粒子物理1_引言、常识、散射截面与衰变宽度.pptx

粒子物理之一引言、常识、散射截面与衰变宽度张宏浩参考书：肖振军、吕才典《粒子物理导论》什么是粒子物理赵光达：给肖振军、吕才典《粒子物理导论》一书的序言现代自然科学研究的三个最重要前沿物质基本结构宇宙起源与演化生命起源及其本质粒子物理与宇宙学：联合与交叉同步辐射与中子散射: 提供关键的研究手段什么是高能物理?物质世界的基本组分及其相互作用是自然界最基本的科学问题之一：物质微观结构的研究引领了科学发展几百年高能物理，也称粒子物理, 是分子、原子(?化学、凝聚态物理)、原子核（? 核物理）研究的自然发展与深化Atomnucleus nucleon quark原子 原子核 核子(质子、中子） 夸克10-10 m10-14 m10-15 m10-17 m 粒子物理研究的范围及其要解决的基本问题一 寻找构成物质世界的基本元素二 研究物质间的相互作用规律三 明了基本粒子的性质四 理解宇宙起源与演化的规律物质由什么组成？粒子物理中的标准模型物质由三代轻子与夸克构成:传递相互作用的粒子: 光子 — 电磁作用 W± 和 Z —弱作用 胶子 — 强作用? 量子色动力学 (QCD)质量起源 Higgs 电弱统一理论标准模型有哪些基本粒子？标准模型的拉格朗日量标准模型的规范对称性：SU(3)×SU(2)×U(1)粒子物理研究的未来 ？粒子物理研究在近代取得了辉煌成就标准模型取得了巨大成功（9次诺贝尔奖）发现了构造物质世界的所有“基本粒子”，其性质与标准模型预言符合（8次诺贝尔奖）相关的加速器与探测器技术进步巨大，并得到广泛应用(3次诺贝尔奖）问题 ? 标准模型“完备”以后，粒子物理向何处去 ？实验上，标准模型并不能解释所有现象理论上，标准模型并不完备理论猜想：复合模型大统一理论、超对称理论、额外维理论 ? 超弦理论更深层次，更大统一唯一途径：新的实验证据 ? 新的大加速器粒子物理及标准模型的主要“问题”标准模型不是终极理论基本粒子的质量差1013倍自然性问题：希格斯粒子质量是2个大数相减按目前的标准模型，我们的真空是亚稳的没有暗物质粒子无法解释宇宙中没有反物质超出标准模型的新现象在高能下相互作用没有统一不能描述中微子在 1- 10 TeV之间有新物理 ？面积单位工作之前：要注意符号约定vi用法续1vi用法续2vi用法续3矢量玻色子的传播子例：如何从拉氏量的二次项推导得到费曼传播子旋量二次型的厄米共轭证明留为作业证明见下页旋量二次型的厄米共轭的证明如何计算散射截面2—n散射的微分截面分母的通量因子是Lorentz不变量，它可以用在质心系两粒子的总能量sqrt(s)和其中一个粒子的3动量p_a^{cm}来表达：因此，2到n的微分散射截面又可写为特别地，对于末态只有两个粒子，即a+b—1+2散射的情况，二体末态相空间积分测度为将其代入微分散射截面公式得2到2的微分散射截面公式也可用Mandelstam变量t来表达，其中特别地，对于2到2的弹性散射，t的变化范围是：更特别地，对于2到2的弹性散射，且初态两粒子的静质量相同时，t的变换范围是证明：例1：标量型相互作用下暗物质的成对湮灭【振幅不依赖于散射角度】张宏浩等，Nuclear Physics B 854 (2012) 350–374例2：在忽略费米子质量的条件下计算以下散射截面若忽略Z玻色子的贡献，则散射振幅为Gamma矩阵的一些约定与恒等式作业如何计算散射截面作业讲解证明：证明：证明：又由于因此证明：由于因此如何计算衰变宽度1—n衰变的微分衰变率1—2衰变的微分衰变率二体相空间积分二体衰变率二体衰变的末态粒子其中一个质量为零时这里已假定末态两粒子不全同，故统计因子S=1二体衰变的末态两粒子质量相等时例：假定Higgs与暗物质粒子χ存在有效相互作用 当χ是Dirac费米子时，h— χ χbar的振幅模方是则h— χ χbar的衰变率是 当χ是Majorana费米子时，h— χ χbar的振幅模方是费曼规则中的对称性因子末态全同粒子导致的统计因子