1、粒子物理实验,清华大学物理系 高原宁,组成世界的基本单元 ? 基本单元间的相互作用 ?,世界是从哪里来的?,标准模型 粒子物理实验基础、方法 粒子物理前沿问题举例 FAQ,1015 P (peta)1012 T (tera)109 G (giga)106 M (mega)103 K (kilo)10-3 m (milli)10-6 (micro)10-9 n (nano)10-12 p (pico)10-15 f (femto),粒子物理常用单位,1 eV = 1.602 x 10-19 J1 eV/c2 = 1.782 x 10-36 kg,能量: eV动量: eV/c质量: eV/c2 c
2、 speed of light in vacuum,例如: BEPC 质心对撞能量 2-5 GeV 质子质量 0.938 GeV/c2,I.标准模型(The Standard Model),The Standard Model (1) : What is the world made of,The Standard Model (2) : What holds it together,标准模型的数学表达,II. 粒子物理实验基础、方法,粒子物理理论是对实验现象的总结，必须得到实验的验证。,粒子物理实验观测对象：小,粒子物理实验设备：大,ATLAS Detector,粒子物理实验基础（1）：如何
3、观察世界,一束光线（Source）,一只眼睛（Detector),一个对象（Taget）,原子结构的发现,粒子物理实验基础（2) 为什么需要高能,探测微观结构需要高能粒子束,量子力学基本原理：物质具有波粒二象性，以动量 p运动的点粒子的物质波波长为,微观尺度为d，则 114.4 GeV 。,欧洲核子中心的LHC计划,CMS,ATLAS,LHCb,ALICE,Former LEPTunnel,LHC circumference26.7 kilometers,Questions for the LHC- Does Higgs Particles exist ?- Can all the Force
4、s and Particles be unified ? (Super Symmetry)- Is Dark Matter made of Super Symmetric Particles ?- What happened to the Antimatter in the Universe ?- Did the Universe go through a Phase of Quark-Gluon Plasma ?- Are the Fundamental Particles two-dimensional Strings ?- Does the Universe have more than
5、 three Spatial Dimensions ?- Are there more Forces and Particles to be discovered ?- Accelerating Expansion of the Universe and Dark Matter- Could everything be just wrong ?,粒子物理前沿问题(2)：对称性破坏,一切对称性的根源在于对于某些基本量的不可观测性 所有的对称性原理的正确性都依赖于不可观测量的理论假设，所以一旦一个不可观测量被认为实际上是可观测量时，就产生对称性的破坏。 李政道 粒子物理和场论简引,Violatio
6、n of L-R Symmetry,World,10%,90%,Mirror World,Even more with DNA,杨振宁（1922）,李政道（1926）,1956年诺贝尔物理奖获得者,提出弱相互作用下宇称不守恒,吴健雄在做Co60 衰变实验,吴健雄在做学术报告,在弱相互作用过程中： 镜像对称破坏 正反粒子对称破坏 时间反演对称破坏而在强相互作用和电磁相互作用中又是保持的 ！,物理机制是什么？,粒子物理前沿问题(3) 粒子物理和宇宙学,天体物理和宇宙学,粒子物理学,真空的复杂结构？,新粒子，如超对称粒子？,重子数不守恒，CP破坏，,中微子质量和振荡,IV. FAQ,FAQ（0）粒子
7、物理的用途,对自然界的探索是科学技术发展的重要推动力量,“To invent an infallible remedy against toothache, which would take it away in a moment, might be as valuable andmore than to discover a new planet. but I do not know howto start the diary of this year with a more important topicthan the news of the new planet.” Christof
8、Lichtenberg, 1782 （German physicist and philosopher）,By research in pure science I mean research made without any idea of application to industrial matters but solely with the view of extending our knowledge of the Laws of Nature. I will give just one example of the utility of this kind of research,
9、 one that has been brought into great prominence by the War - I mean the use of X-rays in surgery. Now how was this method discovered? It was not the result of a research in applied science starting to find an improved method of locating bullet wounds. This might have led to improved probes, but we
10、cannot imagine it leading to the discovery of the X-rays. No, this method is due to an investigation in pure science, made with the object of discovering what is the nature of Electricity. J. J. Thomson, 1916,基础研究对应用研究的影响,粒子物理研究的“副产品”,“此领域的研究不仅极大地推进了人类对自身所处的客观世界起源和发展的了解，而且在这些领域研究过程中所派生出来的技术还强有力地推动着其
11、它领域的发展，成为许多高新技术产业的源头和至关重要的支撑平台，直接改善了人类生存和生活条件，是国家安全不可或缺的基础和国家综合实力的具体表现。” 国家自然科学基金“十五”优先资助领域， 国家自然科学基金委员会，2001,FAQ（1）粒子物理终结了吗？,新粒子发现史,展望,实验将为粒子物理带来新的发展机遇！,1979 标准模型获诺贝尔奖 发现W，Z 粒子 发现top Quark2000 Higgs粒子迹象？,FAQ（2）物理学之道：粒子物理的终结,起 初 神 创 造 天 地 。地 是 空 虚 混 沌 。 渊 面 黑 暗 。 神 的 灵 运 行 在 水 面 上 。 神 说 ， 要 有 光 ， 就
12、有 了 光 。神 看 光 是 好 的 ， 就 把 光 暗 分 开 了 。神 称 光 为 昼 ， 称 暗 为 夜 。 有 晚 上 ， 有 早 晨 ， 这 是 头 一 日 。神 说 ， 诸 水 之 间 要 有 空 气 ， 将 水 分 为 上 下 。神 就 造 出 空 气 ， 将 空 气 以 下 的 水 ， 空 气 以 上的 水 分 开 了 。 事 就 这 样 成 了 。神 称 空 气 为 天 。 有 晚 上 ， 有 早 晨 ， 是 第 二 日 。,道生一，一生二，二生三，三生万物。,粒子物理之“三”,QCD,Electroweak,Gravity,Standard Model,粒子物理之“道”？,
13、History of Unification,gravity,electric,magnetic,a-decay,b-decay,g-decay,planets,apple,electromagnetiesm,atoms,Quantum mechanics,mechanics,看 哪 ！ 我 要 使 洪 水 泛 滥 在 地 上 ， 毁 灭 天 下 。凡 地 上 有 血 肉 ， 有 气 息 的 活 物 ， 无 一 不 死 。 我 却 要 与 你 立 约 ， 你 同 你 的 妻 ， 与 儿 子 ， 儿 妇 ， 都 要 进 入 方 舟 。凡 有 血 肉 的 活 物 ， 每 样 两 个 ， 一 公 一 母 ， 你 要 带 进 方 舟 ， 好 在 你 那 里 保 全 生 命 。飞 鸟 各 从 其 类 ， 牲 畜 各 从 其 类 ， 地 上 的 昆 虫各 从 其 类 。 每 样 两 个 ， 要 到 你 那 里 ， 好 保 全 生 命 。你 要 拿 各 样 食 物 积 蓄 起 来 ， 好 作 你 和 它 们 的 食 物 。,FAQ（3）科学：人类文明的诺亚方舟,
