Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 物理学概览——粒子物理学
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon May 12 21:08:01 2003) , 转信

目前对所能探测到的物质结构最深层次的研究称为粒子物理学，又称为高能物
理学。在20世纪20年代末，人们曾经认为电子和质子是基本粒子，后来又发现了中
子。在宇宙射线研究和后来利用高能加速器进行的实验研究中，又发现了数以百计
的不同种类的粒子。这些粒子的性质很有规律性，所以现在将基本两字去掉，统称
为粒子。

    研究这些粒子，发现它们都是配成对的。配成对的粒子称为正、反粒子。正、
反粒子一部分性质完全相同，而另一部分性质完全相反。另一个重要发现是，所有
粒子在一定条件下都能产生和消灭。例如：高能光子在原子核的电场中能转化为电
子和正电子，电子和正电子相遇，就会同时湮没而转化为两个或三个光子。

    在实验上把已经发现的粒子分为两大类。一类是不参与强相互作用的离子，统
称为轻子。另一类是参与强相互作用的粒子统称为强子。已经发现的数百种粒子中
绝大部分是强子。实验发现，强子也具有内部结构。强子内部带点电荷的东西在外
国称为夸克，中国的部分物理学家称之为层子。因为他们认为：即使层子也不是物
质的始元，也只不过是物质结构无穷层次中的一个层次而已。

    虽然层子在强子内部可以相当自由地运动，但即使用目前加速器所能产生的能
量最高的粒子束轰击强子，也没有能将层子打出来，使它们成为处于自由状态的层
子。将层子囚禁在强子内部是强相互作用所独有的性质，这种性质称为“囚禁”。


    弱相互作用也有其独特的性质。它的基本规律对于左和右，正、反粒子，过去
和未来都是不对称的。弱相互作用的不对称就是李政道和杨振宁在1956年所预言，
不久在实验上为吴健雄所证实的宇称在弱相互作用中的不守恒。

    在量子场论中，各种粒子均用相应的量子场来反映。空间、时间中每一点的量
子场均以算符来表示，称为场算符。这些场算符满足一定的微分方程和对应关系或
反对应关系。量子场的确既能反映披粒二象性，又能反映粒子的产生和消灭，还能
自然地反映正、反粒子配成对的现象。

    对称性在物理学中占有很重要的地位。可以证明，假使物理基本规律具有某种
对称性，与之相应就有某种守恒定律。例如：假使物理基本规律在任何时间都一样
，与之相应就有能量守恒定律：假使物理基本规律对于相变换具有不变性，与之相
应就有电荷守恒定律。

    假使物理规律的某种对称性是定域的，那么与之相应一定存在某种基本相互作
用。目前已经通过实验严格检验的广义相对论、量子电动力学和电弱统一理论都来
源于定域对称性。也就是说：万有引力相互作用、电磁相互作用和弱相互作用都来
源于定域对称性。



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※ 来源:．哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.86]