姆发展了格拉肖的电弱统一模型，建立了电弱统一的完善理论，阐明了规范场粒子W±、Z0是可以有静质量的，理论预言它们的质量在80～100吉电子伏特（ GeV ） ，此外还预言存在弱中性流。1973年观察到弱中性流，1983 年发现W± 、 Z0粒子，其质量（mW≈80GeV，mZ≈90GeV ）及特性同理论上期待的完全相符。关于强作用的研究 ，1973年 G.霍夫特 、D.J.格罗斯等人发展了量子色动力学理论。量子色动力学与量子电动力学一样，也是一种定域规范理论。在这个理论中，夸克之间的强相互作用是由于夸克具有色荷交换色胶子而产生的 ，胶子没有静质量，但带有色荷。强相互作用具有渐近自由的性质，即夸克之间的强相互作用并不是随着它们的距离增大而减弱，而是相反；当它们相距很近而处于强子内部时，相互作用很弱，可近似地看成是自由的，从而能够说明夸克 、胶子的禁闭性质、轻子对强子深度非弹性散射的异常现象以及喷注现象等。

在粒子物理学的深层次探索活动中，粒子加速器、探测手段、数据记录和处理以及计算技术的应用不断发展，既带来粒子物理本身的进展，也促进整个科学技术的发展；粒子物理所取得的丰硕成果已经在宇宙演化的研究中起着重要的作用。

❷ 量子物理学和粒子物理学有什么区别

量子物理是指物理学的一个重要的知识领域，基于量子力学七大假设，推导出了严密的物理逻辑体系，利用量子力学体系中的结论可以研究很多微观物理现象，比如跃迁、原子超精细结构、固体理论里面的晶格振动、带电粒子在势场中的散射等等。而粒子物理(高能物理)专门研究的是基本粒子，很显然这些粒子是微观的，研究粒子必须使用量子力学的方法，在高能体系中还要用到相对论量子力学理论。量子物理的理论已经相当成熟了，它可以作为很好地工具来研究粒子散射、晶格振动等，而粒子物理仅仅研究的基本粒子，当然粒子物理也会大量涉及量子的知识。

❸ 学粒子物理学能干嘛

粒子物理学，又称高能物理学，它是研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。
目前,粒子物理已经深入到比强子更深一层次的物质的性质的研究。更高能量加速器(1TeV，即
1012eV的质子加速器及2×100GeV的正负电子对撞机)的建造，无疑将为粒子物理实验研究提供更有力的手段，有利于产生更多的新粒子，以弄清夸克的种类和轻子的种类，它们的性质，以及它们的可能的内部结构。

弱电相互作用统一理论目前取得的成功，特别是弱规范粒子W+、W-和Z0的发现,加强了人们对定域规范场理论作为相互作用的基本理论的信念，也为今后以高能轻子作为探针探讨强子的内部结构、夸克及胶子的性质以及强作用的性质提供了可靠的分析手段。但黑格斯粒子是否存在的问题尚有待于继续澄清。

夸克之间强相互作用的一些根本性的重大问题，如囚禁、碎裂等，目前还没有解决，在今后一个时期，强相互作用将是粒子物理研究的一个重点。

把电磁作用、弱作用和强作用统一起来的大统一理论，近年来引起相当大的注意。但即使在最简单的模型中，也包含近20个无量纲的参数。这表明这种理论还包含着大量的现象性的成分，只是一个十分初步的尝试。它还要走相当长的一段路，才能成为一个有效的理论。

另外，从发展趋势来看粒子物理学的进展肯定会在宇宙演化的研究中起推进作用，这个方面的研究也将会是一个十分活跃的领域。

很重要的是,物理学是一门以实验为基础的科学,粒子物理学也不例外。因此，新的粒子加速原理和新的探测手段的出现，将是意义深远的。

❹ 粒子物理学的介绍

粒子物理学，又称为高能物理学，它是研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。粒子物理学同时又是粒子量子化的粒子物理的大统一。

❺ 粒子物理与原子核物理的学科概况

粒子物理学（particle physics）
原子核物理学（nuclear physics）
原子核物理学又称核物理学，是20世纪新建立的一个物理学分支。它研究原子核的结构和变化规律；射线束的产生、探测和分析技术；以及同核能、核技术应用有关的物理问题。它是一门既有深刻理论意义，又有重大实践意义的学科。

❻ 什么是质能相当性原子核物理学、粒子物理学都包含什么

E=mC2
爱因斯坦的着名公式，质能方程。质量和能量可以转换。
原子物理，主要学习原子内电子跃迁时的能量转化，电子的谱系，核反应等。
高能粒子物理学的就多了，高能粒子种类有很多，各具特性。

❼ 粒子物理学的学科简介

粒子物理学particle physics
研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。又称高能物理学。

❽ 量子力学和粒子物理学有什么区别，哪一个与四大基本作用力和弦理论联系大

量子力学和粒子物理学都与四大基本作用力和弦理论联系大

量子力学和粒子物理学有什么区别如下:

量子力学（quantum mechanics）：

量子力学于20世纪初创立，是物理学的分支学科。它主要描写微观的事物，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱，许多物理学理论和科学，如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科，都是以其为基础，迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述（量子场论）。量子力学理论的重要应用包括量子化学、量子光学、量子计算、超导磁体、发光二极管、激光器、晶体管和半导体如微处理器等。

量子一词来自拉丁语quantum，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”。在物理学中常用到量子的概念，指一个不可分割的基本个体。光子,夸克,电子,中微子...等基本粒子,都是量子,所以量子是很多基本粒子的总称,量子力学认为基本粒子为量子组成并非指某一特定粒子。

量子的代表性粒子：光子-内部结构模型图

图中＋－号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特（qubit）

（名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit

量子信息研究兴盛后,此概念升华为，万物源于量子比特）

注：位元即比特

❾ 粒子物理学的意义

粒子物理学，是研究组成物质和射线的基本粒子以及它们之间相互作用的一个物理学分支。由于许多基本粒子在大自然的一般条件下不存在或不单独出现，物理学家只有使用粒子加速器在高能相撞的条件下才能生产和研究它们，因此粒子物理学也被称为高能物理学。

理论粒子物理学试图描述自然界的一切相互作用，研究能解释今天实验结果并能预言未来实验结果的模型、理论构架和数学工具。今天在这方面有许多不同的努力。
一个重要的工作点是更好地理解标准模型理论和其实验结果，从试验中获得更精确的参数，这个工作点测试标准模型理论的极限来扩大我们对自然的理解。这个工作最大的困难在于量子色动力学中对多个物体计算时的困难。一些理论家将他们的精力集中在有效场论。
另一个重要的工作点是建立超出标准模型理论的模型。由于今天的实验数据还不够，这个工作非常困难。新的理论结构有超对称、阮桑模型、前子理论等等。
第三个重要的工作点是弦理论，其目的在于建立一种基于微小弦与膜而不是基于粒子的理论来统一描述量子力学和广义相对论。如果这一理论取得成功，可以被看作一种“万有理论”。
此外还有一些其它的理论工作如循环量子引力理论等。

❿ 粒子物理学的学科描述

粒子物理学的学科图文描述如下:

粒子物理学（particle physics）

粒子物理学是研究组成物质和射线的基本粒子以及它们之间相互作用的一个物理学分支。由于许多基本粒子在大自然的一般条件下不存在或不单独出现，物理学家只有使用粒子加速器在高能相撞的条件下才能生产和研究它们，因此粒子物理学也被称为高能物理学(high-energy physics)

粒子物理学主要研究对象-基本粒子（elementary particle）图解分析:

粒子物理学中，基本粒子是组成物质最基本的单位。目前在标准模型理论的架构下，已知的基本粒子可以分为费米子（包含夸克和轻子）以及玻色子（包含规范玻色子和希格斯粒子,也称传播子）。由两个或更多基本粒子所组成的则称作复合粒子(如中子、质子、和介子)。

我们日常生活中的物质由原子所组成。过去原子被认为是基本粒子，原子这个词来自古希腊语中“不可切分的”。之后，原子核被发现是由质子和中子所构成。20世纪前、中期的基本粒子是指质子、中子、电子、光子和各种介子，这是当时人类所能探测的最小粒子。随着实验和量子场论的进展，发现质子、中子、介子是由更基本的夸克和胶子所组成。同时人类也陆续发现了性质和电子类似的一系列轻子，还有性质和光子、胶子类似的一系列规范玻色子。这些都是现代的物理学所理解的基本粒子。

基本粒子(次原子粒子),分类如下:

图中＋－号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特（qubit）

（名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit

量子信息研究兴盛后,此概念升华为，万物源于量子比特）

注：位元即比特