粒子物理基础.ppt

粒子物理基础世界由什么构成？世界由什么组成？世界的基本砖块？原子？“原子”是基本的吗？19世纪未的三大发现“原子”是由带正电的、重而小的“原子核”和围绕它的带负电的“电子云”组成“原子核”是基本的吗？世界由什么组成？如何组成？最后答案粒子的衰变和湮灭放射性的发现射线的种类铀的衰变铀为什么会衰变？衰变中的质量亏损“质子”和“中子”是基本的吗？现代的“原子”图像“原子”的大小原子的有核结构2021/5/27物质的结构层次：宏观物体场分子原子原子核质子中子夸克电子规范粒子宇宙形成人类是认识自然界的主体——“米”基本长度单位最小对象是粒子<10-20m，最大对象是宇宙，哈勃半径，1022m宇宙的起源：大爆炸宇宙模型——100多亿年前，大爆炸。粒子在宇宙诞生的瞬间产生，最大和最小——宇宙和粒子连接起来。世界的层次物质的层次结构物质的层次结构如何实验研究粒子宇宙线对撞机（加速器）当今世界上的加速器粒子探测器如何识别不同粒子现代粒子物理实验的鼻祖:卢瑟福实验一点历史观测世界的手段：总结二十世纪的主要成就基本相互作用引力相互作用电磁相互作用强相互作用强大的核力维持原子核的稳定性弱相互作用导致基本粒子的不稳定,引起衰变空间现在物理认为，粒子间的相互作用是由场传递的，是依靠交换规范玻色子来实现的。量子场论认为：（１）每种粒子都有相对应的场，场没有不可入性，对应各种粒子的场相互重叠地充满全空间。（２）某种场能量最低的状态称为该场的基态。基态场不能通过状态变化释放能量、输出信号。表现为观察不到存在粒子。（３）场处于激发态时表现为出现相应的粒子，场的不同激发态表现为粒子的数目和运动状态不同。（４）当所有场都处于基态时，任何一个场都不可能释放能量而给出信号，都不显示粒子——物理上的真空。真空并非空无一物而是充满了各种基态场。（５）基态场和激发态的场都与其他场相互作用，他是粒子间相互作用的来源。TheFourTypesofInteractions相互作用的统一理论经过某种变换之后，物理规律保持不变，这就是物理规律的对称性。如果一个操作使系统从一个状态变到另一个与之等价的状态，或者说，状态在此操作下不变，我们就说这系统对这个操作是对称的，而这个操作叫作这系统的一个对称操作.空间对称性与空间对称性相对称的操作有旋转、平移、镜像（1）旋转对称圆对于绕过其中心垂直于圆面轴o旋转任意角度的操作都是对称的。对于在圆内加一对相互垂直直径的体系，其对称操作只能是转动π/2的整数倍。如果在圆环上加一个小球，其对称操作就只能是转动2π的整数倍了。（2）平移对称时间对称性1.时间平移对称性一个静止不变或匀速直线运动的体系对任何时间间隔t的时间平移表现出不变性。对于一个周期性变化体系(单摆、弹簧振子)，对周期T及其整数倍的时间平移变换对称。2.时间反演对称性把时间t变换到(-t)的变换叫做时间反演操作，相当于时间倒流。当然，现实生活中时间是不会倒流的。但可以想象摄制的录象带倒放时出现的情形：人倒退着走路；弥漫在空气中的烟雾逐渐被收拢到烟斗中去；…。武打电视片的摄制者就是利用这一点，让演员从高处往下跳，拍摄下来倒着放，就可以表现出一个人从地面跃起，跳上高墙的场面。诗曰：君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回？君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪？这里，诗人哀叹韶华如流，人生易老，正是时间反演不对称的写照。尽管只有少数理想的体系具有时间反演对称性，但确实有这种理想的体系。标度变换对称性所谓"标度变换",通俗地讲，就是放大缩小。鹦鹉螺美丽的外壳为标度不变提供了一个很好的范例。在数学中，一条螺线，具有标度不变性的函数关系，这时当这个图形放大或缩小时，只需转过一个角度，就可以与原来的曲线重合。对称性原理微观世界的对称性3：空间反演变换（P变换）不变性空间反演变换不变性也就是镜像对称性，前面已经介绍过了，这里不再赘述。在微观世界里P变换不变性将导致系统的宇称守恒，宇称是描写一个系统的状态在空间反演下的变换方式的量子数。4：时间（T）反演不变性这是一种将时间逆转的变换，即把将来和过去颠倒过来。在T变换下，产生一个粒子变成消灭一个粒子，这种变换没有相应的量子数。5:CP联合反演不变性空间反演P和电荷共轭C联合起来的变换下的不变性，适应于绝大多数弱力过程的物理规律，中微子将变为现实世界中的反中微子。左旋中微子-C--左旋反中微子-P--右旋反中微子左旋中微子-P--右旋中微子-C--右旋反中微子但是在个别情况下，CP对称性有轻度的破坏叫CP破坏，在发现宇称不守恒的1956年就有人讨论过CP破坏的可能性，由于破坏幅度很小，直到1964年在中性K介子的衰变实验中才首次得到验证。6:CPT变换下的不变性把电荷共轭C，空间反演P，时间反演T这三种分立变换联合起来变换叫CPT变换，这是一个非常普遍，极其完美又