粒子物理学基础课件

粒子物理学基础1谢谢你的关注2019-11-7粒子物理学基础1谢谢你的关注2019-11-7王淦昌先生2谢谢你的关注2019-11-7王淦昌先生2谢谢你的关注2019-11-7李文铸先生3谢谢你的关注2019-11-7李文铸先生3谢谢你的关注2019-11-7汪容先生4谢谢你的关注2019-11-7汪容先生4谢谢你的关注2019-11-7王凎昌先生和汪容先生5谢谢你的关注2019-11-7王凎昌先生和汪容先生5谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7粒子物理学6谢谢你的关注2019-11-7二十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谢谢你的关注2019-11-7二十世纪的主要成就7谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7基本相互作用8谢谢你的关注2019-11-79谢谢你的关注2019-11-79谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7对称性决定相互作用电磁相互作用：U(1)规范对称性10谢谢你11谢谢你的关注2019-11-711谢谢你的关注2019-11-7牛顿力学12谢谢你的关注2019-11-7牛顿力学12谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7时间，空间13谢谢你的关注2019-11-7一个伟大的发现：14谢谢你的关注2019-11-7一个伟大的发现：14谢谢你的关注2019-11-715谢谢你的关注2019-11-715谢谢你的关注2019-11-716谢谢你的关注2019-11-716谢谢你的关注2019-11-7相对性原理与Galilean变换17谢谢你的关注2019-11-7相对性原理与Galilean变换17谢谢你的关注2019-1电动力学电磁现象18谢谢你的关注2019-11-7电动力学18谢谢你的关注2019-11-7麦克斯韦方程洛伦兹力19谢谢你的关注2019-11-7麦克斯韦方程洛伦兹力19谢谢你的关注2019-11-7相对性原理,洛伦兹变换20谢谢你的关注2019-11-7相对性原理,洛伦兹变换20谢谢你的关注2019-11-7电磁波光子:质量为零,速度为c21谢谢你的关注2019-11-7电磁波21谢谢你的关注2019-11-7狭义相对论相对性原理光速不变22谢谢你的关注2019-11-7狭义相对论22谢谢你的关注2019-11-7Lorentz变换与原时:时空对称性23谢谢你的关注2019-11-7Lorentz变换与原时:时空对称性23谢谢你的关注2019相对论动力学24谢谢你的关注2019-11-7相对论动力学24谢谢你的关注2019-11-725谢谢你的关注2019-11-725谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7量子力学波粒二象性26谢谢你的关注2019-11-7量子力学基本原理StatesofthesystemRelationofcommutationHermitianoperatorsSchrodingerequationPrincipleofidentityPrincipleofmeasurement27谢谢你的关注2019-11-7量子力学基本原理Statesofthesystem27Schrodinger方程Heisenberg矩阵力学28谢谢你的关注2019-11-7Schrodinger方程28谢谢你的关注2019-11-7氢原子29谢谢你的关注2019-11-7氢原子29谢谢你的关注2019-11-7谐振子30谢谢你的关注2019-11-7谐振子30谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7相对论量子力学31谢谢你的关注2019-11-7Dirac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谢谢你的关注2019-11-7Dirac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谢谢你的关注2019-11-7反粒子,相对论的预言33谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7四种基本相互作用力对象强度非直接、即时相互作用36谢谢你的关注2019-11-7非直接、即时相互作用36谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7量子场论描述物理世界的基本语言37谢谢你的关注2019-11量子电动力学38谢谢你的关注2019-11-7量子电动力学38谢谢你的关注2019-11-7Tomonaga39谢谢你的关注2019-11-7Tomonaga39谢谢你的关注2019-11-7Schwinger40谢谢你的关注2019-11-7Schwinger40谢谢你的关注2019-11-7R.Feynman41谢谢你的关注2019-11-7R.Feynman41谢谢你的关注2019-11-7Dyson42谢谢你的关注2019-11-7Dyson42谢谢你的关注2019-11-7电子与光子构成简单系统介子与光子构成简单系统43谢谢你的关注2019-11-7电子与光子构成简单系统介子与光子构成简单系统43谢谢你的关注规范对称性与电磁相互作用44谢谢你的关注2019-11-7规范对称性与电磁相互作用44谢谢你的关注2019-11-7Feynman规则45谢谢你的关注2019-11-7Feynman规则45谢谢你的关注2019-11-7Lamb效应46谢谢你的关注2019-11-7Lamb效应46谢谢你的关注2019-11-7电子反常磁矩47谢谢你的关注2019-11-7电子反常磁矩47谢谢你的关注2019-11-7Compton散射48谢谢你的关注2019-11-7Compton散射48谢谢你的关注2019-11-749谢谢你的关注2019-11-749谢谢你的关注2019-11-7

强相互作用与夸克（Quark）模型50谢谢你的关注2019-11-7强相互作用与50谢谢你的关注2019-11-7Gell-mann51谢谢你的关注2019-11-7Gell-mann51谢谢你的关注2019-11-7Gross52谢谢你的关注2019-11-7Gross52谢谢你的关注2019-11-7Wilczek53谢谢你的关注2019-11-7Wilczek53谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7世界到底由什么构成？中国古代有元气说，和阴阳五行说54谢谢你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谢谢你的关注2019-11-719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谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7物质的层次结构57谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7基本粒子的性质质子和中子的大小约为1个费米58谢谢你的关注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谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7夸克（Quark）模型轻子(电荷)强子态

深度非弹性散射62谢谢你的关注2019-11-7强子态

深度非弹性散射62谢谢你的关注2019-11-7量子色动力学（QCD）63谢谢你的关注2019-11-7量子色动力学（QCD）63谢谢你的关注2019-11-7渐近自由与夸克禁闭64谢谢你的关注2019-11-7渐近自由与夸克禁闭64谢谢你的关注2019-11-765谢谢你的关注2019-11-765谢谢你的关注2019-11-7强子质量谱66谢谢你的关注2019-11-7强子质量谱66谢谢你的关注2019-11-7弱电统一理论67谢谢你的关注2019-11-7弱电统一理论67谢谢你的关注2019-11-7Glashow68谢谢你的关注2019-11-7Glashow68谢谢你的关注2019-11-7S.Weinberg69谢谢你的关注2019-11-7S.Weinberg69谢谢你的关注2019-11-7Salam70谢谢你的关注2019-11-7Salam70谢谢你的关注2019-11-7T’Hooft71谢谢你的关注2019-11-7T’Hooft71谢谢你的关注2019-11-7Veltman72谢谢你的关注2019-11-7Veltman72谢谢你的关注2019-11-71896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谢谢你的关注2019-11-71896年贝克勒尔(H.Becquerel)发现放射性弱相互74谢谢你的关注2019-11-774谢谢你的关注2019-11-7二十一世纪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谢谢你的关注2019-11-7二十一世纪75谢谢你的关注2019-11-776谢谢你的关注2019-11-776谢谢你的关注2019-11-777谢谢你的关注2019-11-777谢谢你的关注2019-11-778谢谢你的关注2019-11-778谢谢你的关注2019-11-7EndoftheFifthLecture79谢谢你的关注2019-11-7EndoftheFifthLecture79谢谢你的粒子物理学基础80谢谢你的关注2019-11-7粒子物理学基础1谢谢你的关注2019-11-7王淦昌先生81谢谢你的关注2019-11-7王淦昌先生2谢谢你的关注2019-11-7李文铸先生82谢谢你的关注2019-11-7李文铸先生3谢谢你的关注2019-11-7汪容先生83谢谢你的关注2019-11-7汪容先生4谢谢你的关注2019-11-7王凎昌先生和汪容先生84谢谢你的关注2019-11-7王凎昌先生和汪容先生5谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7粒子物理学6谢谢你的关注2019-11-7二十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谢谢你的关注2019-11-7二十世纪的主要成就7谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7基本相互作用8谢谢你的关注2019-11-788谢谢你的关注2019-11-79谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7对称性决定相互作用电磁相互作用：U(1)规范对称性10谢谢你90谢谢你的关注2019-11-711谢谢你的关注2019-11-7牛顿力学91谢谢你的关注2019-11-7牛顿力学12谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7时间，空间13谢谢你的关注2019-11-7一个伟大的发现：93谢谢你的关注2019-11-7一个伟大的发现：14谢谢你的关注2019-11-794谢谢你的关注2019-11-715谢谢你的关注2019-11-795谢谢你的关注2019-11-716谢谢你的关注2019-11-7相对性原理与Galilean变换96谢谢你的关注2019-11-7相对性原理与Galilean变换17谢谢你的关注2019-1电动力学电磁现象97谢谢你的关注2019-11-7电动力学18谢谢你的关注2019-11-7麦克斯韦方程洛伦兹力98谢谢你的关注2019-11-7麦克斯韦方程洛伦兹力19谢谢你的关注2019-11-7相对性原理,洛伦兹变换99谢谢你的关注2019-11-7相对性原理,洛伦兹变换20谢谢你的关注2019-11-7电磁波光子:质量为零,速度为c100谢谢你的关注2019-11-7电磁波21谢谢你的关注2019-11-7狭义相对论相对性原理光速不变101谢谢你的关注2019-11-7狭义相对论22谢谢你的关注2019-11-7Lorentz变换与原时:时空对称性102谢谢你的关注2019-11-7Lorentz变换与原时:时空对称性23谢谢你的关注2019相对论动力学103谢谢你的关注2019-11-7相对论动力学24谢谢你的关注2019-11-7104谢谢你的关注2019-11-725谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7量子力学波粒二象性26谢谢你的关注2019-11-7量子力学基本原理StatesofthesystemRelationofcommutationHermitianoperatorsSchrodingerequationPrincipleofidentityPrincipleofmeasurement106谢谢你的关注2019-11-7量子力学基本原理Statesofthesystem27Schrodinger方程Heisenberg矩阵力学107谢谢你的关注2019-11-7Schrodinger方程28谢谢你的关注2019-11-7氢原子108谢谢你的关注2019-11-7氢原子29谢谢你的关注2019-11-7谐振子109谢谢你的关注2019-11-7谐振子30谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7相对论量子力学31谢谢你的关注2019-11-7Dirac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谢谢你的关注2019-11-7Dirac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谢谢你的关注2019-11-7反粒子,相对论的预言33谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7四种基本相互作用力对象强度非直接、即时相互作用115谢谢你的关注2019-11-7非直接、即时相互作用36谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7量子场论描述物理世界的基本语言37谢谢你的关注2019-11量子电动力学117谢谢你的关注2019-11-7量子电动力学38谢谢你的关注2019-11-7Tomonaga118谢谢你的关注2019-11-7Tomonaga39谢谢你的关注2019-11-7Schwinger119谢谢你的关注2019-11-7Schwinger40谢谢你的关注2019-11-7R.Feynman120谢谢你的关注2019-11-7R.Feynman41谢谢你的关注2019-11-7Dyson121谢谢你的关注2019-11-7Dyson42谢谢你的关注2019-11-7电子与光子构成简单系统介子与光子构成简单系统122谢谢你的关注2019-11-7电子与光子构成简单系统介子与光子构成简单系统43谢谢你的关注规范对称性与电磁相互作用123谢谢你的关注2019-11-7规范对称性与电磁相互作用44谢谢你的关注2019-11-7Feynman规则124谢谢你的关注2019-11-7Feynman规则45谢谢你的关注2019-11-7Lamb效应125谢谢你的关注2019-11-7Lamb效应46谢谢你的关注2019-11-7电子反常磁矩126谢谢你的关注2019-11-7电子反常磁矩47谢谢你的关注2019-11-7Compton散射127谢谢你的关注2019-11-7Compton散射48谢谢你的关注2019-11-7128谢谢你的关注2019-11-749谢谢你的关注2019-11-7

强相互作用与夸克（Quark）模型129谢谢你的关注2019-11-7强相互作用与50谢谢你的关注2019-11-7Gell-mann130谢谢你的关注2019-11-7Gell-mann51谢谢你的关注2019-11-7Gross131谢谢你的关注2019-11-7Gross52谢谢你的关注2019-11-7Wilczek132谢谢你的关注2019-11-7Wilczek53谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7世界到底由什么构成？中国古代有元气说，和阴阳五行说54谢谢你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谢谢你的关注2019-11-719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谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7物质的层次结构57谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7基本粒子的性质质子和中子的大小约为1个费米58谢谢你的关注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谢谢你的关注2019-11-7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谢谢你的关注2019-11-7更多的粒子被发现介子：J=0，π±，π0，ρ，

夸克（Quark）模型

轻子(电