PDF《粒子物理》

13 /52 探索微观结构? ? 例如当把一把铁尺分割成两块时,每一块仍表现出铁 的性质,除了数量上减少外,别的并没有什么不同. 这样的分割原则上可以一直继续下去,问题在于是不 是可以无限分割下去,是不是分割到一定程度就不能 再分了. ? 上上世纪物性学和物理化学的研究发展表明物质的微 观结构并不是物质宏观结构简单地缩小,各种物质都 是由分子构成的,分子的性质是物质物理性质和化学 性质的基础. ? 如果把单个分子再加以分割,物质的物理性质和化学 性质就会明显地变化. ? 这表明物质微观结构与宏观结构不同,不能从宏观世 界规律直接推广到微观来认识微观世界的规律性.

14 /52 粒子物理的诞生 ? 二十世纪以来,物理学在探索物质微观结构基本规律 方面不断地取得进展. ? 二十世纪初,研究原子的相互作用和原子的内部结构, 产生了原子物理学. ? 从二十世纪初到三十年代,探索物质微观结构的前沿 学科是原子物理学;

? 三十年代到四十年代是原子核物理学;

? 五十年代到现在是粒子物理学. ? 下一步. . .

15 /52 More is Different! ? 物质世界是有层次的,反映物质世界的物理学规律也 是有层次的. ? 每一层次的物理都植根于更深层次的物理学,同时每 一层次的物理规律又不能还原为更深层次物理规律的 简单积累和叠加. ? 每个层次的物理都在真实的意义上不可穷尽. ? 原子物理学、原子核物理学、粒子物理学这三个学科 反映了物质微观结构的不同层次,每一层次物质运动 规律有其特有的特点. ? Physics at different scales never talk to each other!

16 /52 物理能量标度 探索物质微观结构的前沿学科和微观粒子能量变化尺度有关 ? 原子物理学的能量变化尺度是电子伏 ( eV );

? 原子核物理学的能量变化尺度是兆电子伏 (MeV =

106 eV );

? 粒子物理学的能量变化尺度是吉电子伏 ( GeV =

109 eV ) 以上,甚至太电子伏 ( TeV =

1012 eV ) .

17 /52 探索物质微观结构前沿学科发展的特点 ? 探索物质微观结构前沿学科的发展有一些共同的特点. ? 它们研究的对象都是当时人类认识的微观最小客体, 研究的内容包括互相联系的两个方面: C 微观最小客体的性质、运动、相互作用、相互转化的规律;

C 微观最小客体内部结构规律. ? 原子物理学从一开始就是从研究原子结构问题展开的, 也就是说,上述两个方面紧密联系同时开展起来.原 子核物理学也是从一开始就从研究原子核结构问题展 开的. ? 粒子物理学则是研究场和粒子的性质、运动、相互作 用、相互转化规律的学科,是研究粒子内部结构规律 的学科.

18 /52 粒子物理学是四十年代开始从原子核物理学中分出来的, 前期的发展大体上到五十年代.粒子物理学在六十年代取 得了两个重大的突破性进展. 一个重大的突破性进展是强子结构理论的确立. ? 六十年代以前,粒子物理学中并没有得到显示粒子有 内部结构的直接实验证据,理论上对粒子的处理是把 粒子看作一个 点 来处理的,并且取得很大的成功. ? 这样粒子物理学在当时研究的主要是场和粒子的性质、 运动、相互作用、相互转化规律. ? 六十年代中,高能物理实验的进展给出了能够直接参 与强相互作用的粒子即强子是有内部结构的直接证据;