《基本粒子物理学 90年代物理学》

实施概要1

1引言12

基本粒子物理学12

我们已经知道的知识14

我们想知道的知识16

研究基本粒子物理的工具16

研究基本粒子物理的未来工具18

2什么是基本粒子物理19

什么是基本粒子19

基本粒子有多少种21

基本粒子的大小24

基本粒子和高能24

已知的基本力与基本粒子26

四种基本力26

已知的基本粒子家族28

传递力的粒子28

轻子28

夸克29

强子31

碰撞与衰变32

粒子的碰撞32

粒子和反粒子32

碰撞图解34

碰撞与相互作用35

粒子的自发衰变36

守恒定律和对称性的概念36

什么是守恒定律36

对称性和不变性37

对称性破缺40

基本粒子物理中的实验方法41

在固定靶加速器上的实验41

实验，加速器和粒子探测器41

固定靶加速器42

靶42

荷电粒子的粒子探测器43

次级粒子束44

粒子对撞机44

在粒子对撞机上的实验47

粒子的衰变48

基本粒子物理中不用加速器的实验48

3在过去的二十年中我们得到的知识49

强子的夸克模型的进展49

夸克模型的起源49

粲夸克的发现51

粲素态52

第三代轻子和夸克的发现54

τ轻子的发现54

底夸克的发现55

第三代58

夸克如何相互作用59

强子的相互作用59

轻子-质子散射实验60

强子喷注63

弱作用和电磁作用的统一65

夸克之间的强相互作用70

统一理论76

4基本粒子物理学：我们想知道的知识82

引言82

质量的问题84

所有这些质量标度起源于那里85

复合夸克和复合轻子86

基本力的统一87

强子的相互作用87

利用现有的和正在建造的加速器88

对更高能量加速器的要求92

一些基本问题97

5用于基本粒子物理研究的加速器99

关于加速器的引言99

为什么需要和需要什么样的加速器99

粒子对撞机101

加速器的超导磁铁103

加速器的进展和能量的提高103

基本粒子物理和各种加速器105

已知粒子性质的研究105

已知力的研究105

寻找新的粒子和质量标度107

新的思想和理论的检验107

寻找解决难题的线索和开拓未知世界108

正在运行和建造中的加速器109

固定靶质子加速器109

西欧核子中心的质子-质子与质子-反质子对撞机113

费米实验室的2TeV质子-反质子对撞机114

电子加速器，固定靶115

环形正负电子对撞机115

TRISTAN和LEP环形正负电子对撞机116

直线正负电子对撞机117

电子-质子对撞机118

对撞机目标120

超级超导对撞机，超高能质子-质子对撞机120

物理目标120

设计研究121

超导磁铁123

对撞机的初步设计与考虑123

时间表和成本126

超高能直线对撞机的研究和发展127

物理动机127

现有技术和概念127

关于加速器和对撞机的新思想的研究128

直线加速器和对撞机129

对加速器和对撞机作进一步研究的必要130

能量极高的环形加速器130

6基本粒子物理学使用的仪器和探测器132

引言132

探测器的必需条件和探测的物理原理138

对撞机实验用的探测器139

近区探测：顶点探测器140

带电粒子径迹室141

粒子类型的辨认142

量能探测和能量测量143

大的或复杂的固定靶实验144

固定靶实验中的探测器144

小的或简单的固定靶实验144

泡室148

数据处理和计算机149

不使用加速器的实验的装置和探测器151

原子的、光学的、电子学的和低温的实验151

采用放射性物质或反应堆的实验152

利用宇宙线的实验152

太阳中微子实验154

寻找质子衰变155

综述和展望未来156

7同其他物理学领域和技术的相互影响157

宇宙学和天体物理157

宇宙线物理160

原子核物理161

原子物理163

凝聚态理论物理164

加速器的其它应用166

同步辐射166

加速器在医学中168

加速器和等离子体物理169

大规模使用超导体169

高通量中子源169

支持及促进新技术170

8基本粒子物理的教育、组织和决策172

历史背景172

1960年以前172

美国，60年代以后173

国外，50年代以来175

加速器建造和使用的进度和计划176

构想176

提案176

将加速器用于物理177

决策177

建造177

加速器的关闭178

总结178

基本粒子物理实验的性质179

研究生教育180

粒子物理学界和联邦政府的相互影响182

大学182

加速器实验室182

决策和咨询183

国际合作和竞争185

未来的趋势和问题188

研究生的作用188

粒子物理的科学人材188

先进的加速器和探测器研究189

实验室管理190

咨询机构191

9结论和建议192

过去20年中的变革192

变革是怎样取得的192

我们想知道什么193

对设在大学里的研究机构和使用美国现有设施的建议194

对美国新的加速器设施的建议195

对加速器研究与发展的建议196

对粒子物理理论研究的建议196

对非加速器物理实验的建议196

对基本粒子物理中国际合作的建议197

结论198

附录199

A.世界上的高能加速器199

B.建造中的粒子对撞机201

C.美国基本粒子物理研究的统计信息202

词汇注释205