《神奇的粒子世界》学习笔记

物理科学学院 唐本豪

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目录

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• 第一章 粒子介绍
  • 1.1 原子、原子核、粒子
  • 1.2 光子
  • 1.3 反粒子
  • 1.4 质量与能量
  • 1.5 事例
  • 1.6 电子伏与其他单位
• 第二章 标准模型
  • 2.1 夸克
  • 2.2 能量和电荷守恒
  • 2.3 量子数守恒
  • 2.4 颜色
  • 2.5 电子中微子、电子、交叉变换
  • 2.6 第一代
  • 2.7 代和力
  • 2.8 $\frac{1}{2}$自旋
  • 2.9 相互作用
  • 2.10 量子数的起源
    • Vector Bosons
    • Cabibbo–Kobayashi–Maskawa matrix
• 第三章
  • 3.1 引言
  • 3.2 双缝实验
  • 3.3 卡比玻角
  • 3.4 中微子混合
• 第四章 能量、动量和质壳
  • 4.1 引言
  • 4.2 守恒定律
  • 4.3 相对论
  • 4.4 相对论不变性
  • 4.5 关系式$E=mc^2$
• 第五章 探测器
  • 5.1 引言
  • 5.2 光电效应
  • 5.3 气泡室
  • 5.4 火花室
  • 5.5 多丝正比室
• 第六章 加速器与储存环
  • 6.1 能量泡
  • 6.2 加速器
  • 6.3 次级加速流
  • 6.4 加速器的建造者
• 第七章 欧洲核子研究组织中微子实验
  • 7.1 引言
    • critical phenomenon
  • 7.2 实验装置
  • 7.3 中微子物理
  • 7.4 第一个中微子实验
  • 7.5 矢量玻色子
  • 7.6 错过的机会
  • 7.7 尾声
• 第八章 粒子大家族
  • 8.1 引言
  • 8.2 束缚态
  • 8.3 夸克束缚态的结构
  • 8.4 束缚态的自旋
  • 8.5 介子
  • 8.6 重子
  • 8.7 奇特粒子
    • $\Upsilon$粒子的故事
  • 8.8 发现夸克
    • fig 2 夸克模式图
    • fig 3 介子八重态
    • fig 4 重子十重态演化
  • 8.9 三重态与双重态及轻子，夸克对称性
• 第九章 粒子理论
  • 9.1 导论
  • 9.2 费曼规则
  • 9.3 无穷大
  • 9.4 微扰论
  • 9.5 重整化
  • 9.6 弱相互作用
  • 9.7 康普顿散射
  • 9.8 中性矢量玻色子
  • 9.9 粲夸克
  • 9.10 希格斯粒子
  • 9.11 一般的希格斯耦合
  • 9.12 推测
  • 9.13 $\rho$参数
• 第十章 寻找希格斯粒子
• 第十一章 量子色动力学
  • 11.1 简介
  • 11.2 禁闭
  • 11.3 渐进自由
  • 11.4 标度性
• 第十二章 尾声

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第一章 粒子介绍

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1.1 原子、原子核、粒子

1. $\Phi_{Atom} \approx 10^{-10}$ m $\Phi_{Atomic nucleus} \approx 10^{-5} \times \Phi_{Atom}$
2. 质子数 $>$ 电子数，称为离子。从原子中打出一个或多个电子的过程为电离。
3. 上夸克（u） 下夸克 （d）
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4. 夸克和电子不可观测内部结构，当作点
5. 胶子导致夸克的束缚（质子中子中大部分能量以胶子能量形式存在，电场中能量很小）

1.2 光子

1. 一份电磁辐射出的能量
2. 光子能量 无线电$<$红光光子$<$蓝光光子$<$X射线$<\gamma$射线

1.3 反粒子

• 电子$\leftrightharpoons$正电子 剧烈反应，湮灭能量
• 特性
  1. 每个粒子都存在相应反粒子
  2. $m_{Original}=m_{anti}$
  3. 其他性质由原粒子相关性质精确确定
• 注意
  1. 粒子的反粒子可以为本身（必为纯中性粒子）:例如 光子和反光子
  2. 粒子上方加横线代表反粒子：$\overline{Positron}=Electron$ $\overline{Electron}=Positron$
  3. 束缚态也有与之相关联的状态
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1.4 质量与能量

1. 质量与引力无关
2. $E = c \sqrt{P^2+m_0^2 c^2}$ 能量，其中P=0时，$E=m_0c^2$
3. $P=\frac{m_0v}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$,$E=\frac{m_0c^2}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$,$v=\frac{Pc^2}{E}$，其中c=1时 $v=\frac{P}{E}$

1.5 事例

1. 一个事例是粒子间发生的一次反应
2. 用某种方法记录下的径迹是事例的记录
3. $n^0\Rightarrow p+e^{-}+\bar{\nu}_{e}$ 反中微子 $\sim$10min 614s
4. 结合能使中子在原子核内不至于衰变
5. 当能量平衡有余量，中子$\beta$衰变
6. 强作用力，短程，比电磁力大.

1.6 电子伏与其他单位

1. 1eV=1.602$\times 10^{-19}$J
2. 1eV$\Rightarrow$ 电子经过电势差为1V电场所获得的能量
3. $h=4.13569 \times 10^{-21}$MeV$\cdot s$
4. $E=hv E=mc^2$
5. $\hbar=\frac{h}{2\pi}$ 可选单位使c，$\hbar$为1，自然单位

第二章 标准模型

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