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研究粒子物理学的最新进展粒子物理学，即高能物理学，是一门研究基本粒子和它们之间相互作用的学科。
近年来，粒子物理学领域取得了许多重要的突破和进展。
本文将重点介绍其中的一些最新进展。
一、弦论与超对称性弦论是现代粒子物理学的重要分支，被认为是统一了量子力学和广义相对论的理论。
弦论提出了一种全新的物理学观点，即将基本粒子看作是一维弦的振动模式。
近年来，研究者们在弦论方面取得了一些重要的突破。
其中之一是超对称性的发展。
超对称性是一种将玻色子和费米子进行对应的对称性。
近年来的实验和理论研究表明，在高能物理学的研究中，超对称性是一个非常重要的概念。
通过超对称性的应用，研究者们成功地解释了一些现象，如暗物质和引力。
二、大型强子对撞机的运行大型强子对撞机（LHC）是世界上最大的粒子加速器，位于瑞士和法国边界。
近年来，LHC的运行为粒子物理的研究提供了丰富的数据。
其中最引人注目的是在2012年，LHC实验宣布发现了希格斯玻色子，这是对物质质量起解释作用的一种基本粒子。
LHC的运行不仅提供了证据支持标准模型，也为寻找新物理现象提供了契机。
例如，通过高能量的对撞实验，LHC揭示了一些新奇的现象，如强子间的关联效应以及喷注形成。
这些发现为基本相互作用的进一步研究提供了宝贵的线索。
三、暗物质的研究暗物质是组成宇宙物质的重要组成部分，但其本质至今仍然未知。
研究者们通过观测宇宙微波背景辐射、银河系和星系团等多种方式，对暗物质进行研究。
其中，暗物质的探测实验是当前研究的热点之一。
许多实验设备被用来寻找暗物质粒子的直接或间接证据。
例如，地下实验室中的暗物质探测器、粒子加速器和宇宙射线观测等手段，都取得了一些突破性的进展。
这些实验数据为暗物质的研究提供了重要的实证基础。
四、量子计算和量子通信量子力学的发展也在粒子物理学中发挥了重要作用。
针对传统计算机所面临的计算能力和效率限制，量子计算作为一种新的计算模式正在崭露头角。
量子计算的理论和技术进展对于未来计算机科学和信息技术的发展具有重要意义。
秘密★启用前试题类型：A2023年省际名校联考二（冲刺卷）语文注意事项：1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在试卷和答题卡指定位置上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。
如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。
回答非选择题时，将答案用0.5mm 黑色笔迹签字笔写在答题卡上，写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、现代文阅读（35分）（一）现代文阅读I（本题共5小题，17分）阅读下面的文字，完成1~5题。
在由科幻小说《三体》改编的同名电视剧中，对撞机可以说是最重要的道具了——正是因为“三体人”利用它们的高科技产物“智子”影响了地球上对撞机的实验，使得物理实验结果变得无规律可循，才让一部分科学家的信念崩塌，走上了自绝之路。
那么，对撞机，究竟是个什么机？它对人类有哪些作用呢？对撞机是测量高能粒子实验的仪器，目的是要发现"新物理-新粒子"，包括场能效粒子-超对称粒子-超额维度量子等。
作为粒子物理学最重要的研究设施，对撞机能够直接决定粒子物理学大多数研究方向的发展水平。
那么，作为真实存在的科研设备，对撞机对人类有哪些作用呢？作为粒子物理学最重要研究设施的对撞机，能够直接决定粒子物理学大多数研究方向的发展水平。
而粒子物理学的研究，则会直接面对物质最基本的组成成分，以及物质间的最基本的相互作用这样的研究对象。
对物质的最基本的成分和相互作用的探索不仅可以满足人类的好奇心，也会为未来几十年甚至上百年后的应用储备知识。
在一个科学技术健康发展的社会，基础科学的研究水平应该是超越当前时代的。
也只有如此，能够影响人类生活的技术才能在有科学理论指导的情况下发展。
也正是因为这样，《三体》小说和电视剧才会有"三体人"利用干扰对撞机实验来"锁死"人类科技的情节。
然而，对撞机不仅仅能够对粒子物理学研究起到至关重要的作用。
2020届高考作文素材第十三集杨树大型环形对撞机建还是不建？中国科学家酝酿建造环形正负电子对撞机 (1)环形对撞机建设背景 (3)期待更多科学“对撞” (4)中国今天不宜建造超大对撞机 (5)中国今天应该建造大型对撞机 (7)到底建不建超级对撞机？中国在争论 (13)科学议题欢迎君子之争 (15)用“宫斗”解读对撞机之争，是把科学庸俗化 (16)建造对撞机我用不上，但我不提就没尽到责任 (18)王贻芳：捐出50万美元奖金助力大型对撞机 (21)重大科学工程决策必然更有透明度 (21)现代尿不湿，还有粒子加速器的功劳！ (23)为什么要寻找“上帝粒子” (24)中国科学家酝酿建造环形正负电子对撞机中新网北京2月24日电(记者孙自法)中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)2月24日至25日在北京举行未来环形正负电子对撞机研讨会，与会科学家们讨论在中国建造下一代环形正负电子对撞机的可能性，以满足被誉为“上帝粒子”的希格斯粒子发现之后高能物理研究领域对大型科学实验设备的需求。
“下一代环形正负电子对撞机未来可改造成质子-质子对撞机，将推动高能物理研究领域朝更高精度测量、更高能量探索方向发展。
”中科院高能所所长、2014年潘诺夫斯基实验粒子物理学奖得主王贻芳研究员说，未来的环形正负电子对撞机瞄准希格斯粒子发现后对撞机实验的核心前沿物理问题，其科学目标是精确测量希格斯粒子的性质以及搜索标准模型背后更基础的物理规律。
一方面，中科院高能所现有改造后的北京正负电子对撞机还有8年运行使命，下一代环形正负电子对撞机建成后可实现升级换代；另一方面，大型科研基础设施的建造运行，一般都需要5到10年的准备时间。
因此，中国目前着手规划下一代环形正负电子对撞机的设计建造工作正是时候。
这位领导建设北京谱仪III和大亚湾中微子实验的科学家介绍说，下一代环形正负电子对撞机计划能量可达到240GeV(1GeV为10的9次方电子伏特)，产生上百万个希格斯粒子，这一能量也是目前运行中的北京正负电子对撞机的60倍。
正负电子对撞机概况正负电子对撞机简称:BEPC正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一。
正负电子对撞机〔BEPC〕是我国第一台高能加速器，是高能物理研究的重大科技根底设施。
由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆型加速器〔也称储存环〕、高6米重500吨的谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几局部组成，外型象一只硕大的羽毛球拍。
正、负电子在其中的高真空管道内被加速到接近光速，并在指定的地点发生对撞，通过大型探测器--谱仪记录对撞产生的粒子特征。
科学家通过对这些数据的处理和分析，进一步认识粒子的性质，从而揭示微观世界的奥秘。
正负电子对撞机核心局部正负电子对撞机是1984年作为国家重点工程之一确定的中美科技合作项目，总投资为2.4亿元，由中科院高能物理所负责建造。
工程建筑总面积达57500平方米，形似一个巨大的“羽毛球拍〞，由电子注入器、储存环、探测器、核同步辐射区、计算中心等5个局部组成。
[编辑本段]建设工程早期工程1972年8月，X文裕等18位科技工作者给周恩来总理写信，反映对开展中国高能物理研究的意见和希望。
1972年9月11日，周恩来总理对关于建设中国高能加速器实验基地报告的复信中指示：“这件事不能再延迟了。
科学院必须把根底科学和理论研究抓起来，同时又要把理论研究与科学实验结合起来。
高能物理研究和高能加速器的预制研究、应该成为科学院要抓的主要项目之一。
〞1973年初，经国家批准，中国科学院高能物理研究所正式成立。
1975年3月，国家计委向国务院提出了《关于高能加速器预制研究和建造问题的报告》〔七五三工程)。
刚刚复出主持中央工作的小平同志同意了这个报告,并转送周总理批示。
1977年，同志在国家科委、国家计委《关于加快建设高能物理实验中心的请示报告》〔八七工程〕上批示：“拟同意〞。
1981年1月，国家计委决定停止十三陵“高能物理实验中心〞的筹建工作(即八七工程)，对玉泉路高能加速器预制工程提出调整方案。
粒子对撞机在高能物理研究中的重要作用分析摘要：粒子对撞机作为高能物理研究的关键实验设备，已经在过去几十年发挥了重要作用。
本文将从实验设计、数据采集与分析、基本粒子探索等方面分析粒子对撞机的重要作用，并讨论其对于解决一些前沿问题的潜在影响。
引言：在高能物理研究中，粒子对撞机是一种利用高能粒子相互碰撞来探测物质基本结构和相互作用的实验装置。
经过多年的发展，粒子对撞机已经成为了探索基本粒子、解密宇宙奥秘的重要工具。
本文将从实验设计、数据采集与分析、基本粒子探索等方面分析粒子对撞机在高能物理研究中的重要作用。
实验设计：粒子对撞机的成功运行在很大程度上依赖于其精确的实验设计。
实验装置需要满足高能粒子相互作用的特殊要求，例如高能束流的聚焦、稳定性和束流间距的控制等。
此外，探测器的设计需要具有高分辨率、高效率以及低背景噪音等特点，以保证准确地记录和分析相互碰撞的结果。
实验设计的成功与否直接影响了后续的数据采集与分析效果，因此精确的实验设计是粒子对撞机在高能物理研究中重要的一环。
数据采集与分析：粒子对撞机在高能物理研究中的重要作用之一是其能够提供大量的实验数据。
高能粒子碰撞产生的数据量庞大，需要准确且高效的数据采集与分析系统来处理。
数据采集系统需要实时记录击中探测器的粒子信息，并将其传输到后端的数据分析系统中。
数据分析人员在观察和分析这些数据时，需要应用各种统计学和数学方法来提取有关粒子性质、相互作用和衰变等信息。
粒子对撞机所提供的大数据资源，为高能物理研究提供了更多可供研究的样本和情境，加速了物理学的进展。
基本粒子探索：粒子对撞机在高能物理研究中扮演了发现基本粒子的重要角色。
通过模拟高能粒子之间的碰撞过程，科学家可以推测产生的新粒子，并进行实验验证。
粒子对撞机的高能度和精确度使得科学家能够在实验中观测到极微小的粒子，如夸克、轻子、玻色子等。
这些基本粒子的发现和研究帮助人类更好地理解宇宙的物理本质和基本规律。
通过对粒子对撞机实验数据的分析，科学家发现了许多重要的粒子，例如顶夸克、希格斯玻色子等，这些发现促进了对基本粒子的认识和相关理论的发展。
正负电子对撞机绪言P2图0-6北京正负电子对撞机补充介绍科学家在北京正负电子对撞机上发现新粒子据新华社北京2003年7月30日电，中美科学家日前在北京正负电子对撞机上首次发现一个新粒子，分析研究已明确排除用任何已知粒子来解释这个粒子的可能性。
中国科学院高能物理研究所一位负责人介绍，最近在一项夸克物理研究项目中，中美科学家合作分析研究从北京正负电子对撞机和北京谱仪上得到的5800万个J粒子事例的数据时，发现了这个新的短寿命粒子。
这个结果已在国际著名杂志《物理评论快报》上发表，并引起了国际高能物理界的高度重视。
J粒子发现于1974年，对它的衰变研究是寻找新粒子的理想场所。
这个新粒子就是在分析J 粒子衰变到质子反质子过程中找到的，它的整个过程是：J粒子衰变到光子和这个新粒子，这个新粒子再衰变到质子和反质子对。
它的质量小于质子和反质子的质量之和。
中科院高能所负责人说，各种分析研究已经确认这是一个新的粒子，而且可能是几十年前由科学家费米和杨振宁预言的多夸克态粒子。
夸克是一种组成质子的更小的粒子，一般的粒子由两三个夸克组成，而这个粒子可能由更多的夸克组成。
这一新粒子和国际上其他实验新发现的多夸克态粒子一起，表明目前粒子物理的强相互作用理论还不能解释所有有关的实验事实。
这些新粒子的发现已成为当前粒子物理研究的一个新热点，对粒子物理理论的发展具有重要意义。
目前，中外物理学家正对这个新粒子的性质和衰变特性从理论和实验上做更深入的研究和讨论。
我国计划改造北京正负电子对撞机曾经叱咤风云的我国大科学标志性工程———北京正负电子对撞机将“再上一层楼”。
经有关部门批准，我国计划通过实施重大改造工程，在未来5年内投入6．4亿元资金，大幅度提高北京正负电子对撞机的性能，为进一步探索微观世界的奥秘创造条件，从而继续保持我国在国际高能物理研究领域的一席之地。
亮度是对撞机最主要的性能之一，亮度越高，对撞机的工作将越有效。
“在今后5年或更长的一段时间里，北京正负电子对撞机的亮度将提高2个数量级，也就是说，今后一天的工作相当于过去100天的工作。
环形加速器的设计与性能分析环形加速器是一种用于加速带电粒子的装置，其设计与性能分析对于粒子物理研究具有重要意义。
本文将从环形加速器的设计原理、结构特点、性能分析方法等方面展开讨论，旨在深入探究环形加速器在粒子物理实验中的应用及相关技术特点。
首先，环形加速器的设计原理是基于电磁学的基本理论，通过电场和磁场的相互作用，使带电粒子在加速器中做螺旋式运动，从而达到加速的效果。
在设计过程中，需要考虑到加速器的形状、尺寸、磁场和电场的分布等因素，以确保粒子能够稳定加速并达到所需的能量。
其次，环形加速器的结构特点主要包括环形轨道、磁铁系统、高频场系统等部件。
环形轨道是加速器的基本结构，用于引导带电粒子沿着固定轨道做循环运动；磁铁系统则是为了产生强大的磁场，控制粒子的轨道和速度；高频场系统则用于提供能量并进一步加速粒子。
这些部件的协调工作是实现加速器正常运行的关键。
在对环形加速器的性能进行分析时，一般会考虑到加速器的加速效率、能量分辨率、束流稳定性等指标。
加速效率是衡量加速器性能的重要参数，主要取决于加速器的结构设计和运行状态；能量分辨率则是指加速器能够提供的不同能量的粒子束之间的区分能力；束流稳定性则涉及到粒子束的发射、传输和控制等方面，对实验结果的准确性和稳定性有着至关重要的影响。
另外，环形加速器的性能分析还需要考虑到激发源、探测器等外部因素对加速器运行和实验结果的影响。
激发源的稳定性和能量范围会直接影响到粒子的加速效果和实验的结果；而探测器的精度和灵敏度则对实验数据的获取和分析至关重要。
在实际应用中，环形加速器主要用于粒子物理实验以及放射性同位素的生产。
在粒子物理实验中，环形加速器可以提供高能量、高稳定性的带电粒子束，用于研究基本粒子结构和相互作用，探索物质的微观世界。
而在同位素生产中，环形加速器则可以利用中子、质子等粒子轰击目标核，产生各种放射性同位素，广泛应用于医学诊断、治疗、工业探测等领域。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，是粒子物理研究中至关重要的一部分，其深入研究不仅可以推动科学技术的发展，也可以为更深入的宇宙探索和物质研究提供重要支撑。
粒子物理学中的对撞实验粒子物理学是研究物质最基本结构和性质的科学领域。
而在粒子物理学中，对撞实验是一种非常关键的方法，它为科学家们提供了研究微观世界的窗口。
本文将探讨粒子物理学中的对撞实验，并介绍其在科学研究中的重要性。
一、对撞实验的基本原理对撞实验是通过将不同粒子对撞在一起，观察产生的新粒子及其性质，来研究粒子之间的相互作用和内部结构的一种实验方法。
在对撞过程中，两个高能粒子以极高的速度相撞，这种高能的碰撞能够产生更加复杂的物理现象和粒子，揭示出物质的微观本质。
二、大型对撞机实验中使用的对撞机通常是大型实验设施，如欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）。
LHC是目前世界上最大、能量最高的对撞机之一，它的建设和运行为粒子物理学研究提供了巨大的助力。
三、对撞实验的意义与应用1. 研究基本粒子和相互作用：对撞实验能够帮助科学家们进一步了解基本粒子的性质和相互作用规律。
通过观察对撞产生的新粒子和能量转换等现象，科学家能够推测出基本粒子的质量、电荷、自旋等重要特征。
2. 揭示宇宙起源与演化：对撞实验还能提供关于宇宙起源和演化的重要线索。
通过特定能量下的对撞实验，科学家们能够模拟宇宙大爆炸之后的宇宙状态，并研究暗物质、黑洞等宇宙现象。
这种研究有助于解答关于宇宙中未知和未观测到物质的存在与特性的问题。
3. 搜索新粒子和物理现象：对撞实验的能量范围通常较高，这使得科学家们能够通过对撞实验来搜索新的粒子和物理现象，比如希格斯玻色子的发现就是通过LHC的对撞实验得以实现的，这对于推动粒子物理学的发展具有重要意义。
四、对撞实验的技术挑战和发展方向1. 高能加速器的发展：随着对撞实验对能量要求的不断提高，加速器的能量也需要不断提升。
因此，科学家们持续研发新型高能加速器，以满足对撞实验的需求。
新一代加速器如线性对撞机（ILC）和未来圆形对撞机（FCC）都将提供更高的能量和更精确的实验环境。
2. 数据分析与计算：对撞实验产生的海量数据需要进行高效的处理和分析。
北京正负电子对撞机工程的回顾与思考北京正负电子对撞机工程（BEPC）建设于1980年代，是当时中国重大科技工程之一。
该工程以设计和建造一台能够产生大量高质量粒子对撞事件的储存环为主要目标，有效提高了我国重大科学基础研究能力，推动了我国高能物理学科的发展。
BEPC工程的建设历程是一段困难而又充满挑战的路程。
在当时的中国，科技水平的落后和资源的匮乏给工程带来困难，而工程的构想、方案设计以及关键技术的攻关也面临着许多问题。
但通过全力以赴的努力和各方合作，BEPC工程在1988年正式竣工，开始对撞实验。
随着对撞机成果的不断丰富，BEPC工程被誉为国际上同类设施中性价值之一。
尽管BEPC工程在当时获得了重大突破和成果，但作为当代科技工程的先驱之一，BEPC 工程也应该反思其存在的不足和局限性。
首先，对撞实验增强了我国科研能力和科学水平，但对于技术更新的要求也越来越高，而我国在前沿物理探测器等方面的相关技术仍然落后于其他国家和地区。
其次，BEPC工程过程中的某些问题也暴露了政治力量和学术权威之间的冲突，如在建设期间，产生了对专家学者竞争和对工程过程进行干预的现象，这些都不是科学进步应该得到的推手。
最后，BEPC工程使中国高能物理学科的水平提高，但也应该看到，目前我国高能物理学界在国际上仍然缺乏更多的话语权和创新能力。
我们需要更加注重在技术、人才、投入等方面的持续加强，才能适应世界科学领域的不断变化与发展。
回顾和思考BEPC工程，对我们更加深入地理解当代科技和科学的发展具有重要意义。
通过这个案例，我们应该认识到，科技工程的成功与否并不仅仅是取决于技术和资源的投入，还要考虑技术应用的前景、工程过程中的科学道德等伦理方面的问题。
只有在充分关注上述问题的基础上，我们才能够建造出更具有创新性和竞争力的科技工程，进而推动科学发展和人类进步。
高能物理中的对撞机实验对撞机实验是高能物理研究中的重要手段之一，它通过利用加速器将高能粒子加以加速，然后使它们相互碰撞，通过分析碰撞后产生的粒子行为来研究基本粒子的性质和宇宙的本质。
本文将介绍对撞机实验的原理、发展历程以及对高能物理研究的重要性。
一、对撞机实验的原理对撞机实验利用带电粒子在电场中受到的库仑力加速运动的原理。
加速器将这些带电粒子加以加速，使其能量达到高速或高能态。
在对撞机中，两束高能带电粒子相向运动，最终在撞击点相互碰撞。
在碰撞过程中，粒子被散射、衰变或产生新的粒子，这些粒子的运动轨迹和性质被探测器记录下来进行分析。
二、对撞机实验的发展历程对撞机实验的发展经历了多个阶段。
20世纪初，德国物理学家Rutherford使用自然放射性物质进行散射实验，为对撞机实验的前身打下了基础。
随后，电子加速器的发展使得对撞机实验得以实现。
最早的对撞机实验是在1960年代中期的Stanford线性加速器（SLAC）上进行的，通过电子和正电子的碰撞，首次实现了高能物理实验。
1974年，哈佛大学和布鲁克黑文国家实验室的研究人员发现了外层电子的奇异行为，这是由于存在一种新的粒子——末夸克，从而证实了强子的构建模型。
这一重大发现使得对撞机实验得到了更大的发展。
随着加速器技术的不断进步，对撞机实验也取得了飞跃性的发展。
1989年，欧洲核子研究中心（CERN）建成Large Electron-Positron Collider（LEP），它是当时最大，能量最高的电子-正电子对撞机。
LEP在其运行期间取得了许多重要的研究成果，如发现了W和Z粒子，证实了物理学中的标准模型。
2008年，CERN建成了Large Hadron Collider（LHC），这是迄今为止最大、能量最高的质子-质子对撞机。
LHC的运行使得对撞机实验进入了新的阶段。
2012年，LHC在ATLAS 和CMS两个大型探测器中发现了希格斯玻色子，这一发现对于解开物质起源和宇宙演化的谜题具有重要意义。
为什么要研究粒子物理？为什么说环形正负电子对撞机是重大机遇？宇宙学中还有哪三个问题待解？为什么要研究粒子物理？万维网与希格斯粒子有什么关系？请看中科院高能物理所所长王贻芳的讲解。
整理/记者刘辛味新媒体编辑/吕冰心出品：科普中央厨房监制：北京科技报| 科学加客户端【演讲人】王贻芳中科院高能物理研究所所长▲2月5日首都科学讲堂：王贻芳《探索无穷——物质结构与宇宙》对自然的探索是人类的本能我们研究的问题是宇宙和物质，这是个古老的问题，古希腊时期的哲学家——芝诺、留基伯、德谟克利特、亚里士多德等人对我们生存的宇宙和我们看到的物质世界到底有什么关系进行了深入思考。
当然，他们是那时的哲学家，不是现代意义上对物质和宇宙的研究，但他们思考的深度仍令我们吃惊，他们认为空间中存在无数微粒，物质是由不同的元素构成。
几乎同时期，中国春秋战国时期左丘明在《国语·郑语》记录了史伯的思想，“土与金、木、水、火杂已成百物”。
对宇宙的思索，对物质世界的探索是人类的自然本能。
在过去的两千多年，科学有了爆发性的增长。
对自然本能的研究，转化成了科学研究，方法手段与本能的原始手段已经大不同。
从物质结构来说，原子学说提出后，发展出了分子学说，之后发展出现代意义上的化学。
1905年，英国物理学家卢瑟福通过实验发现原子内部有原子核，导致了原子核物理的研究。
上世纪60年代，物理学家发现了夸克，对物质结构有了更深层次的认识，产生了新的学科——粒子物理学，或者叫高能物理。
我们对物质结构的认识不断深入发展，每到一个新的层次就产生新的学科，而原来的层次会横向发展，比如化学，尽管我们对化学层次的认识早在200年前就有，但在今天化学仍是欣欣向荣的学科。
我们对原子核层次的认识也有100多年，原子核物理学目前仍是非常重要的学科。
更深层次的认识有粒子物理，今天也在继续向前发展。
人类对物质结构不断深入的研究，都源于好奇心。
那时人们从来没有问过研究物质更深层次能有什么用，而是对它有兴趣，在这些研究中不断发现了很多有用的东西。
科学发展最主要的动力，就是我们的好奇心。
粒子物理的无穷小与宇宙学的无穷大粒子物理研究简单来说就是无穷小，需要搞清楚世界最小是什么。
我们目前的研究最小到夸克级别。
宇宙学是另一个极端，他们研究无穷大。
几千年前仰望星空，人们看到了月亮、太阳，知道了恒星、行星，和太阳系。
后来我们知道，太阳不过是宇宙中无穷多恒星中的一个，不是唯一的。
再后来，我们发现太阳系所在的银河系，也不过是整个宇宙中无数星系中的一个，宇宙中有大量和银河系一样的星系，它们甚至组成了星系团。
现在我们理解，宇宙产生于138亿年前的一次大爆炸，已经有了实验观测依据。
我们还发现，宇宙处于膨胀状态，而且是加速膨胀，就像吹起来的气球，在气球上的任意两个点的距离都会随着气球的膨胀而变大，宇宙中的任意两颗星之间距离也在增长。
对整个宇宙我们还有很多未了解的问题，研究未了解的规律对理解我们身处的世界非常重要。
你要问这些规律是否有用，现在还难以回答。
宇宙学中有三个主要问题我们还不清楚，就是反物质、暗物质、暗能量。
简单来说，暗物质是我们看到宇宙中很多不发光但存在引力相互作用的物质；反物质与宇宙大爆炸有关。
在爆炸时我们认为这一刻总电荷为零，正电荷和负电荷粒子分别存在，自然可以想象爆炸后产生的物质和反物质是一样的，但我们现在看到的都是普通物质而没有天然的反物质。
我们看到的都是质子外面有一个电子在围绕它旋转，从没见过一个正电子围绕一个反质子转，这就是反物质消失之谜。
我们为这个谜付出了很多努力，但目前还未解决。
暗能量是宇宙加速膨胀带来的问题。
在牛顿力学中，如果物体被加速一定有力的作用，那么宇宙在加速膨胀，力是哪里来的？我们还不知道，只能认为宇宙中均匀存在一种暗能量，给了宇宙加速膨胀的力。
为了了解宇宙的起源，我们需要粒子物理学和宇宙学配合起来。
粒子物理中的无穷小和宇宙学中的无穷大有着非常深刻的关系。
研究粒子物理学里的无穷小，就要研究物质的内部结构，唯一的办法就是将其打碎，越小的物质将其打碎所需的能量越高。
宇宙学中的无穷大可以简单用宇宙大爆炸早期高温和高能量状态来说明，宇宙早期爆炸和膨胀以及之后的演化规律与我们粒子物理学现在研究的规律完全一样。
所以通过粒子物理学的研究可以发现宇宙早期到底是怎么回事，遵从了什么样的规律。
粒子物理学的研究内容现代自然科学中有三个最重要的前沿。
物质的基本结构、宇宙的起源和演化这两者在粒子物理与宇宙学中有交融，这也是我们高能物理研究所的工作。
第三个是生命的起源和本质，也需要粒子物理学提供研究手段。
粒子物理研究需要建造大量的加速器，这些加速器会产生X 射线和中子，可以用来研究物质的结构。
医院里就有X光机，加速器可以产生比医院X光机高上亿倍强度的通量，可以用于研究蛋白质的结构和其他材料的结构。
物质科学是一切现代科学的基础。
粒子物理学的目标是研究哪些基本粒子组成了物质，它们之间的相互作用，以及它们各自的性质，最后是宇宙的起源和演化。
粒子物理的三个前沿分别是高能量（粒子能量越来越高）、高强度（粒子数量越来越多导致精度的提升），以及与宇宙的起源和演化相关的研究。
粒子物理的基本研究方法粒子物理的基本研究方法，可以用显微镜观察标本做个简单的类比，显微镜最基本的原理是光子打到标本上。
如果研究的物质尺寸比光的波长小就看不到了，这就需要电子显微镜，由于电子波长比光子波长短得多，所以用电子轰击物体再来观察。
如果尺寸比电子波长还小，比如研究电子内部结构，就要用电子轰击电子，这就发展出了加速器和对撞机。
研究粒子物理，和传统用眼睛去看道理一样，所以粒子物理研究要用加速器。
有人说，加速器越来越贵能不能不用加速器，有没有其他办法？我的回答是没有。
粒子物理研究主要依赖加速器，等于有了显微镜。
但我们还需要眼睛，也就是谱仪。
电子对撞的过程需要用探测器检测出来。
把对撞点用各种探测谱仪包起来，就能看到对撞产生的次级粒子，以便于我们重建过程，理解过程和物理规律。
当然，粒子物理中也有不用加速器的物理实验，如宇宙线和中微子的探测，有在天上有在地下。
但总体来说，非加速器实验是使用的是天然源，是不可控的，有一定局限性。
基础研究带来广泛应用粒子物理研究最终产生了广泛的应用。
科学研究要研究从来没有见过的现象，就要用从来没有过的手段，发明并掌握了这些从来没有过的手段，自然就能找到它的应用。
加速器就是个例子，目前全世界大约有3万5千台加速器，其中一半以上用在医院。
我们日常生活和加速器密切相关，离不开加速器，如超市卖的海鲜很可能是用加速器做过消毒处理，否则很快就会腐烂变质。
医疗用品很大一部分是通过加速器消毒。
还有家用电缆的阻燃，安检设备，石油测井，空间实验等等用到了加速器。
从科研角度来说，加速器的研制还带来了同步辐射和散裂中子源的发展。
我们中国现在刚有第一台散裂中子源，和三台同步辐射光源。
它们可以比喻成巨型X光机，是科学研究必备的手段。
它们对其他学科有巨大的推动作用，化学、生物、材料、地质、环境都离不开它们。
北京高能同步辐射光源即将在怀柔开始建设，预计2018年年底开工，2025年建成；经过高能所十多年努力的在广东东莞建设的中国散裂中子源装置即将验收。
粒子物理的发展除了直接应用，还有间接推动高技术发展的例子。
比如目前通常使用的微波加速即带来了微波技术的发展，发展出了微波功率源；使用超导微波加速会使用到大型制冷机，涉及液氦、低温技术。
这些都是相关应用方面技术最先进、要求最高的设备，从而推动了各自技术的发展。
比如真空、机械这些普通的技术，如果应用于加速器，那么就是相关技术的最高水平。
所以粒子物理研究极大推动了科学技术的发展。
建造加速器使用的技术一定是最先进的技术，但是非常可惜，我们建造加速器所需要的技术和设备还未实现百分百的国产化，相当一部分设备需要进口，比如微波功率源，大型制冷机等，大型制冷机由于可以应用于航天领域，国外还对我们禁运。
虽然我国科技有了很大进步，但和国外最先进水平依然有差距。
我们希望通过大科学装置的建设，推动相关技术的发展，使我国相关技术和设备水平真正走到国际最前沿。
在宇宙学发展应用上，从几百年前伽利略发明的用肉眼观察的光学望远镜，发展到后来的大型光学望远镜，到现在的红外探测器，射电望远镜例如天眼FAST等，以及即将在西藏阿里建设的宇宙微波背景辐射探测装置。
除光学望远镜外，还有非光学望远镜，采用的是粒子物理研究用的探测技术，通过这些技术探测X射线、伽马射线等，来研究宇宙演化的规律，推断起源。
当然这里也有卫星和空间站的建设，空间站里也有粒子物理中的探测器，研究宇宙学的规律。
天文研究也应用了很多技术，这些技术非常复杂但也应用广泛。
比如建造天眼（FAST）所需的机械精度非常高；天文台除光学观测之外，还有空间碎片的观测与跟踪，这些看似和我们日常生活没有关系，但对国家安全有重大意义，也对我们的日常生活安全有着重要影响。
粒子物理研究具体做什么知道原子核存在后又经过70年的研究，我们对物质有了更深刻的认识，这里有1/3诺贝尔物理学奖颁给了粒子物理方向。
我们知道元素周期表里有100多种元素，现在发现比原子核更深次也有个周期表，只有12种基本粒子。
这12种基本粒子又分两大类，轻子和夸克。
我们最熟悉的电子，在100多年前就被发现了，还有其他几种比电子重的轻子，除了质量不一样，性质却和电子完全一样。
这种周期变化很奇怪，我们至今也不明白。
图中右边6个是夸克，除了质量不同，性质也相同。
轻子左下是三种非常奇怪的不带电、质量很轻的中微子，这是我们了解最少的基本粒子，也是今天研究非常重要的热点和前沿。
今天，物理学家不再研究电子，因为它的性质已经非常清楚了。
但中微子的性质一直没有搞清楚，到现在还不知道它的质量和基本性质。
在组成物质的12种基本粒子外，还有5种粒子参与它们的相互作用。
比如我们能看到东西，正是因为光子的存在，但它并不组成物质，只是在物质中传递电磁相互作用。
还有3种传递弱相互作用的粒子，W+粒子W-粒子和Z粒子，以及传递强相互作用的胶子。
这些粒子的作用，打个不太恰当的比方就像胶一样把夸克和轻子粘起来，基本粒子就像砖块，把它们粘起来就靠这5种粒子传递相互作用。
早期的电磁相互作用，通过麦克斯韦方程组写了出来。
上世纪60年代，有几位物理学家把电磁相互作用和弱相互作用用一个方程写了下来，我们今天称之为电弱统一理论。
但我们今天还没有能力把电弱统一理论和描述强相互作用的量子色动力学结合在一起用一个方程写下，这是我们未来努力的方向。
这里还有引力相互作用没有写进去，如何把引力相互作用和其他三种相互作用写在一起，它们之间有着什么样的深刻关系，也是未来需要解决的问题。
最后，还有一个奇怪的粒子，是所有粒子中最后一个被发现的——希格斯粒子，也被称为上帝粒子，这个粒子的作用是给其他粒子质量，它的发现获得了2013年诺贝尔物理学奖。
