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particle physics

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particle physics即粒子物理学,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,就会垫记润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。一类是断敬垫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,过去颈档壳采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,又能反映粒子的篮企迎棕产生和消灭,还能自龙巩然地反映正、反粒子婚虹故配成对的现象。

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:假使物理基本规律虹达举在任何时间都一样,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。