PDF《粒子物理》

5 个) : (10 分) (1)电子;

(2)? 轻子;

(3)τ 轻子;

(4)π 介子;

(5)粲夸克;

(6)底夸克;

(7)顶夸克;

(8)中微子;

(9)W 玻色子;

(10)Z 玻色子;

(11)希格斯粒子;

(12)胶子.

8 /52 二.(15 分)请说明下面那些过程是可以发生并通过何种相互作用发生.如果某过程被禁 戒,请说明原因. e+ ?? → e? ?+ , ?+ → e+ νe ? ν? p → ne+ νe , Λ → pπ? π+ n → ΛK+ , pp → pp? p? p e? e+ → ?? ?+ , p → e+ γ π? → ?? ν? , K+ → π+ γ 三.(10 分) 实验上观测到强衰变过程 ρ0 → π+π?,但没有观测到 ρ0 → π0π0 衰变过 程.请据此推导出 ρ 的量子数: (1)G-宇称, (2)自旋, (3)内禀宇称;

并提供禁戒 ρ0 → π0π0 衰变过程的三种不同原因. 四.(10 分)在未来质心系能量为

1000 GeV 的正负电子直线加速器上,我们期望可观测 到一对正反顶夸克事例, e+ e? → t? t, t → W+ b, ? t → W?? b. 1. 请画出顶夸克对产生过程的费曼图. (1 分) 2. 请说明顶夸克对事例的衰变末态中可以存在

2 个,4 个或

6 个夸克,并给出每种情 况出现的几率. (4 分) 3. 考虑如下两种末态: (1)4 个夸克、?+;

(2)2 个夸克、e?、?+, 请画图说明如何在探测器上观测这两种末态. (5 分)

9 /52 五.(8 分)RX 值测量在粒子物理中具有异常重要的作用, RX 定义如下: RX ≡ σ(e+ e? → X) σ(e+e? . 考虑下列各种新物理奇异粒子,假设这些奇异粒子仅参与 QED 相互作用.当正负电子对撞机具有足够高的能量可以 产生一对新物理粒子时,请计算相应的 R 值: 1. RL:SU(2) 弱同位旋二重态的新轻子 L,设其超荷为 Y = +3, L = ( L1 L2 ) 2. RQ′ :SU(2) 弱同位旋三重态的新夸克 Q′ ,设其超荷为 Y = +4/3 Q′ = ? ? Q′

1 Q′

2 Q′

3 ? ?

10 /52 六.(22 分) 仅考虑 QED 理论.在非极化的正负电子对撞机上,忽略电子质量时, e+e? → τ+τ? 的散射振幅模方为 |M|2 = 2e4Q2 τ (p1 ・ p2)2 [ (p1 ・ p4)(p2 ・ p3) + (p1 ・ p3)(p2 ・ p4) + m2 τ (p1 ・ p2) ] 其中 p1,2,3,4 分别是 e?, e+, τ?, τ+ 的动量,Qτ 是τ轻子电荷. 1. 令质心系能量为 √ s,设e? 和e+ 分别沿 +? z 和?? z 方向入射.请推导 e+e? 质心 系中末态 τ? 的空间极化角(θ)的微分散射截面,并计算总散射截面. (8 分) 2. 计算前后不对称性 AFB ≡ σ(cos θ >

0) ? σ(cos θ <

0) σ(cos θ >

0) + σ(cos θ <

0) 并解释物理原因. (2 分) 3. 如果光子仅仅和左手手征性的带电轻子相互作用,在忽略电子和 τ 轻子质量的情 况下,请通过螺旋度振幅分析给出散射振幅模方. (2 分) 4. 接上问,请写出末态 τ? 的空间极化角的微分散射截面,并计算 AFB. (2 分) 5. 如果 τ± 自旋为零,请说明 τ? 极化角微分散射截面在前后方向处为零. (2 分) 6. 如果光子自旋为 0,请给出末态 τ? 的空间极化角微分分布. (2 分) 7. 请写出强子对撞机上 τ+τ? 产生过程的散射截面. (2 分) 8. 考虑 τ 质量不可忽略的情况.当mτ =

500 GeV,请分析在 √ s =

2000 GeV 的质 子 -反质子强子对撞机上价夸克和海夸克的贡献大小;

当mτ =

1 GeV 时重复上面 分析. (2 分)

11 /52 1. 何为粒子物理?

12 /52 粒子物理:探索物质微观结构的前沿学科 ? 物理学是在人类探索自然的奥秘中形成的学科,物理 学研究宇宙间物质存在的基本形式,物质的性质、物 质的运动规律、物质之间如何相互作用、相互转化以 及各种物质形态内部结构的基本规律. ? 人类在探索自然奥秘的过程中,一个重要的基本问题 是探索物质微观结构的基本规律. ? 另一个重要的基本问题是探索物质大范围结构(宇观) 的基本规律.这方面的前沿学科是天体物理学和宇宙 学. ? 再一个重要的基本问题是探索宏观物质结构复杂系统 运动的基本规律,这涉及近代物理学的各个前沿分支.