文档介绍：基础科学
粒子加速器: 回顾与展望
R e v ie w s a n d P r o s P e e t s fo r th e P a r tie le A e e e le r a to r
张闯
( 中国科学院高能物理研究所, 研究员北京 1 0 0 0 3 9)
,
(b ) 和顶夸克(t ) 及其对应的轻子 T 子和 T 中微子
、: 。。
一应运而生(V ) 表 1 列出了三代夸克和三代轻子的情况
,
在 20 世纪物理学的舞台上粒子加速器扮演
, 。,
人类赖以生存的世界是物质的而物质世界是了重要角色早在 4 0 年前伽利略就在比萨斜塔
无限的。图 1 示出了物质世界的尺度。这张图来自作过一个用加速“粒子”的方法揭示自然界相互作
“
格拉肖 3 年前应邀在高能物理研究所作的题为高用的实验, 实验表明重力是一种以相同方式施加于
”。。
能物理的未来的演讲这位与温伯格和萨拉姆一每个物体的作用力在这个实验中, 被加速的“粒
起建立弱电统一理论而分享 1 9 7 9 年诺贝尔物理奖子”是质量不同的石块, 平均到每个核子的能量大
, 5 ,
的哈佛大学著名教授用这张图向听众讲述了物质约只有 10 电子伏(e V ) 比现代加速器已能获得的
、、
从宇观的天体宏观的物体介观的团簇直到微观粒子能量 I T e V ( I T e v = l o 3 G e V 一 1 0 ‘M e V 一 1 0 , Z e V )
。
“”。
的粒子的生动故事谈到这条格拉肖蛇的首尾相相差 17 个数量级
衔, 他强调这并不意味着天体物理把粒子物理吞
, ,
没而是指在足够小和足够大的尺度下(一 1 0so c m )
、、
两者具有统一的理论, 即弱电强和引力相互作用
“合四为一”。
走住的恒三孑,
本世纪以来, 人类对于物质结构的认识从原子
分子层次、原子核层次, 质子中子层次, 逐步深入到
内, 的, 了自然界
强子部达到夸克和轻子层次解到又阳系
的 4 种相互作用都是通过相应的媒介子传递的, 光
子传递电磁相互作用, 中间波色子 W 和 Z0 传递弱
, , 一
相互作用胶子传递强作用而引力子传递引力作原 J 核
用。每一种粒子都有它们的反粒子。人们所熟悉的
,
构成原子核的质子和中子就是由上夸克(u) 和下
, ,
夸克(d ) 所组成的称为第一代夸克对应的第一代
。
轻子为电子(e) 和电子中微子(V e) 后来又发现了
,
第二代的奇夸克(s) 和聚夸克(c) 对应的第二代轻
, 。
子为拼子和拌中微子(v ) 属于第三代的是底夸克图 1 物质世界的尺度
表 1 三代夸克和三代轻子
第一代第二代第三代电荷(e )
种类质量(G e V ) 种类质量(G e V ) 种类质量(G e V )
一
3 . .
夸克 U 4 只 1 0 S 0 1 5 匕 4 7 + 2 / 3
一
d 7 只 1 0 3 C 1 5 t 1 7 4 1 / 3
. 书. . 一
轻子 e 5 1 又 1 0 拜 0 1 0 6 T 1 7 8 1
一
e 8 . 4 : .