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粒子物理发展史话,郑志鹏2008.10,粒子物理，又称高能物理，是研究物质组成最小单元基本粒子的性质和其相互作用规律的一门学科。经过半个多世纪的努力，科学家们发现组成原子核的中子和质子不是基本的，物质是由夸克组成的。夸克与轻子组成基本粒子世界。,夸克有几种轻子弱作用和电磁作用的统一以及W，Z0的发现宇称是否守恒量子色动力学（QCD）第一个反粒子正电子的发现粒子物理面临的问题结束语,提纲,一夸克有几种？,60年代初，人们对强子排队时，发现有某些规律，可排成“八重态”，“十重态”。Gellmann用三种夸克可很好解释这种排列，以后事实证明他是正确的。他获得了1969年诺贝尔物理学奖。,一夸克有几种？,1974年，丁肇中和Richter发现了J/粒子，这是第四种夸克发现的证据。为此，他们获得了1976年诺贝尔物理奖。,1977年，1995年，分别发现了第五种和第六种夸克。迄今为止，夸克共有六种。,一夸克有几种？,4.实验上夸克存在的证据20世纪70年代，J.I.Friedman,H.W.Kendall和R.E.Taylor三人在电子与质子深度非弹实验发现质子内部有“硬心”，他们获1990年诺贝尔物理奖。,一夸克有几种？,二轻子,电子1897年，J.J.Thomson发现由电子组成“阴极射线”，他测量了电子的荷质比，获得了1906年的诺贝尔物理奖。1936年尼德尔迈耶在云室中发现,M.L.Perl在美国MarkII上发现了轻子。1995年获得诺贝尔物理奖。美籍华人蔡永赐在预言轻子存在，计算其衰变分支比方面做出了突出贡献。轻子总共只有三种。,二轻子,2.中微子1930年，在解释“原子核的衰变的电子能量谱是连续的”这一事实时，物理学家泡利提出一假设：存在一个不带电的粒子，称为中微子。但由于它与物质发生相互作用的可能性很小，因而极不容易探测，长期以来对它的存在始终是一个谜。数十年后，人们终于探测到它，并且发现中微子有不同的类型（以上都获得诺贝尔物理奖）。,二轻子,F.Reines在50年代通过反应找到中微子存在的证据，获得1995年诺贝尔物理奖,二轻子,60年代，L.M.Lederman，M.Schwartz和J.Steinberger通过实验证明：中微子至少有两种：e和他们共享了1988年诺贝尔物理奖,二轻子,本世纪初，美国费米实验室找到第三种中微子存在的证据。雷蒙德戴维斯（美）和小柴昌俊（日）因为分别探测来自太阳的中微子和来自大气、超新星爆发的中微子获得2002年诺贝尔物理奖。,二轻子,中国物理学家王淦昌早在40年代提出用核反冲法测量中微子的方法。三种中微子可以互相转变，即中微子有振荡，因此导致中微子有质量（虽然很小）。,二轻子,三代夸克三代轻子,三.弱作用和电磁作用的统一以及W，Z0的发现,1.四种基本力,引力：牛顿受苹果落地的启示而发现万有引力。电磁力：指南针在地磁作用下的偏移。弱力：中子及其它粒子衰变过程中出现。强力：夸克之间的作用力。,2.四种基本力之间的关系这四种力之间可能是相互关联的。目前实验发现弱力和电磁力是统一的。有迹象表明，弱、电磁和强力是统一的。,三.弱作用和电磁作用的统一以及W，Z0的发现,三.弱作用和电磁作用的统一以及W，Z0的发现,3.弱作用和电磁作用是统一的，理论上做出贡献的S.L.Glashow，S.Weinberg和A.Salam获1979年诺贝尔物理奖,4.弱电统一理论预言存在W，Z0中间玻色子。CERN的C.Rubbia和VanDerMeer因发现W和Z0而获1984年诺贝尔物理奖。,三弱作用和电磁作用的统一以及W，Z0的发现,四宇称是否守恒？,李政道，杨振宁1956年在解释-是否同一粒子时提出宇称（左右不同对称性）不守恒，后被吴健雄的衰变左右不对称所证实。李、杨获1957年诺贝尔物理奖。,2.J.W.Cronin和V.L.Fitch在60年代发现中性K介子CP（正、反粒子和空间联合反演）不守恒，获1980年诺贝尔物理奖。,四宇称是否守恒？,3.日本Belle和美国BaBar2001发现中性B介子也存在CP不守恒。,四宇称是否守恒？,世界平均值:,五量子色动力学（QCD）,Cross等于70年代提出描述强作用的理论QCD，被实验证实，获2004年诺贝尔物理奖。,六第一个反粒子正电子的发现,1932年，C.D.Anderson在云室中发现与电子质量相同但电荷相反的粒子正电子而获1936年诺贝尔物理奖。很遗憾，我国物理学家赵忠尧却失之交臂。赵在30年代初首次观察到正电子湮没和产生现象，并对Anderson的实验有重大影响。,Higgs是否存在？(期待LHC证实)超对称粒子（*注）是否存在？胶子球存在的证据，四夸克态、五夸克态、六夸克态和奇特态的寻找。暗物质的探测（可观察物质仅占4，23为暗物质）暗能量（占73）的理解和寻找反物质的寻找（AMS）CP破坏的本质是什么？粒子为什么有质量？（从1eV到176GeV）*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。,七粒子物理面临的问题,七粒子物理面临的问题,9.夸克、轻子是基本组元吗？10.夸克、轻子只有三代吗？11.中微子振荡的存在说明中微子有质量，在标准模型框架中不能解释。12.夸克、胶子等离子体是否存在？（期待RHIC上发现）13.为什么宇宙中物质反物质是不对称的？14.弦与超对称理论的发展和被实验的证实15.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）,结束语,半个多世纪以来，粒子物理取得了举世瞩目的进展。这是数以万计的科学家，工程师共同奋斗的结果。这其中一些