粒子物理1_引言、常识、散射截面与衰变宽度.pptx

1、粒子物理之一引言、常识、散射截面与衰变宽度,张宏浩,参考书：肖振军、吕才典粒子物理导论,2,什么是粒子物理,赵光达：给肖振军、吕才典粒子物理导论一书的序言,3,宇宙起源与演化,生命起源及其本质,粒子物理与宇宙学： 联合与交叉,同步辐射与中子散射: 提供关键的研究手段,4,现代自然科学研究的三个最重要前沿,物 质 基 本 结 构,5,什么是高能物理?,物质世界的基本组分及其相互作用是自然界最基本的科学问题之一：物质微观结构的研究引领了科学发展几百年 高能物理，也称粒子物理, 是分子、原子(化学、凝聚态物理)、原子核（ 核物理）研究的自然发展与深化,6,粒子物理研究的范围及其要解决的基本问题,一,

2、寻找构成物质世界的基本元素,二,研究物质间的相互作用规律,三,明了基本粒子的性质,四,理解宇宙起源与演化的规律,7,物质由什么组成？,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,粒子物理中的标准模型,物质由三代轻子与夸克构成: 传递相互作用的粒子: 光子 电磁作用 W 和 Z 弱作用 胶子 强作用 量子色动力学 (QCD) 质量起源 Higgs,电弱统一理论,标准模型有哪些基本粒子？,24,标准模型的拉格朗日量,25,26,标准模型的规范对称性：SU(3)SU(2)U(1),27,28,29,30,31,32,33,34,粒子物理研究的未来 ？,

3、粒子物理研究在近代取得了辉煌成就 标准模型取得了巨大成功（9次诺贝尔奖） 发现了构造物质世界的所有“基本粒子”，其性质与标准模型预言符合（8次诺贝尔奖） 相关的加速器与探测器技术进步巨大，并得到广泛应用(3次诺贝尔奖） 问题 标准模型“完备”以后，粒子物理向何处去 ？ 实验上，标准模型并不能解释所有现象 理论上，标准模型并不完备 理论猜想： 复合模型 大统一理论、超对称理论、额外维理论 超弦理论,更深层次，更大统一,唯一途径：新的实验证据 新的大加速器,35,粒子物理及标准模型的主要“问题”,标准模型不是终极理论 基本粒子的质量差1013倍 自然性问题：希格斯粒子质量是2个大数相减 按目前的标

4、准模型，我们的真空是亚稳的 没有暗物质粒子 无法解释宇宙中没有反物质 超出标准模型的新现象 在高能下相互作用没有统一 不能描述中微子,在 1- 10 TeV之间有新物理 ？,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,面积单位,46,47,48,49,50,工作之前：要注意符号约定,51,52,53,54,55,vi用法续1,56,vi用法续2,57,vi用法续3,58,59,60,61,62,63,矢量玻色子的传播子,64,例：如何从拉氏量的二次项推导得到费曼传播子,65,66,67,68,69,70,旋量二次型的厄米共轭,证明见下页,证明留为作业,71,旋量二次型的厄米共轭

5、的证明,72,73,如何计算散射截面,74,2n散射的微分截面,75,分母的通量因子是Lorentz不变量，它可以用在质心系两粒子的总能量sqrt(s)和其中一个粒子的3动量p_acm来表达：,因此，2到n的微分散射截面又可写为,76,特别地，对于末态只有两个粒子，即a+b1+2散射的情况，二体末态相空间积分测度为,将其代入微分散射截面公式得,77,2到2的微分散射截面公式也可用Mandelstam变量t来表达，其中,特别地，对于2到2的弹性散射，t的变化范围是：,更特别地，对于2到2的弹性散射，且初态两粒子的静质量相同时，t的变换范围是,78,79,证明：,80,例1：标量型相互作用下暗物质

6、的成对湮灭【振幅不依赖于散射角度】,张宏浩等，Nuclear Physics B 854 (2012) 350374,81,82,83,例2：在忽略费米子质量的条件下计算以下散射截面,84,85,86,若忽略Z玻色子的贡献，则散射振幅为,87,88,Gamma矩阵的一些约定与恒等式,89,90,91,作业,92,93,94,如何计算散射截面 作业讲解,证明：,95,证明：,96,证明：,97,又由于 因此,98,证明：由于,因此,99,100,如何计算衰变宽度,1n衰变的微分衰变率,101,12衰变的微分衰变率,102,二体相空间积分,103,二体衰变率,104,二体衰变的末态粒子其中一个质量为零时,这里已假定末态两粒子不全同，故统计因子S=1,105,二体衰变的末态两粒子质量相等时,106,例：假定Higgs与暗物质粒子存在有效相互作用,