粒子物理发展史话

1、粒子物理发展史话第1页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二 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。第2页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二第3页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二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 纲第4页，共35页，2022年，5月20

2、日，17点14分，星期二一 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。第5页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二一 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。 第6页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二第7页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二第8页，共35页，2022年，5月20日

3、，17点14分，星期二1977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？第9页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二4. 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？ 第10页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二二 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

4、诺贝尔物理奖。 1936年尼德尔迈耶在云室中发现 第11页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二 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 轻子第12页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二2. 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，

5、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 轻子第13页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二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 轻子第14页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二60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 轻子第15页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二本世纪初，美国费米实验室找到第三种中微子存在的证据

6、。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 轻子第16页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二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 轻子第17页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二 三代夸克 三代轻子第18页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二三. 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

7、。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。第19页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二2. 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 的发现力的类型引力弱力电磁力强力作用距离非常远1017厘米远1013厘米强度103810131021传递粒子引力子W、Z0光子胶子第20页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二三. 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

8、一的，理论上做出贡献的 S.L. Glashow，S. Weinberg 和 A. Salam 获1979年诺贝尔物理奖第21页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二4. 弱电统一理论预言存在 W，Z0 中间玻色子。CERN 的 C. Rubbia 和 Van Der Meer 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 的发现第22页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二第23页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二四 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

9、（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。第24页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二第25页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二第26页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二2. 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？第27页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二第28页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二3. 日本

10、Belle 和美国 BaBar 2001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:第29页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二五 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。第30页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二六 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

11、象，并对 Anderson 的实验有重大影响。第31页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二第32页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二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第33页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二七 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）第34页，共35页，2022年，5月20日，17点14分，星期二结 束 语 半个多世纪以来，粒子物理取得了举世瞩