希格斯粒子性质测量

2012年大型强子对撞机上的ATLAS和CMS实验发现希格斯粒子,这是粒子物理发展的一个里程碑。这一重大发现揭示了基本粒子质量的起源,极大地深化了人类对于物质世界的认知。希格斯粒子发现之后,测量希格斯粒子的性质是检验粒子物理标准模型并寻找新物理的重要途径。文章从质量、自旋、宇称和耦合等方面介绍希格斯粒子的性质测量。     

放射性核束在标准模型检验中的应用

 利用放射性核束开展多学科的物理研究,是当前低能核物理研究的一个重要方向。传统的加速器一般只加速稳定的荷电粒子。而自90年代开始发展起来的放射性核束装置则可加速不稳定的核素。我国兰州近代物理研究所和中国原子能科学研究院正在建立不同类型的放射性核束装置。这些装置不仅可以用来将核反应与核结构等低能核物理中的传统问题扩展到更远离稳定线的区域,而且在标准模型和基本对称性的检验中,也发挥了独特作用。标准模型以三代基本粒子和四种基本相互作用作为描述粒子物理乃至整个物质世界的基础,获得了极大成功,尤其是标准模型所预言的各种基本粒子(除希格斯粒子还在寻找外)都已在实验中被找到。     

看到了Ⅱ型狄拉克费米子

<正>粒子物理的标准模型描述了所有已知的基本粒子,如电子和夸克。这些粒子在凝聚态物质中,通常具有类似物,其表现形式为集体态或准粒子。一个例子是在石墨烯中的电子态,它的行为像一个无质量的狄拉克费米子——粒子自旋为1/2,反粒子不是它自己。与标准模型相比,凝聚态物理可以提供为数更多的"基本粒子"。这是由于这样的事实:不同于基本粒子,固体中的准粒子不受所谓的洛伦兹不变性约束。违反洛伦兹不变性的准粒     

反物质和暗能量

 上个世纪,人类在探索宇宙奥秘和物质基本结构及其相互作用的道路上取得了辉煌的成就,建立了描述微观世界的粒子物理标准模型和描述宇观世界的大爆炸宇宙学标准模型。粒子宇宙学将微观世界和宇观世界、粒子物理学和天文学结合起来,研究早期宇宙这一极端条件下的物理规律,探讨基本粒子的相互作用的统一。近代宇宙学研究表明,在宇宙演化过程中经历了暴涨(Inflation)阶段。基于粒子物理的标量场理论,暴涨宇宙学不仅为经典大爆炸宇宙模型中的初始条件和疑难给予了答案,而且提供了一个描述宇宙大尺度结构成因的合理理论,并为近年观测所支持。     

希格斯粒子及其实验寻找和发现

希格斯机制引入基本粒子物理的标准模型,解决了规范对称性自发破缺和粒子质量起源的问题,希格斯粒子成为粒子物理实验的最重要寻找目标。2012年大型强子对撞机(LHC)上的环状螺线管(ATLAS)和紧凑缪子螺线管(CMS)两个实验,分别以超过5倍标准偏差的统计显著性发现了与希格斯粒子性质一致的新粒子。     

希格斯粒子及其实验寻找和发现

希格斯机制引入基本粒子物理的标准模型,解决了规范对称性自发破缺和粒子质量起源的问题,希格斯粒子成为粒子物理实验的最重要寻找目标。2012年大型强子对撞机(LHC)上的环状螺线管(ATLAS)和紧凑缪子螺线管(CMS)两个实验,分别以超过5倍标准偏差的统计显著性发现了与希格斯粒子性质一致的新粒子。     

从W~±和Z~0粒子的发现谈起(下)──规范理论的发展及其在粒子物理中的应用

二、规范理论在粒子物理研究中的应用 粒子物理主要研究组成物质世界的最基本单元是什么以及这些基本粒子之间相互作用和运动转化规律.利用对称性对粒子物理进行研究一直是一个重要方法,而且已经取得了很大进展.对认识粒子物理起了积极有效作用. 规范理论实质上也是一种对称性理论,它要求系统在一些么正么模群变换下具有不变性,即具有么正么模对称性.由于这种要求会自动给出粒子间相互作用形式,这就十分有利于粒子物理的研究.70年代以来,规范理论已经成为研究基本粒子的主要理论工具. 物理学家认为组成物质世界的基本粒子是轻子和夸克.轻子…     

探寻和发现——见证希格斯粒子或极类似物

进一步的工作将证明它到底是标准模型的最后一个粒子还是新物理的踪迹．大约50年前,三篇几乎同时独立发表的文章奠定了以后将被称为希格斯机制的理论基础．在粒子物理的标准模型中,要求存在一个标量场,它激发出一个自旋为零的粒子,此标量场与其他基本粒子相互作用而赋予它们以质量．希格斯玻色子是标准模型所预言然而最后尚未被发现的粒子．     

北京谱仪III实验上的粲介子物理

当前,描述自然界物质微观基本结构的最成功、最基本的理论是粒子物理的标准模型。该模型认为：自然界中的物质由三代夸克和三代轻子构成,四种基本相互作用中的电磁作用和弱作用能够用电弱统一理论描述,而强作用能够用量子色动力学理论描述。尽管标准模型在描述基本粒子及其相互作用方面取得了巨大成功,但在解释暗物质、暗能量和质量起源,以及强相互作用的非微扰性质理论描述等方面仍存在诸多问题。系统地研究各类强子衰变,精确检验标准模型、寻找超出标准模型的新物理是围绕上述问题开展的前沿课题。以下简要介绍基于我国大科学实验装置北京正负电子对撞机II上的北京谱仪III实验上的粲介子物理研究。     

漫谈希格斯粒子

希格斯玻色子发现于2012年,是粒子物理学研究中的一件划时代的大事。它在粒子物理的“标准模型”中起关键性作用,通过神秘的对称性破缺机制给基本粒子带来质量,和高深莫测的量子真空息息相关,也被认为在宇宙演化的极早期起重要作用。在希格斯玻色子发现十周年之际,文章将从科普视角出发,描绘希格斯玻色子的理论背景、粒子特性、实验探测、研究现状和展望,揭开希格斯玻色子的神秘面纱,理解它的过去、现在和未来。     

暗物质理论研究

粒子物理主要研究自然界基本粒子以及它们之间的相互作用。考虑电弱对称性破缺之前的粒子物理标准模型和引力,我们知道自然界存在四种基本相互作用：强、弱、超荷和引力相互作用。     

“基本粒子”及其性质

 在1897年发现电子后的近一个世纪中,人们对物质结构基本组元的认识已前进了一大步.原子不是物质的最小单位,它由原子核和电子组成,而原子核又由质子和中子组成这样的常识已为许多人所了解.这样,在很长时间里,电子、质子、中子等粒子一直被看作是组成物质的“基本粒子”.但是,随着加速器的出现和探测技术的发展,到20世纪60年代,由于一大批共振态粒子的发现,“基本粒子”的数目猛增为上百种.从而使人们意识到,介子、重子这些一度被人们称为“基本粒子”的强子可能并不是基本的,物质结构可能存在更深一层次的基本成份.     

探测到τ子型中微子存在的直接证据

 众所周知,按照粒子物理学标准模型和理论,物质应该由１２种基本粒子所构成,它们包括６种夸克和６种轻子。夸克包括下、上、奇异、粲、底、顶６种。轻子包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子。至１９９５年,科学家通过多种实验手段已先后陆续探测到了除τ子中微子以外的１１种基本粒子,２０００年又发现了τ子中微子存在的直接证据。１９７８年,美国斯坦福大学物理学家马丁·佩尔从实验上发现了τ轻子,表明了τ子中微子的存在,从而荣获１９９５年诺贝尔物理学奖。但由于τ子中微子不带电,又几乎不与周围物质相互作用,所以科学家很难直接探测到它。     

微观世界探索

论文系统地阐述了从原子、原子核到基本粒子内部结构研究的历史及现状，讨论了微观物理理论和实验研究的前景和展望．论文还阐述了微观物理与宏观物理(宇宙论和天体物理等)的结合与交叉，以无可争辨的实验事实阐明了微观世界和宏观世界的无限性．     

神秘的顶夸克

夸克理论创始人之一的美国物理学家默里·盖尔曼说过:“基本粒子是筑成一切物质的砖块,对它们的研究是全部自然科学的基础。” 宇宙万物以太空最遥选地方的星体到物质深处最细小的粒子,—其物质的基本组成是什么?人们的认识早已不是停留在由原子构成的阶段,20世纪初,科学家发现,原子是由质子、中子和电子组成的。直至本世纪60年代前,人们对物质结构的认识是,宇宙万物由电子、质子、中子、……这些基本粒子所组成,60年代初发现的基本粒子已经达到上百种,具有一定的周期规律性(与SU(3)群的数学对称理论相符合)。随着高能物理学研究的不断深入,物理学家以高能粒子束为武器,探测原子核,一系列的实验现象表明这些所谓基本粒子并不基本,像质子和中子是由更小的被称作“夸克”的粒子所组成。 夸克这个新概念最初是由美国加州理工学院的默里·盖尔曼和乔治·兹韦格于1964年提出的。这是一种惊人简化的理论:夸克假设,它指出,所有强相互作用粒子(如质子、中子)都是由点状的夸克所组成。例如质子由两个上夸克和一个下夸克构成,中子由一个上夸克和两个下夸克构成。由强子的夸克模型如今     

高能物理学面临的两大难题

 一、物质结构历史简述大家知道,物质结构的研究已从早先的原子层次深入到夸克和轻子这一新层次。１９１１年,卢瑟福实验证实了原子中原子核的存在并发现了质子,１９３２年查德威克的实验发现了中子．中子的发现开创了人类认识物质结构从原子核进到质子、中子这一层次．海森伯和伊凡宁柯立即提出了原子核由质子和中子组成的假说．不久,这一假说获得验证并得到了有关原子核的正确认识．原子是由原子核和绕核运动的电子组成的,而原子核由质子和中子通过强相互作用结合而成．这样,随着核物理的发展,人类对物质结构的认识进入到基本粒子这一层次,即认识到自然界万物是由质子、中子、电子这些基本粒子构成的．     

一堂物理课

 我是一位中学教师,我深爱《现代物理知识》,在讲授《卢瑟福核式结构》一课时,我向同学们言简意赅地介绍了那上面的一篇文章:《原子核壳模型发现前后》.当我讲述卢瑟福提出有效模型是怎样成功地解释盖革与马斯顿的实验结果时,同学们顿时活跃起来,纷纷想一展身手,体验一次科学发明的过程.然而,物理上的每一个发现,都是科学家凭借坚实的理论基础和实验事实而获得的.在教师的指导下,同学们通过阅读教材,得出了如下结论:“如果是枣糕式模型,α粒子穿过原子内部时,它受到原子内两侧的斥力相互抵消,使α粒子偏转不会很大”.     

向您推荐《高能物理》科普杂志

《高能物理》是一份介绍微观世界,特别是粒子物理知识的专业科学普及刊物. 《高能物理》主要刊登内容为:粒子物理与核物理的基本理论、实验和研究方法、当今最新成果的介绍; 高能加速器及高能实验中心;宇宙线高能物理、宇宙线天体物理;有关粒子物理与核物理的科学史、科学家的伟大成就及他们的治学精神;高能物理与核物理在国民经济中的最新应用及应用前景……. 《高能物理》内容丰富、形式多样、它不仅宣传高能物理本身的科学知识,并向纵横发展.纵的方面,从原子物理→原子核物理→高能物理→超高能物理→……(即原子→原子核→基本粒子→层…     

原子与分子物理学的发展概况和动向

一、研究和发展原子与分子物理的重要意义 按物质结构的层次来分,近代物理的主要发展方向,基本上有五个方面,形成了五个重要分支:1.基本粒子物理;2.原子核物理;3.原子与分子物理;4.凝聚态物理;5.天体物理。物质世界这些层次的结构和运动变化,是相互联系、相互影响的。对这些层次的研究,既要有所侧重,又要法意到它们之间的联系,才能把问题搞得更清楚,不应忽视其中任何一个层次的研究。原子与分子物理学是研究原子与分子的结构、运动规律以及相互作用的科学。主要研究内容有:1.原子与分子的电子结构;2.原子与分子光谱;3.原子与分子的碰撞过程…     

基本粒子研究在现代物理学发展中的地位

基本粒子的探索和科学本身同样古老。物理学不断地努力了解物质的基本构造,因此基本粒子的探索常常成为物理学中最前哨的部分。随着物理学的发展,基本粒子研究从化学转到了原子物理学,接着又转到了原子核物理学。在不到十年以前,又从原子核物理学分离出来而形成一个新领域,它不再和原子及原子