南京大學(xué)大學(xué)物理下課件-第17章粒子物理簡介

匯報(bào)人：鄭老師2023-12-31南京大學(xué)《大學(xué)物理（下》課件-第17章粒子物理簡介目錄粒子物理簡介粒子的分類與性質(zhì)粒子物理中的重要實(shí)驗(yàn)粒子物理的理論框架粒子物理的未來展望01粒子物理簡介粒子物理的定義粒子物理是研究物質(zhì)基本組成粒子的學(xué)科，這些粒子包括原子核、電子、光子等。粒子物理主要關(guān)注粒子的產(chǎn)生、湮滅、相互作用及其基本性質(zhì)，以及它們在物質(zhì)和輻射中的表現(xiàn)。粒子物理研究的基本內(nèi)容包括粒子的分類、性質(zhì)、相互作用及其在物質(zhì)和輻射中的表現(xiàn)。粒子物理還研究粒子的產(chǎn)生和湮滅過程，以及這些過程對物質(zhì)和宇宙演化的影響。粒子物理的研究內(nèi)容粒子物理的發(fā)展始于20世紀(jì)初，隨著原子結(jié)構(gòu)和量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)，人們開始深入探索物質(zhì)的基本組成。20世紀(jì)中葉，隨著核物理學(xué)和粒子加速器的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了越來越多的基本粒子，如質(zhì)子、中子、π介子等。20世紀(jì)后半葉，隨著高能物理實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展，人們發(fā)現(xiàn)了許多新的粒子和現(xiàn)象，如夸克、輕子、強(qiáng)子等，這些發(fā)現(xiàn)對理解物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。粒子物理的發(fā)展歷程02粒子的分類與性質(zhì)媒介子輕子強(qiáng)子原子核粒子的分類01020304傳遞基本相互作用的粒子，如光子、膠子。不參與強(qiáng)相互作用的粒子，如電子、μ子、τ子。參與強(qiáng)相互作用的粒子，如質(zhì)子、中子。由質(zhì)子和中子組成的復(fù)合粒子。不同粒子具有不同的質(zhì)量，是粒子最基本的性質(zhì)之一。粒子的質(zhì)量粒子的電荷粒子的自旋粒子所帶電荷數(shù)目的多少和正負(fù)決定了粒子的電磁性質(zhì)。粒子具有內(nèi)在的旋轉(zhuǎn)特性，影響其相互作用的方式和強(qiáng)度。030201粒子的基本性質(zhì)粒子的相互作用通過光子傳遞，是日常物體間相互作用的主要方式。通過膠子傳遞，是強(qiáng)子之間相互作用的主要方式。通過W和Z玻色子傳遞，是某些放射性衰變和核聚變的主要機(jī)制。通過引力子傳遞，是所有物體之間相互作用的基本方式之一。電磁相互作用強(qiáng)相互作用弱相互作用引力相互作用03粒子物理中的重要實(shí)驗(yàn)03原子核的轉(zhuǎn)變原子核可以通過放射性衰變和核反應(yīng)等方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，釋放出能量。01原子核的發(fā)現(xiàn)科學(xué)家通過研究原子光譜和放射性現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了原子核的存在。02原子核的結(jié)構(gòu)原子核由質(zhì)子和中子組成，具有強(qiáng)相互作用力，是原子核穩(wěn)定性的原因。原子核的發(fā)現(xiàn)與研究科學(xué)家通過在地球表面和高空設(shè)置探測器，測量和分析了宇宙射線的基本性質(zhì)。宇宙射線的探測宇宙射線主要來源于宇宙空間的恒星、星系和黑洞等天體，是研究天體演化和宇宙學(xué)的重要手段。宇宙射線的來源宇宙射線主要由高能帶電粒子組成，如電子、質(zhì)子和重離子等。宇宙射線的成分宇宙射線的探測與解析

對撞機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用對撞機(jī)的設(shè)計(jì)對撞機(jī)是一種高能物理實(shí)驗(yàn)裝置，通過加速帶電粒子至極高速度，使其在碰撞中產(chǎn)生新的粒子或揭示物質(zhì)的基本性質(zhì)。對撞機(jī)的應(yīng)用對撞機(jī)在粒子物理學(xué)研究中具有重要應(yīng)用，如發(fā)現(xiàn)新的粒子、驗(yàn)證或推翻現(xiàn)有的物理理論等。對撞機(jī)的歷史與發(fā)展對撞機(jī)經(jīng)歷了從低能到高能的發(fā)展歷程，目前最高能的對撞機(jī)是歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）。04粒子物理的理論框架量子場論是描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)和相互作用的理論框架，它將經(jīng)典物理學(xué)中的場概念與量子力學(xué)相結(jié)合，通過場算符和場態(tài)描述微觀粒子的狀態(tài)和演化。量子場論中，微觀粒子被視為場量子化的激發(fā)態(tài)，它們通過相互作用產(chǎn)生和湮滅，從而形成豐富多彩的物質(zhì)世界。量子場論的基本概念標(biāo)準(zhǔn)模型是描述基本粒子和相互作用的量子場論，它基于對稱性和守恒定律，將電磁、弱和強(qiáng)相互作用統(tǒng)一在一個(gè)理論框架內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)模型成功地預(yù)言了眾多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并在精確度上達(dá)到了很高的水平。然而，隨著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不斷積累，標(biāo)準(zhǔn)模型也面臨著一些未解之謎和需要進(jìn)一步研究的問題。標(biāo)準(zhǔn)模型的建立與發(fā)展大統(tǒng)一理論是試圖將強(qiáng)力、弱力、電磁力等基本力統(tǒng)一在一個(gè)理論框架內(nèi)的物理學(xué)理論。它基于量子場論的擴(kuò)展，將基本粒子和相互作用納入一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)學(xué)體系。超弦理論是大統(tǒng)一理論的一種形式，它提出所有基本粒子都是由一維的弦構(gòu)成，不同的振動(dòng)模式對應(yīng)于不同的粒子。超弦理論在數(shù)學(xué)上非常復(fù)雜，目前尚未得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但它為探索宇宙的基本規(guī)律提供了新的思路。大統(tǒng)一理論與超弦理論05粒子物理的未來展望超對稱粒子超對稱理論預(yù)言了一系列超對稱粒子，如超夸克、超輕子等，尋找這些粒子有助于驗(yàn)證超對稱理論，并深入理解物質(zhì)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。暗物質(zhì)粒子尋找暗物質(zhì)粒子是粒子物理的重要方向之一，通過實(shí)驗(yàn)觀測暗物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)的相互作用，有助于揭示宇宙中暗物質(zhì)的本質(zhì)。軸子軸子是一種假設(shè)的粒子，具有很小的相互作用力，尋找軸子有助于解決宇宙中的一些未解之謎，如宇宙磁場的起源等。新粒子的尋找與發(fā)現(xiàn)時(shí)間對稱性時(shí)間對稱性研究有助于深入理解時(shí)間箭頭和宇宙演化的方向，探索時(shí)間反演對稱性的破壞機(jī)制。對稱性與守恒定律對稱性與守恒定律之間存在密切聯(lián)系，深入研究對稱性有助于發(fā)現(xiàn)新的守恒定律，并解釋已知的守恒定律?？臻g對稱性深入研究空間對稱性，如洛倫茲對稱性、超對稱性等，有助于揭示物質(zhì)和力的內(nèi)在聯(lián)系，并建立更為完善的物理理論。對稱性的深入研究大爆炸理論大爆炸理論是目前對宇宙起源與演化的最廣泛科學(xué)模型之一，通過研究大爆炸理論，可以深入理解宇宙的起源和演化過程。宇宙學(xué)常數(shù)宇宙學(xué)常數(shù)是描述宇宙空間曲率的關(guān)鍵參數(shù)，研究