PDF《粒子物理》

粒子物理 第一讲:简介 曹庆宏 北京大学物理学院理论物理所 (本节内容部分取自朱世琳老师的科普报告) 粒子物理回答两个核心问题: 1) What are the elementary constituents of Matter? 2) What are the forces that control their behavior at the most basic level?

2 /52 History of Constituents of Matter

3 /52 课程安排 ? 课程内容: C 粒子物理的起源和发展,相对论性运动学,粒子探测技术和 实验装置,? 对称性及其应用,量子电动力学简介,弱电理论 简介和实验检验,量子色动力学简介和检验,标准模型和弱 电对称性自发破缺 C 待定内容:大统一理论简介,中微子混合和质量起源,暗物 质模型和探测,超对称模型和检验 ? 课程目的: C To Know why it is interesting;

To know the basic ideas and terminology;

To do simple calculations ? 成绩计算: C 作业(30%) ,期末考试(70%) C 周三课后交作业,周一返还.

C 迟交、晚交、不交作业者不得分 C 作业雷同者全记零分

4 /52 教材:《Modern Particle Physics》by Mark Thomson Published by Cambridge University Press,

2013 ? 注意:课程并不局限于教材 (最好的教材始终都是尚未出版的) ? 陈申见老师讲义 (内事不决问百度) ? Particle Data Group Review: http://pdg.lbl.gov

5 /52 其他参考教材 ? 粒子物理与核物理讲座,高崇寿和曾谨言,高等教育出版社 (1990) ? 群伦及其在粒子物理学中的应用,高崇寿,高等教育出版社 (1992) ? 粒子物理导论,杜东升和杨茂志,科学出版社(2015) ? The Experimental Foundations of Particle Physics, by Robert N. Cahn, Gerson Goldhaber ? Modern Elementary Particle Physics, by Gordon L. Kane ? Introduction to elementary particle physics, by Aleessandro Bettini ? Introduction to Elementary Particle, by David Grif?ths ? Quarks and Leptons: An Introduction Course in Modern Particle Physics, by Francis Halzen, Alan D. Martin ? Introduction to High Energy Physics (高能物理学导论), by Donald Perkins

6 /52 课程内容 1. 粒子物理简介 2. 粒子物理基本概念: 单位制、狭义相对论和量子 力学、衰变宽度和散射截面 3. 狄拉克方程 4. 基本粒子相互作用 5. 正负电子湮灭 6. 正负电子弹性散射 7. 深度非弹散射 8. 对称性和夸克模型 9. 量子色动力学 10. 弱相互作用 11. 轻子的弱相互作用 12. 中微子质量和混合 13. CP 破坏 14. 电弱统一 15. 标准模型精确检验 16. 希格斯粒子 17. 超出标准模型的新物理 暗物质、大统一理论. . .

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2014 年期末考题 请判断本课程是否是你心目中的粒子物理课程 一.(35 分)简答题 1. 请叙述自然界中的四种基本相互作用,并比较各种相互作用的强弱. (3 分) 2. 请在自然单位制中将室温用 GeV, sec (秒) 和fm (费米) 表示. (3 分) 3. 在美国费米实验室的 Tevatron 对撞机上 p? p → W+ 的散射截面是 σ =

10 nb,并且 实验亮度为 L = 1031cm?2s?1.请问,一年内(? 107s)中可以产生多少个 W+ 玻色子? (3 分) 4. 请说明光子质量项 m2 γA?A? 破坏 U(1) 规范对称性. (3 分) 5. 请说明深度非弹散射过程 e?p → e?X 中观测到的 Bjorken 标度不变性,并阐述如 何使用费曼部分子模型解释此标度不变性. (5 分) 6. 考虑正负电子对撞机上 e+e?对产生过程,请在同一图形中画出 Nν =

3 和Nν =

4 两种情况下的 ?+?? 的不变质量分布,其中 Nν 是无质量中微 子的种类数目. (3 分) 7. 请说明为什么 τ? 轻子衰变道 τ? → ντ e? ? νe 的分支比是 20%. (5 分)(提示:画 出费曼图分析) 8. 请说明实验上如何发现下列粒子(任选