1、粒子物理学基础,王淦昌先生,李文铸先生,汪容先生,王凎昌先生和汪容先生,粒子物理学物质的基本组成 物质间的基本相互作用 物质运动的基本规律,二十世纪的主要成就,相对论与时空观念狭义相对论,高速运动粒子广义相对论,引力理论，宇宙学 量子力学波粒二象性,微观粒子 量子场论描述物理世界的基本语言 标准模型物质的基本组成和基本相互作用,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,对称性决定相互作用,电磁相互作用：U(1)规范对称性 弱电相互作用：SU(2)U(1)规范对称性 强相互作用：SU(3)规范对称性 引力相互作用：
2、局域 Lorentz 对称性规范粒子质量:对称性自发破缺 费米子质量:Yukawa 耦合一种参数化,新的物理,牛顿力学,时间，空间 点粒子：位置，速度，加速度 牛顿定律惯性作用与反作用,一个伟大的发现：,相对性原理与Galilean变换,电动力学 电磁现象,麦克斯韦方程,洛伦兹力,相对性原理,洛伦兹变换,电磁波光子:质量为零,速度为c,狭义相对论相对性原理光速不变,Lorentz变换与原时:时空对称性,相对论动力学,量子力学,波粒二象性 态的线性叠加原理 互补性原理 测不准原理,量子力学基本原理,States of the system Relation of commutation Herm
3、itian operators Schrodinger equation Principle of identity Principle of measurement,Schrodinger方程Heisenberg矩阵力学,氢原子,谐振子,相对论量子力学 Klein-Gordon方程电磁相互作用负能量,负几率,精细结构不正确,Dirac方程,电磁相互作用,正几率,电子的自旋,精细结构正确 Klein 佯谬,负能量,反粒子,相对论的预言高能微观系统的多粒子特性 量子场论的必然,基本相互作用,原子核内，质子与质子之间有很强的库仑排斥力，那么是如何维持原子核的稳定性的呢？ 要维持原子核的稳定性，核子
4、间必定存在相互吸引的强大的核力：强作用力 作用范围要小，导致原子结构的不稳定 引起原子核衰变，有轻子参与的相互作用弱作用力,四种基本相互作用力,对象 强度 范围 交换粒子 电磁力 带电粒子间 10-2 (光子) 引力 万物 10-40 G (引力子) 强力 强子 1 10-15米 g (胶子) 弱力 有轻子参与 10-5 10-18米 w,z0,非直接、即时相互作用,量子场论,描述物理世界的基本语言 量子力学 狭义相对论,量子电动力学,Tomonaga,Schwinger,R. Feynman,Dyson,电子与光子构成简单系统,介子与光子构成简单系统,规范对称性与电磁相互作用,Feynman
5、规则,Lamb 效应,电子反常磁矩,Compton 散射,强相互作用与夸克（Quark）模型,Gell-mann,Gross,Wilczek,世界到底由什么构成？,中国古代有元气说，和阴阳五行说 在古希腊有原子说即由一种不能再分的 最小基本单元“原子”构成 亚里士多德却认为物质是连续的。 正如中国庄子、天下篇所言“一尺之棰，日取其半，万世不竭”,19世纪未的三大发现,1895年伦琴（W.C.Rntgen）发现X射线 1896年贝克勒尔(H.Becquerel)发现放射性 1897年汤姆逊(J.J.Thomson)发现电子 他们三人也因此分别获得了1901年、1903年和1906年的诺贝尔物理学
6、奖。 电子的发现对物理学的影响非常深远 物理学对象从宏观转入到了微观领域,原子的有核结构,1911年汤姆逊的学生卢瑟福确立了原子的有核结构 1913年卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔建立了量子的原子结构模型 1919提出了原子核内存在中子的设想 1932年查德威克确认了中子n的存在,物质的层次结构,基本粒子的性质,质子和中子的大小约为1个费米 质子的质量为938.3MeV，中子为939.6MeV, 电子为0.511MeV 质子和中子称为重子, 电子称为轻子 质子的寿命长于亿亿亿亿年,自由中子的寿命却只有877秒，中子会衰变成质子、电子和一个新粒子反中微子. 这是否预示着质子、中子内部还有结构？,众
7、多的新粒子,1931年狄拉克预言：存在着反电子 1932年安德逊发现了正电子，并因此获得了1936年的诺贝尔物理学奖,1931年泡利预言中存在微子，不带电，质量为零 1935年汤川秀树预言介子的存在，1947年鲍威尔发现介子,更多的粒子被发现,介子： J=0， ， 0 ， k ， k0 重子: J=1/2， p，n， ，0，0， 且每种粒子都有反粒子，总数达数百种。 然而混乱中存在秩序，类似于元素周期表，上述粒子也满足一定的规律，表明粒子内部还有结构,夸克（Quark）模型,轻子 (电荷) 夸克 (电荷),第一代,第二代,第三代,强子态 深度非弹性散射,量子色动力学（QCD）,渐近自由与夸克禁
8、闭,强子质量谱,弱电统一理论,Glashow,S. Weinberg,Salam,T Hooft,Veltman,1896年贝克勒尔(H.Becquerel)发现放射性 1931年Pauli提出中微子 1933年Fermi理论 1956年宇称不守恒（LeeYangWu) 1958年VA理论 1963年Cabibbo理论 1967年Weinberg理论 1971年t HooftVeltman证明 1972年GIM机制,弱相互作用与粒子的衰变,二十一世纪 Higgs 粒子,弱电对称性破缺,费米子质量 强、弱、电三种相互作用的统一 超对称理论和超引力理论 量子引力理论超弦理论,End of the Fifth Lecture,
