南京大学大学物理下课件-第17章粒子物理简介

汇报人：郑老师2023-12-31南京大学《大学物理（下》课件-第17章粒子物理简介目录粒子物理简介粒子的分类与性质粒子物理中的重要实验粒子物理的理论框架粒子物理的未来展望01粒子物理简介粒子物理的定义粒子物理是研究物质基本组成粒子的学科，这些粒子包括原子核、电子、光子等。粒子物理主要关注粒子的产生、湮灭、相互作用及其基本性质，以及它们在物质和辐射中的表现。粒子物理研究的基本内容包括粒子的分类、性质、相互作用及其在物质和辐射中的表现。粒子物理还研究粒子的产生和湮灭过程，以及这些过程对物质和宇宙演化的影响。粒子物理的研究内容粒子物理的发展始于20世纪初，随着原子结构和量子力学的发现，人们开始深入探索物质的基本组成。20世纪中叶，随着核物理学和粒子加速器的发展，人们发现了越来越多的基本粒子，如质子、中子、π介子等。20世纪后半叶，随着高能物理实验的进展，人们发现了许多新的粒子和现象，如夸克、轻子、强子等，这些发现对理解物质的基本结构和性质产生了深远的影响。粒子物理的发展历程02粒子的分类与性质媒介子轻子强子原子核粒子的分类01020304传递基本相互作用的粒子，如光子、胶子。不参与强相互作用的粒子，如电子、μ子、τ子。参与强相互作用的粒子，如质子、中子。由质子和中子组成的复合粒子。不同粒子具有不同的质量，是粒子最基本的性质之一。粒子的质量粒子的电荷粒子的自旋粒子所带电荷数目的多少和正负决定了粒子的电磁性质。粒子具有内在的旋转特性，影响其相互作用的方式和强度。030201粒子的基本性质粒子的相互作用通过光子传递，是日常物体间相互作用的主要方式。通过胶子传递，是强子之间相互作用的主要方式。通过W和Z玻色子传递，是某些放射性衰变和核聚变的主要机制。通过引力子传递，是所有物体之间相互作用的基本方式之一。电磁相互作用强相互作用弱相互作用引力相互作用03粒子物理中的重要实验03原子核的转变原子核可以通过放射性衰变和核反应等方式发生转变，释放出能量。01原子核的发现科学家通过研究原子光谱和放射性现象，发现了原子核的存在。02原子核的结构原子核由质子和中子组成，具有强相互作用力，是原子核稳定性的原因。原子核的发现与研究科学家通过在地球表面和高空设置探测器，测量和分析了宇宙射线的基本性质。宇宙射线的探测宇宙射线主要来源于宇宙空间的恒星、星系和黑洞等天体，是研究天体演化和宇宙学的重要手段。宇宙射线的来源宇宙射线主要由高能带电粒子组成，如电子、质子和重离子等。宇宙射线的成分宇宙射线的探测与解析

对撞机的设计与应用对撞机的设计对撞机是一种高能物理实验装置，通过加速带电粒子至极高速度，使其在碰撞中产生新的粒子或揭示物质的基本性质。对撞机的应用对撞机在粒子物理学研究中具有重要应用，如发现新的粒子、验证或推翻现有的物理理论等。对撞机的历史与发展对撞机经历了从低能到高能的发展历程，目前最高能的对撞机是欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）。04粒子物理的理论框架量子场论是描述微观粒子运动和相互作用的理论框架，它将经典物理学中的场概念与量子力学相结合，通过场算符和场态描述微观粒子的状态和演化。量子场论中，微观粒子被视为场量子化的激发态，它们通过相互作用产生和湮灭，从而形成丰富多彩的物质世界。量子场论的基本概念标准模型是描述基本粒子和相互作用的量子场论，它基于对称性和守恒定律，将电磁、弱和强相互作用统一在一个理论框架内。标准模型成功地预言了众多实验现象，并在精确度上达到了很高的水平。然而，随着实验数据的不断积累，标准模型也面临着一些未解之谜和需要进一步研究的问题。标准模型的建立与发展大统一理论是试图将强力、弱力、电磁力等基本力统一在一个理论框架内的物理学理论。它基于量子场论的扩展，将基本粒子和相互作用纳入一个统一的数学体系。超弦理论是大统一理论的一种形式，它提出所有基本粒子都是由一维的弦构成，不同的振动模式对应于不同的粒子。超弦理论在数学上非常复杂，目前尚未得到实验验证，但它为探索宇宙的基本规律提供了新的思路。大统一理论与超弦理论05粒子物理的未来展望超对称粒子超对称理论预言了一系列超对称粒子，如超夸克、超轻子等，寻找这些粒子有助于验证超对称理论，并深入理解物质的内在结构。暗物质粒子寻找暗物质粒子是粒子物理的重要方向之一，通过实验观测暗物质粒子与普通物质的相互作用，有助于揭示宇宙中暗物质的本质。轴子轴子是一种假设的粒子，具有很小的相互作用力，寻找轴子有助于解决宇宙中的一些未解之谜，如宇宙磁场的起源等。新粒子的寻找与发现时间对称性时间对称性研究有助于深入理解时间箭头和宇宙演化的方向，探索时间反演对称性的破坏机制。对称性与守恒定律对称性与守恒定律之间存在密切联系，深入研究对称性有助于发现新的守恒定律，并解释已知的守恒定律。空间对称性深入研究空间对称性，如洛伦兹对称性、超对称性等，有助于揭示物质和力的内在联系，并建立更为完善的物理理论。对称性的深入研究大爆炸理论大爆炸理论是目前对宇宙起源与演化的最广泛科学模型之一，通过研究大爆炸理论，可以深入理解宇宙的起源和演化过程。宇宙学常数宇宙学常数是描述宇宙空间曲率的关键参数，研究