粒子物理的研究和展望.docVIP

《自然辩证法概论》课程论文 诚 信 声 明 我郑重声明：本人提交的《自然辩证法概论》课程论文是由本人独立完成的，在正文中和在文末的参考文献中已全部标注并列出了文中所引用的他人的学术成果、观点、图表或论述，保证此文符合学术道德规范的要求。 声明人签名： 日期：2011年11月29日 粒子物理的研究与展望 摘要：文章简要介绍目前粒子物理的基本理论，包括基本粒子，守恒律，以及已经建立的标准模型，并对未来粒子物理研究的展望。 关键词：粒子物理；基本粒子；守恒律；夸克；弱相互作用 我们生活在地球上，面对着五彩缤纷、变幻莫测的世界，仰视太空，满天星斗；俯视大地，声光热电。当我们思考宇宙的时候，第一个问题往往是世界是由什么构成的，是什么力量维系着这个巨大而复杂的世界。这个问题和人类历史一样古老，是科学上一个探索不尽的主题。 对于这个问题的回答，粗略地说，世界是由基本粒子组成的，它们之间是靠相互作用聚集在一起的。 那么究竟什么是基本粒子呢？随着科学技术的发展，今天称之为“基本”的粒子，明天就不再是基本的，即“基本粒子”并不是一成不变的东西。 就如：远古时期，我国的“五行”学说、古希腊的“原子”学说；19世纪初，人们认为92种元素是组成物质的基本单元；19世纪末20世纪初，人们认为质子和中子是不可分了，是“基本”粒子；20世纪50年代，类似于质子、中子的“基本粒子”大量地涌现出来；当发现中子和质子还有内部结构时，它们就不再是基本粒子了。 于是，随着人们对物质世界研究尺度的不断深入，粒子物理这个新兴学科产生了。 一 什么是粒子物理 粒子物理是当今物理学的前沿之一，是一门研究物质的微观结构、基本相互作用和运动规律的学科，它的研究目的是寻找物质的基本结构和支配这些物质的规律。 由于许多基本粒子在大自然在一般条件下不存在或不单独出现，物理学家只有使用粒子加速器在高能相撞的条件下才能生产和研究它们，因此粒子物理学也被称为高能物理学。 其主要特点是： 1．有人以为原子弹能发出巨大能量，一定与高能物理有密切关系．其实，这是一个很大的误解．原子弹(或氢弹)内发生的微观过程，都属于低能范畴，核能的巨大，是宏观效应，是阿伏伽德罗常量起了桥梁作用． 而在粒子物理研究的微观过程中，涉及的能量一般都在京电子伏以上，但 是，至今为止人们还没有办法过渡到宏观．因此，粒子物理与能源利用尚无关系，目前纯属基础研究的范畴。 2．高能物理最大的特点是表示体系的结合能与mc2 比值远远大于1。 3．与上面的特点相联系，正、反粒子的涅灭和产生成了粒子物理中普遍的 现象。其中正、负电子的涅灭为最常见的例子。它们涅灭时产生一对能量为 0.51MeV的γ光子，称为“湮灭辐射”。这一现象最早为我国核物理学家赵忠尧在1930年所发现。因此，有人主张，把预言第一个反粒子(e+)的年代，或发现的年代，作为粒子物理的开端。 二 粒子家族 [1] 基本粒子的尺度都非常小的，要研究它们的性质和相互作用，常需要有高能粒子进行碰撞。在20世纪五六十年代，由于高能加速器和探测器的开始建造，各种类似于质子、中子这样的粒子如雨后春笋纷纷闪现在物理学家的面前，数目达300多种。随着数目的不断增多，研究起来就显得很不方便，记忆也困难，我们根据粒子的质量和相互作用的不同进行分类。 1 强子 强子就是所有参与强力作用的粒子的总称。它们由夸克组成，已发现的夸克有六种，它们是： HYPERLINK /view/726244.htm \t _blank 顶夸克、 HYPERLINK /view/1774107.htm \t _blank 上夸克、 HYPERLINK /view/1774109.htm \t _blank 下夸克、奇异夸克、 HYPERLINK /view/1321383.htm \t _blank 粲夸克和底夸克。其中理论预言顶夸克的存在，2007年1月30日发现于美国费米实验室。现有粒子中绝大部分是强子， HYPERLINK /view/24430.htm \t _blank 质子、 HYPERLINK /view/24530.htm \t _blank 中子、π介子等都属于强子。(另外还发现 HYPERLINK /view/1765.htm \t _blank 反物质,有著名的反夸克,现已被发现且正在研究其利用方法，由此我们推测，甚至可能存在反 HYPERLINK /view/2489.htm \t _blank 地球, HYPERLINK /view/1259656.htm \t _blank 反宇宙)奇怪的是夸克中有些竟然比质子还重，这一问题还有待研究。 2 轻子 轻子就是只参与 HYPERLINK /view/47