高能物理研究什么

‘壹’ 高能物理学是什么意思

高能物理学又称粒子物理学或基本粒子物理学，它是物理学的一个分支学科，研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构性质，和在很高的能量下，这些物质相互转化的现象，以及产生这些现象的原因和规律。它是一门基础学科，是当代物理学发展的前沿之一。粒子物理学是以实验为基础，而又基于实验和理论密切结合发展的。
原子论是元素派学说中最简明、最具科学性的一种理论形态。英国自然科学史家丹皮尔认为,原子论在科学上“要比它以前或以后的任何学说都更接近于现代观点”。原子论的创始人是爱利亚人(一说阿布德拉人)留基波,他是德谟克利特的老师。古代学者在论及原子论时,通常是把他们俩人的学说混在一起的。由于留基波生平不详,且其学说也为德谟克利特发展和完善,因此德谟克利特被公认为原子论的主要代表。
德谟克利特认为,万物的本原或根本元素是“原子”和“虚空”。“原子”在希腊文中是“不可分”的意思。德谟克利特用这一概念来指称构成具体事物的最基本的物质微粒。原子的根本特性是“充满和坚实”,即原子内部没有空隙,是坚固的、不可入的,因而是不可分的。德谟克利特认为,原子是永恒的、不生不灭的;原子在数量上是无限的;原子处在不断的运动状态中,它的惟一的运动形式是“振动”;原子的体积微小,是眼睛看不见的,即不能为感官所知觉,只能通过理性才能认识。
1897年，汤姆逊在实验中发现了电子，1911年卢瑟福由α粒子大角度弹性散射实验，又证实了带正电的原子核的存在。这样，就从实验上证明了原子的存在，以及原子是由电子和原子核构成的理论。
1932年，乍得威克在用α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，从而得到了一个所有的物质都是由基本的结构单元——质子、中子和电子构成的统一的世界图像。
就在这个时候开始形成了现代的基本粒子概念。1905年，爱因斯坦提出电磁场的基本结构单元是光子，1922年被康普顿等人的实验所证实，因而光子被认为是一种“基本粒子”。1931年，泡利又从理论上假设存在一种没有静止质量的粒子——中微子(严格地讲是反中微子，中微子的存在是1956年由莱因斯和科恩在实验上证实的)。
相对论量子力学预言，电子、质子、中子、中微子都有质量和它们相同的反粒子。第一个反粒子——正电子是1932年，安德森利用放在强磁场中的云室记录宇宙线粒子时发现的，50年代中期以后陆续发现了其他粒子的反粒子。
随着原子核物理学的发展，发现除了已知的引力相互作用和电磁相互作用之外，还存在两种新的相互作用——强相互作用和弱相互作用。
1934年，汤川秀树为解释核子之间的强作用短程力，基于同电磁作用的对比，提出这种力是由质子和(或)中子之间交换一种具有质量的基本粒子——介子引起的。1936年，安德森和尼德迈耶在实验上确认了一种新粒子，其质量是电子质量的207倍，这就是后来被称为μ子的粒子。μ子是不稳定的粒子，它衰变成电子、一个中微子和一个反中微子，平均寿命为百万分之二秒。
汤川最初提出的介子的电荷是正的或负的。1938年，凯默基于实验上发现的核力的电荷无关性的事实，发展了稍早些时候出现的同位旋的概念，建立了核力的对称性理论。
1947年，孔韦尔西等人用计数器统计方法发现μ子并没有强作用。1947年鲍威尔等人在宇宙线中利用核乳胶的方法发现了真正具有强相互作用的介子，其后，在加速器上也证实了这种介子的存在。
从此以后人类认识到的基本粒子的数目越来越多。就在1947年，罗彻斯特和巴特勒在宇宙线实验中发现v粒子(即K介子)，这就是后来被称为奇异粒子的一系列新粒子发现的开始。由于它们独特的性质，一种新的量子数——奇异数的概念被引进到粒子物理中。在这些奇异粒子中，有质量比质子轻的奇异介子，有质量比质子重的各种超子。在地球上的通常条件下，它们并不存在，在当时的情况下，只有借助从太空飞来的高能量宇宙线才能产生。
这些发现了的基本粒子，加上理论上预言其存在，但尚未得到实验证实的引力场量子——引力子，按相互作用的性质，可分成引力子、光子、轻子和强子四类。为了克服宇宙线流太弱这个限制，从50年代初开始建造能量越来越高、流强越来越大的粒子加速器。实验上也相继出现了新的强有力的探测手段，如大型气泡室、火花室、多丝正比室等，开始了新粒子的大发现时期。
到了60年代头几年，实验上观察到的基本粒子的数目已经增加到比当年元素周期表出现时发现的化学元素的数目还要多，而且发现的势头也越来越强。1961年，由盖耳-曼及奈曼类比化学元素周期表提出了，用强相互作用的对称性来对强子进行分类的。
八重法分类不但给出了当时已经发现的强子在其中的位置，还准确地预言了一些新的粒子，如1964年用气泡室实验发现的Ω粒子。八重法很好地说明粒子的自旋、宇称、电荷、奇异数以及质量等静态性质的规律性。
在此阶段中，证实了不单电子，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)。其中第一个带电的反超子是由中国的王淦昌等在1959年发现的。此外，还发现了为数众多的寿命极短经强作用衰变的粒子——共振态。
建立体系
基本粒子大量发现，使人们怀疑这些基本粒子的基本性。基本粒子的概念，面临一个突变。
20世纪40年代到60年代，对微观世界理性认识的最大进展是量子力学的建立。经过一代物理学家的努力，量子力学能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收及辐射等等现象，特别是当它同狭义相对论结合而建立相对论性量子力学以后，它已经成为微观世界在原子、分子层次上的一个基本理论。
但是，量子力学还有几个方面的不足：它不能反映场的粒子性；不能描述粒子的产生和湮没的过程；它有负能量的解，这导致物理概念上的困难。量子场论是由狄喇克、约旦、维格纳、海森伯和泡利等人在相对论量子力学的基础上，通过场的量子化的途径发展出来的，它很好地解决了这三个问题。
库什和福里1947年发现的电子反常磁矩，和由兰姆等发现的氢原子能级的分裂，只有通过量子电动力学的重正化理论才能得到正确的解释。今天，量子电动力学已经经受了许多实验上的验证，成为电磁相互作用的基本理论。
并非所有的基本粒子都是“基本”的想法，最早是在1949年由费密和杨振宁提出的。他们认为，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构成的结合态。1955年，坂田昌一扩充了费密和杨振宁的模型提出了强子是由核子、超子和它们的反粒子构成的模型。
1961年，在实验上发现了不少共振态。1964年，已发现的基本粒子(包括共振态)的种类增加到上百种，因而使得盖耳-曼和兹韦克提出，产生对称性的基础就是构成所有强子的构造单元，它们一共有三种，并命名为夸克。
20世纪60年代以来，在宇宙线中、加速器上以及在岩石中，都进行了对夸克的实验找寻，但迄今还没有被确证为成功的报道。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。虽然在这些加速器上没有找到夸克。但却得到了间接的，但是更有力地说明夸克存在的证据。
与强子的数目急剧增加的情况相反，自从1962年利用大型火花室，在实验上证实了两类中微子之后，长时间内已知的轻子就只有四种，但是到了1975年情况有了改变，这一年佩尔等在正负电子对撞实验中发现了一个新的轻子，它带正电或带负电，达质子的两倍，所以又叫重轻子。与它相应，普遍相信应有另一种中微子存在，但是尚未得到实验上的证实。
夸克理论提出不久，就有人认识到强子的强相互作用和弱相互作用的研究应建立在夸克的基础上，同时还要充分考虑强子的结构特性和各种过程中的运动学特点，才能正确地解释强子的寿命、宽度、形状因子、截面等动态性质。1965年，中国发展的强子结构的层子模型，就是这个方向的首批研究之一。层子的命名，是为了强调物质结构的无限层次而作出的。在比强子更深一层次上的层子，就是夸克。近20年来，粒子物理实验和理论发展的主流，一直沿着这个方向，在弱作用方面，已有了突破性的进展，在强作用方面，也有重大的进展。
最早的弱相互作用理论，是费密为了解释中子衰变现象在1934年提出来的。弱作用宇称不守恒的发现，给弱作用理论的研究带来很大的动力。随后不久便确立了描述弱作用的流在洛伦兹变换下应当具有的形式，而且适用于所有的弱作用过程，被称为普适费密型弱相互作用理论。
1961年，格拉肖提出电磁相互作用和弱相互作用的统一理论。这个理论的基础，是杨振宁和密耳斯在1954年提出的非阿贝耳规范场论。但是在这个理论里，这些粒子是否具有静止质量、理论上如何重正化等问题，没有得到解答。
1967～1968年，温伯格、萨拉姆阐明了作为规范场粒子是可以有静止质量的，还算出这些静止质量同弱作用耦合常数以及电磁作用耦合常数的关系。这个理论中很重要的一点是预言弱中性流的存在，而当时实验上并没有观察到弱中性流的现象。由于没有实验的支持，所以当时这个模型并末引起人们的重视。
1973年，美国费密实验室和欧洲核子中心在实验上相继发现了弱中性流，之后，人们才开始对此模型重视起来。在1983年，鲁比亚实验组等在高能质子—反质子对撞的实验中发现的特性同理论上期待的完全相符规范粒子，这给予电弱统一理论以极大的支持，从而使它有可能成为弱相互作用的基本理论。
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日前取得的成功，特别是弱规范粒子的发现，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。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。

‘贰’ 什么是高能天体物理学

高能天体物理学（high-energy
astrophysics）是研究发生在宇宙天体上的高能现象和高能过程的学科，是理论天体物理学的一个分支学科。这里的高能现象或高能过程一般是指下述两种情形：①所涉及的能量同物体的静止质量相对应的能量来比，不是一个可忽略的小量；②有高能粒子
或高能光子参与的现象或过程。随着类星体、脉冲星、宇宙X射线源、宇宙γ射线源等的相继发现，空间技术和基本粒子探测技术在天文观测中的广泛应用，以及高能物理学对天体物理学的不断渗透，对宇宙中高能现象和高能过程的研究便日益活跃起来。
20世纪60年代人造地球卫星被送上太空以后，对宇宙天体的辐射过程的研究从可见光、射电扩展到X射线纯此、γ射线等高能电磁辐射波段。在高能辐射波段，电磁辐射的波长短到接近或小于一个原子的大小，此时的辐射可像粒子一样深入到物质深层而不再具有光波的反射、折射等波动特性，从而又被称为高能光子。公式
E=hν=hc/λ
描述了这种电磁辐射的波粒二象性，适用于整个电磁波谱上光子的能量E、波长λ和频率ν之间的关系。如一个波长为4,000埃（1埃=0.1纳米）的蓝光光子的能量为3.1电子伏；一个波长为1埃的X射线光子能量则为12.4千电子伏；而一个波长小于原子核大小（十万分之一埃）的高能γ射线光子，能量可高于1.24千兆电子伏。因此，这里所说的“高能”，首先是指单个光子的能量高，其次是指辐射的总能量比一般恒星、如磨星系的辐射要大的多，如活动星系核、宇宙γ射线暴等。渣裤斗
中文名：高能天体物理学
外文名：high-energy
astrophysics
特征：研究宇宙天体高能现象和高能过程
大类：物理学

‘叁’ 为什么粒子物理学又称为高能物理学

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

‘肆’ 高能物理研究什么

粒子对撞机，是一种将微观粒子加速对撞的高能物理专业装置。它可以帮助物理学家探索、发现和量化粒子。它最基本的作用是在高能加速器中积累并加速粒子流，达到一定强度及能量时使它们对撞，以产生实验预期的足够高的反应能量。

对撞机可以利用一种特殊电磁场将粒子加速到接近光速的极大速度，去轰击其他粒子，打碎本来难以分割的微小粒子，以研究其结构性质和击碎效应。粒子可达到的能量级400GeV，甚至更高。

首先，粒子对撞实验中，科学家精确地测量到了电子与原子碰撞中有多少能量释放出来。表明能量和质量在一定方式下可以相互转换，也测到了接近光速时的粒子所增加的质量。实验得到的结果，再次验证了爱因斯坦狭义相对论的准确性，即E=mc^2。质能可以相互转换。

‘伍’ 什么是高能物理学它如何研究基本粒子和宇宙的结构和演化

什么是高能物理学？它如何研究基本粒子和宇宙的结构和演化？张先生是辽宁大连桐顷海参养殖户，据册运他举报，黄某带领数名外籍人员以“免费安装海水质量监测设备”为名，在他的养殖场安装了一套设备。经鉴定，设备观测范围涉及我国空中军事行动区域，把重要演训画面传输到境外。国家安全机关对黄某及数名外籍人员依法采取强制措施局姿陆，并收缴了监测设备。#我国第8个全民国家安全教育日#（总台记者王莉郝亮范月鸣于是达）另一优先领域是增加远程精准打击能力。其中还包含了多项调整建议，如为海军配备更多远程打击武器的小型舰艇、为F-35A和F/A-18F战机配备远程反舰导弹，并与美国合作开发“幽灵蝙蝠”无人机组等，使其能够“从澳大利亚进行海上、陆地和空中的机动行动，增强远程火力”。

‘陆’ 高能物理与量子力学都是研究微观世界的物理学，他们本质区别是什么

高能物理是专门研究现在所知最细微结构的。而量子力学研究范围更广。从历史上看，先有量子力学，这是可以解释很多微观现象的理论。出现时间大约是上世纪20年代。人类对物理的认识深入到原子层次。后来人们发现在原子里面的某些光谱不能用量子力学原有的理论解释。后来又出现了量子场理论，使人们对原子层次的物理认识更加精确，并且可以深入到亚原子层次。经过诸多努力，量子场理论在40年代-50年代被以极高的精度验证，成为公认的成功理论。现代高能物理仍然是以量子场理论为基础的。现代的标准模型，包括强弱电磁相互作用，都是用量子场描述的。

‘柒’ 什么是高能物理

高能物理学是研究物质世界基本结构(最深层毁中次)和明樱基本激余丛相互作用规律的科学。

也就是所谓的最微观的世界元素如：夸克与胶子

‘捌’ 高能物理指的是什么

高能物理学(high energy physics)又称粒子物理学或基本粒子物理学，它是物理学的一个分支学科，研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构性质，和在很高的能量下，这些物质相互转化的现象，以及产生这些现象的原因和规律。它是一门基础学科，是当代物理学发展的前沿之一。粒子物理学是以实验为基础，而又基于实验和理论密切结合发展的。

‘玖’ 搞材料和高能物理有什么区别

您好，材料和高能物理之间有很大的区别。材料物理是研究物质的结构、性质、物理性质和行为的学科，其研究的对象是固体、液体、气体和其他物质的结构、性质和行为。而高能物理学则是研究高能粒子的性质和行为的学科，其研态帆液究的对象是由原子核、原子和分子组成的物质的结构、性质和行为。

材料物理研究的是物质的结构、性质、物理性质和行为，而高能物理学则研究的是由原子核、原子和分轿神子组成的物质的结构、性质和行为。材料物理研究的是物质的结构、性质、物理性质和行为，而高能物理学则研究的是由原子核、原子和分子组成的物质的结构、性质和行为。材料物理研究的是物质的结构、性质、物理性质和行为，而高能物理学则研究的是由原子核、原子和分子组成的物质的结构、性质和行为，以及它们的相互作用。材料物理的研究范围更广，涉及到物质的结构、性质、物理性质和行为，而高能物理学则主要研究高能粒帆物子的性质和行为，以及它们的相互作用。

‘拾’ 高能物理的主要学科有哪些

高能物理学(high energy physics)又称粒子物理学或基本粒子物理学，它是物理学的一个分支学科，研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构性质，和在很高的能量下，这些物质相互转化的现象，以及产生这些现象的原因和规律。