粒子物理发展史话

粒子物理发展史话郑 志 鹏中科院 高能物理研究所2008.10粒子物理， 又称高能物理，是研究物质组成最小单元 基本粒子的性质和其相互作用规律的一门学科。经过半个多世纪的努力，科学家们发现组成原子核的中子和质子不是基本的， 物质是由夸克组成的。夸克 与 轻子 组成基本粒子世界。 夸克有几种 轻子 弱作用和电磁作用的统一以及 W ， Z0 的发现 宇称是否守恒 量子色动力学（ QCD） 第一个反粒子 正电子的发现 粒子物理面临的问题 结束语提 纲一 夸克有几种？ 60年代初，人们对强子排队时，发现有某些规律，可排成 “八重态 ”， “十重态 ”。Gellmann 用三种夸克可很好解释这种排列，以后事实证明他是正确的。他获得了 1969年诺贝尔物理学奖。一 夸克有几种？ 1974年，丁肇中和 Richter发现了 J/ 粒子，这是第四种夸克发现的证据。为此，他们获得了 1976年诺贝尔物理奖。 1977年， 1995年，分别发现了第五种和第六种夸克。迄今为止，夸克共有六种。一 夸克有几种？4. 实验上夸克存在的证据20世纪 70年代， J.I. Friedman , H.W.Kendall 和 R.E. Taylor三人在电子与质子 深度非弹 实验发现质子内部有“硬心 ”，他们获 1990年诺贝尔物理奖。一 夸克有几种？ 二 轻子电子1897年， J.J.Thomson 发现由电子组成 “阴极射线 ”，他测量了电子的荷质比，获得了 1906年的诺贝尔物理奖。1936年尼德尔迈耶在云室中发现M.L.Perl 在美国 MarkII上发现了 轻子。1995年获得诺贝尔物理奖。 美籍华人蔡永赐在预言 轻子存在，计算其衰变分支比方面做出了突出贡献。轻子总共只有三种。二 轻子2. 中微子1930年，在解释 “原子核的 衰变的电子能量谱是连续的 ”这一事实时，物理学家泡利提出一假设：存在一个不带电的粒子，称为 中微子 。但由于它与物质发生相互作用的可能性很小，因而极不容易探测，长期以来对它的存在始终是一个谜。数十年后，人们终于探测到它，并且发现中微子有不同的类型（以上都获得诺贝尔物理奖）。二 轻子 F. Reines 在 50年代通过反应找到中微子存在的证据，获得 1995年诺贝尔物理奖二 轻子 60年代， L.M. Lederman， M. Schwartz 和J. Steinberger 通过实验证明：中微子 至少有两种： e 和 他们共享了 1988年诺贝尔物理奖二 轻子 本世纪初，美国费米实验室找到第三种中微子 存在的证据。 雷蒙德 戴维斯（美）和小柴昌俊（日）因为分别探测来自太阳的中微子和来自大气、超新星爆发的中微子获得 2002年诺贝尔物理奖。二 轻子 中国物理学家王淦昌早在 40年代提出用核反冲法测量中微子的方法。 三种中微子可以互相转变，即中微子有振荡，因此导致中微子有质量（虽然很小）。二 轻子三代夸克三代轻子三 . 弱作用和电磁作用的统一以及 W ， Z0 的发现1. 四种基本力 引力： 牛顿受苹果落地的启示而发现万有引力。 电磁力： 指南针在地磁作用下的偏移。 弱力： 中子及其它粒子衰变过程中出现。 强力： 夸克之间的作用力。2. 四种基本力之间的关系这四种力之间可能是相互关联的。目前实验发现弱力和电磁力是统一的。有迹象表明，弱、电磁和强力是统一的。三 . 弱作用和电磁作用的统一以及 W ， Z0 的发现力的类型 引力 弱力 电磁力 强力作用距离 非常远 10 17厘米 远 10 13厘米强度 10 38 10 13 10 2 1传递粒子 引力子 W 、 Z0 光子 胶子三 . 弱作用和电磁作用的统一以及 W ， Z0 的发现3. 弱作用和电磁作用是统一的，理论上做出贡献的 S.L. Glashow， S. Weinberg 和 A. Salam 获 1979年诺贝尔物理奖4. 弱电统一理论预言存在 W ， Z0 中间玻色子。 CERN 的 C. Rubbia 和 Van Der Meer 因发现 W 和 Z0 而获 1984年诺贝尔物理奖。三 弱作用和电磁作用的统一以及 W ， Z0 的发现四 宇称是否守恒？ 李政道，杨振宁 1956年在解释 - 是否同一粒子时提出 宇称 （左右不同对称性） 不守恒 ，后被吴健雄的 衰变左右不对称所证实。李、杨获 1957年诺贝尔物理奖。2. J.W. Cronin 和 V.L. Fitch 在 60年代发现中性 K 介子 CP （正、反粒子和空间联合反演） 不守恒 ，获 1980年诺贝尔物理奖。四 宇称是否守恒？3. 日本 Belle 和美国 BaBar 2001