粒子物理学基础课件

粒子物理学基础1感谢你的观看2019年6月29粒子物理学基础1感谢你的观看2019年6月29王淦昌先生2感谢你的观看2019年6月29王淦昌先生2感谢你的观看2019年6月29李文铸先生3感谢你的观看2019年6月29李文铸先生3感谢你的观看2019年6月29汪容先生4感谢你的观看2019年6月29汪容先生4感谢你的观看2019年6月29王凎昌先生和汪容先生5感谢你的观看2019年6月29王凎昌先生和汪容先生5感谢你的观看2019年6月29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6感谢你的观看2019年6月29粒子物理学6感谢你的观看2019年6月29二十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

7感谢你的观看2019年6月29二十世纪的主要成就7感谢你的观看2019年6月29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8感谢你的观看2019年6月29基本相互作用8感谢你的观看2019年6月299感谢你的观看2019年6月299感谢你的观看2019年6月29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：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10感谢你的观看2019年6月29对称性决定相互作用电磁相互作用：U(1)规范对称性10感谢你11感谢你的观看2019年6月2911感谢你的观看2019年6月29牛顿力学12感谢你的观看2019年6月29牛顿力学12感谢你的观看2019年6月29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13感谢你的观看2019年6月29时间，空间13感谢你的观看2019年6月29一个伟大的发现：14感谢你的观看2019年6月29一个伟大的发现：14感谢你的观看2019年6月2915感谢你的观看2019年6月2915感谢你的观看2019年6月2916感谢你的观看2019年6月2916感谢你的观看2019年6月29相对性原理与Galilean变换17感谢你的观看2019年6月29相对性原理与Galilean变换17感谢你的观看2019年6电动力学电磁现象18感谢你的观看2019年6月29电动力学18感谢你的观看2019年6月29麦克斯韦方程洛伦兹力19感谢你的观看2019年6月29麦克斯韦方程洛伦兹力19感谢你的观看2019年6月29相对性原理,洛伦兹变换20感谢你的观看2019年6月29相对性原理,洛伦兹变换20感谢你的观看2019年6月29电磁波光子:质量为零,速度为c21感谢你的观看2019年6月29电磁波21感谢你的观看2019年6月29狭义相对论相对性原理光速不变22感谢你的观看2019年6月29狭义相对论22感谢你的观看2019年6月29Lorentz变换与原时:时空对称性23感谢你的观看2019年6月29Lorentz变换与原时:时空对称性23感谢你的观看2019相对论动力学24感谢你的观看2019年6月29相对论动力学24感谢你的观看2019年6月2925感谢你的观看2019年6月2925感谢你的观看2019年6月29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26感谢你的观看2019年6月29量子力学波粒二象性26感谢你的观看2019年6月29量子力学基本原理StatesofthesystemRelationofcommutationHermitianoperatorsSchrodingerequationPrincipleofidentityPrincipleofmeasurement27感谢你的观看2019年6月29量子力学基本原理Statesofthesystem27Schrodinger方程Heisenberg矩阵力学28感谢你的观看2019年6月29Schrodinger方程28感谢你的观看2019年6月29氢原子29感谢你的观看2019年6月29氢原子29感谢你的观看2019年6月29谐振子30感谢你的观看2019年6月29谐振子30感谢你的观看2019年6月29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31感谢你的观看2019年6月29相对论量子力学31感谢你的观看2019年6月29Dirac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32感谢你的观看2019年6月29Dirac方程电磁相互作用正几率,电子的自旋,精细结构正确3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33感谢你的观看2019年6月29反粒子,相对论的预言33感谢你的观看2019年6月29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34感谢你的观看2019年6月29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

∞γ(光子)引力万物

10-40

∞G(引力子)强力强子

110-15米

g(胶子)弱力有轻子参与

10-5

10-18米

w±,z0

35感谢你的观看2019年6月29四种基本相互作用力对象强度非直接、即时相互作用36感谢你的观看2019年6月29非直接、即时相互作用36感谢你的观看2019年6月29量子场论描述物理世界的基本语言量子力学狭义相对论37感谢你的观看2019年6月29量子场论描述物理世界的基本语言37感谢你的观看2019年6月量子电动力学38感谢你的观看2019年6月29量子电动力学38感谢你的观看2019年6月29Tomonaga39感谢你的观看2019年6月29Tomonaga39感谢你的观看2019年6月29Schwinger40感谢你的观看2019年6月29Schwinger40感谢你的观看2019年6月29R.Feynman41感谢你的观看2019年6月29R.Feynman41感谢你的观看2019年6月29Dyson42感谢你的观看2019年6月29Dyson42感谢你的观看2019年6月29电子与光子构成简单系统介子与光子构成简单系统43感谢你的观看2019年6月29电子与光子构成简单系统介子与光子构成简单系统43感谢你的观看规范对称性与电磁相互作用44感谢你的观看2019年6月29规范对称性与电磁相互作用44感谢你的观看2019年6月29Feynman规则45感谢你的观看2019年6月29Feynman规则45感谢你的观看2019年6月29Lamb效应46感谢你的观看2019年6月29Lamb效应46感谢你的观看2019年6月29电子反常磁矩47感谢你的观看2019年6月29电子反常磁矩47感谢你的观看2019年6月29Compton散射48感谢你的观看2019年6月29Compton散射48感谢你的观看2019年6月2949感谢你的观看2019年6月2949感谢你的观看2019年6月29

强相互作用与夸克（Quark）模型50感谢你的观看2019年6月29强相互作用与50感谢你的观看2019年6月29Gell-mann51感谢你的观看2019年6月29Gell-mann51感谢你的观看2019年6月29Gross52感谢你的观看2019年6月29Gross52感谢你的观看2019年6月29Wilczek53感谢你的观看2019年6月29Wilczek53感谢你的观看2019年6月29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”54感谢你的观看2019年6月29世界到底由什么构成？中国古代有元气说，和阴阳五行说54感谢你19世纪未的三大发现1895年伦琴（W.C.Röntgen）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55感谢你的观看2019年6月2919世纪未的三大发现1895年伦琴（W.C.Röntgen）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56感谢你的观看2019年6月29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物质的层次结构57感谢你的观看2019年6月29物质的层次结构57感谢你的观看2019年6月29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？58感谢你的观看2019年6月29基本粒子的性质质子和中子的大小约为1个费米58感谢你的观看2众多的新粒子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π介子的存在，1947年鲍威尔发现π介子59感谢你的观看2019年6月29众多的新粒子1931年狄拉克预言：存在着反电子1931年泡更多的粒子被发现介子：J=0，π±，

π0，ρ，

k±，

k0重子:J=1/2，p，n，Σ±，Σ0，Ξ±，Ξ0，Λ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60感谢你的观看2019年6月29更多的粒子被发现介子：J=0，π±，π0，ρ，

夸克（Quark）模型

轻子(电荷)夸克(电荷)第一代第二代第三代61感谢你的观看2019年6月29夸克（Quark）模型轻子(电荷)强子态

深度非弹性散射62感谢你的观看2019年6月29强子态

深度非弹性散射62感谢你的观看2019年6月29量子色动力学（QCD）63感谢你的观看2019年6月29量子色动力学（QCD）63感谢你的观看2019年6月29渐近自由与夸克禁闭64感谢你的观看2019年6月29渐近自由与夸克禁闭64感谢你的观看2019年6月2965感谢你的观看2019年6月2965感谢你的观看2019年6月29强子质量谱66感谢你的观看2019年6月29强子质量谱66感谢你的观看2019年6月29弱电统一理论67感谢你的观看2019年6月29弱电统一理论67感谢你的观看2019年6月29Glashow68感谢你的观看2019年6月29Glashow68感谢你的观看2019年6月29S.Weinberg69感谢你的观看2019年6月29S.Weinberg69感谢你的观看2019年6月29Salam70感谢你的观看2019年6月29Salam70感谢你的观看2019年6月29T’Hooft71感谢你的观看2019年6月29T’Hooft71感谢你的观看2019年6月29Veltman72感谢你的观看2019年6月29Veltman72感谢你的观看2019年6月291896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（Lee－Yang－Wu)1958年V－A理论1963年Cabibbo理论1967年Weinberg理论1971年’tHooft－Veltman证明1972年GIM机制弱相互作用与粒子的衰变73感谢你的观看2019年6月291896年贝克勒尔(H.Becquerel)发现放射性弱相互74感谢你的观看2019年6月2974感谢你的观看2019年6月29二十一世纪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75感谢你的观看2019年6月29二十一世纪75感谢你的观看2019年6月2976感谢你的观看2019年6月2976感谢你的观看2019年6月2977感谢你的观看2019年6月2977感谢你的观看2019年6月2978感谢你的观看2019年6月2978感谢你的观看2019年6月29EndoftheFifthLecture79感谢你的观看2019年6月29EndoftheFifthLecture79感谢你的粒子物理学基础80感谢你的观看2019年6月29粒子物理学基础1感谢你的观看2019年6月29王淦昌先生81感谢你的观看2019年6月29王淦昌先生2感谢你的观看2019年6月29李文铸先生82感谢你的观看2019年6月29李文铸先生3感谢你的观看2019年6月29汪容先生83感谢你的观看2019年6月29汪容先生4感谢你的观看2019年6月29王凎昌先生和汪容先生84感谢你的观看2019年6月29王凎昌先生和汪容先生5感谢你的观看2019年6月29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85感谢你的观看2019年6月29粒子物理学6感谢你的观看2019年6月29二十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

86感谢你的观看2019年6月29二十世纪的主要成就7感谢你的观看2019年6月29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87感谢你的观看2019年6月29基本相互作用8感谢你的观看2019年6月2988感谢你的观看2019年6月299感谢你的观看2019年6月29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：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89感谢你的观看2019年6月29对称性决定相互作用电磁相互作用：U(1)规范对称性10感谢你90感谢你的观看2019年6月2911感谢你的观看2019年6月29牛顿力学91感谢你的观看2019年6月29牛顿力学12感谢你的观看2019年6月29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92感谢你的观看2019年6月29时间，空间13感谢你的观看2019年6月29一个伟大的发现：93感谢你的观看2019年6月29一个伟大的发现：14感谢你的观看2019年6月2994感谢你的观看2019年6月2915感谢你的观看2019年6月2995感谢你的观看2019年6月2916感谢你的观看2019年6月29相对性原理与Galilean变换96感谢你的观看2019年6月29相对性原理与Galilean变换17感谢你的观看2019年6电动力学电磁现象97感谢你的观看2019年6月29电动力学18感谢你的观看2019年6月29麦克斯韦方程洛伦兹力98感谢你的观看2019年6月29麦克斯韦方程洛伦兹力19感谢你的观看2019年6月29相对性原理,洛伦兹变换99感谢你的观看2019年6月29相对性原理,洛伦兹变换20感谢你的观看2019年6月29电磁波光子:质量为零,速度为c100感谢你的观看2019年6月29电磁波21感谢你的观看2019年6月29狭义相对论相对性原理光速不变101感谢你的观看2019年6月29狭义相对论22感谢你的观看2019年6月29Lorentz变换与原时:时空对称性102感谢你的观看2019年6月29Lorentz变换与原时:时空对称性23感谢你的观看2019相对论动力学103感谢你的观看2019年6月29相对论动力学24感谢你的观看2019年6月29104感谢你的观看2019年6月2925感谢你的观看2019年6月29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105感谢你的观看2019年6月29量子力学波粒二象性26感谢你的观看2019年6月29量子力学基本原理StatesofthesystemRelationofcommutationHermitianoperatorsSchrodingerequationPrincipleofidentityPrincipleofmeasurement106感谢你的观看2019年6月29量子力学基本原理Statesofthesystem27Schrodinger方程Heisenberg矩阵力学107感谢你的观看2019年6月29Schrodinger方程28感谢你的观看2019年6月29氢原子108感谢你的观看2019年6月29氢原子29感谢你的观看2019年6月29谐振子109感谢你的观看2019年6月29谐振子30感谢你的观看2019年6月29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110感谢你的观看2019年6月29相对论量子力学31感谢你的观看2019年6月29Dirac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111感谢你的观看2019年6月29Dirac方程电磁相互作用正几率,电子的自旋,精细结构正确3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112感谢你的观看2019年6月29反粒子,相对论的预言33感谢你的观看2019年6月29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113感谢你的观看2019年6月29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

∞γ(光子)引力万物

10-40

∞G(引力子)强力强子

110-15米

g(胶子)弱力有轻子参与

10-5

10-18米

w±,z0

114感谢你的观看2019年6月29四种基本相互作用力对象强度非直接、即时相互作用115感谢你的观看2019年6月29非直接、即时相互作用36感谢你的观看2019年6月29量子场论描述物理世界的基本语言量子力学狭义相对论116感谢你的观看2019年6月29量子场论描述物理世界的基本语言37感谢你的观看2019年6月量子电动力学117感谢你的观看2019年6月29量子电动力学38感谢你的观看2019年6月29Tomonaga118感谢你的观看2019年6月29Tomonaga39感谢你的观看2019年6月29Schwinger119感谢你的观看2019年6月29Schwinger40感谢你的观看2019年6月29R.Feynman120感谢你的观看2019年6月29R.Feynman41感谢你的观看2019年6月29Dyson121感谢你的观看2019年6月29Dyson42感谢你的观看2019年6月29电子与光子构成简单系统介子与光子构成简单系统122感谢你的观看2019年6月29电子与光子构成简单系统介子与光子构成简单系统43感谢你的观看规范对称性与电磁相互作用123感谢你的观看2019年6月29规范对称性与电磁相互作用44感谢你的观看2019年6月29Feynman规则124感谢你的观看2019年6月29Feynman规则45感谢你的观看2019年6月29Lamb效应125感谢你的观看2019年6月29Lamb效应46感谢你的观看2019年6月29电子反常磁矩126感谢你的观看2019年6月29电子反常磁矩47感谢你的观看2019年6月29Compton散射127感谢你的观看2019年6月29Compton散射48感谢你的观看2019年6月29128感谢你的观看2019年6月2949感谢你的观看2019年6月29

强相互作用与夸克（Quark）模型129感谢你的观看2019年6月29强相互作用与50感谢你的观看2019年6月29Gell-mann130感谢你的观看2019年6月29Gell-mann51感谢你的观看2019年6月29Gross131感谢你的观看2019年6月29Gross52感谢你的观看2019年6月29Wilczek132感谢你的观看2019年6月29Wilczek53感谢你的观看2019年6月29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”133感谢你的观看2019年6月29世界到底由什么构成？中国古代有元气说，和阴阳五行说54感谢你19世纪未的三大发现1895年伦琴（W.C.Röntgen）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134感谢你的观看2019年6月2919世纪未的三大发现1895年伦琴（W.C.Röntgen）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135感谢你的观看2019年6月29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物质的层次结构136感谢你的观看2019年6月29物质的层次结构57感谢你的观看2019年6月29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？137感谢你的观看2019年6月29基本粒子的性质质子和中子的大小约为1个费米58感谢你的观看2众多的新粒子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π介子的存在，1947年鲍威尔发现π介子138感谢你的观看2019年6月29众多的新粒子1931年狄拉克预言：存在着反电子1931年泡更多的粒子被发现介子：J=0，π±，

π0，ρ，

k±，

k0重子:J=1/2，p，n，Σ±，Σ0，Ξ±，Ξ0，Λ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139感谢你的观看2019年6月29更多的粒子被发现介子：J=0，π±，π0，ρ，

夸克（Quark）模型

轻子(电