下载文档原格式
粒子物理I吕才典学科基础课。
需要量子力学基础,电动力学。
主要讲解物质是由什么构成的，构成物质的最小单元是如何相互作用如何相互转化的，同时还涉及宇宙是如何形成和演化的。
通过本课程的学习，希望学生理解粒子物理的标准模型，即按目前的认识水平，构成物质的最小单元是夸克和轻子，自然界存在强相互作用，电磁相互作用，弱相互作用和引力相互作用，此外还要跟踪粒子物理实验的最新进展。
通过本课程的学习使学生为进一步从事粒子物理的研究打下坚实的基础。
主要参考书：1. 章乃森, 《粒子物理学》, 科学出版社, 北京, 1985。
2. 唐孝威等, 《正负电子物理》, 科学出版社, 北京, 1995。
3．高崇寿，曾谨严，《粒子物理和核物理讲座》，高等教育出版社，北京，1994。
教材：D.H. Perkins, Introduction to High Energy Physics, Addison-Wesley Publishing Company Inc, 1972，1982，1987，2000.目录第一章粒子的运动和动力学性质 (4)1.1引言 (4)1.2粒子的运动性质 (7)1.3粒子的运动学描写 (12)1.4相互作用 (19)1.5粒子的分类 (23)第二章对称性和守恒定律 (26)2.1守恒量的一般性质 (26)2.2N OETHER定理 (29)2.3同位旋 (32)2.4奇异数和重子数 (36)2.5P变换(宇称变换) (41)2.6正反粒子(C)变换 (45)2.7G变换 (50)2.8CP变换 (53)2.9全同粒子交换变换 (57)2.10正反粒子组成系统的对称性 (60)2.11守恒定律的回顾 (64)第三章强相互作用和强子结构 (65)3.1重夸克和重夸克偶素 (65)3.3重子八重态 (73)3.4轻介子系统：赝标量介子 (75)3.5轻矢量介子 (78)3.6重味介子 (81)3.7强子的命名规则 (83)3.8顶夸克(TOP) (86)3.9色相互作用—QCD (87)3.10重离子碰撞实验和夸克胶子等离子体 (90)第四章电弱相互作用 (92)4.1弱相互作用的性质 (92)4.2弱相互作用的理论 (97)4.3GIM机制和CKM矩阵 (101)4.4中性K介子的对称性 (105)4.5介子的纯轻子衰变 (111)4.6电弱统一理论 (113)4.7费米子散射过程 (124)第五章超出标准模型的新物理探索 (128)5.1更高电弱对称性的探寻 (129)5.2大统一及超大统一理论 (131)5.3超对称理论等超出标准模型的理论 (134)5.4中微子质量和中微子振荡 (136)第一章粒子的运动和动力学性质1.1 引言世界是由什么组成的？早先的中国人,夏朝（公元前两千年）相信是由金、木、水、火、土（五行）组成西方哲学家（古希腊的Empedocles）在公元前430年认为是由水、火、土和空气组成的，同时代的Democritus认为万物是由大小不同、质量不同、有不可入性的原子组成，原子是“不可再分”的意思。
粒子路径运动一、引言粒子路径运动是指粒子在空间中运动的轨迹。
粒子可以是微观粒子，如原子、分子等，也可以是宏观粒子，如星球、行星等。
粒子路径运动的研究对于理解物质的性质和宇宙的运行规律具有重要意义。
二、粒子的运动状态粒子的运动状态可以用位置、速度和加速度来描述。
位置是指粒子在空间中的位置坐标，速度是指粒子在单位时间内移动的距离，加速度是指粒子在单位时间内速度变化的快慢。
根据牛顿第二定律，粒子的加速度与作用力成正比，与质量成反比。
三、粒子的直线运动粒子的直线运动是指粒子在一条直线上运动的情况。
在直线运动中，粒子的位置随时间的变化可以用直线方程描述。
如果粒子的加速度为常数，则粒子的速度与时间成正比，位置与时间的平方成正比。
而如果粒子的加速度不是常数，则粒子的位置与时间的关系更加复杂。
四、粒子的曲线运动粒子的曲线运动是指粒子在曲线上运动的情况。
在曲线运动中，粒子的位置随时间的变化可以用曲线方程描述。
曲线运动包括圆周运动、椭圆运动、抛物线运动和双曲线运动等。
在这些曲线运动中，粒子的速度和加速度的方向会随时间变化，从而导致粒子路径的弯曲。
五、粒子的周期运动粒子的周期运动是指粒子在一定时间内重复出现相同的位置和状态的运动。
周期运动包括简谐振动和圆周运动等。
在简谐振动中，粒子在平衡位置附近沿着一条直线往复运动，如弹簧振子的运动。
在圆周运动中，粒子围绕一个中心点作圆周运动，如行星绕太阳的运动。
六、粒子的随机运动粒子的随机运动是指粒子在空间中无规律地运动的情况。
随机运动可以用布朗运动来描述，即粒子在液体或气体中受到分子碰撞的影响而发生的无规律运动。
布朗运动是粒子路径运动中最难以预测和控制的一种运动形式。
七、粒子路径运动的应用粒子路径运动的研究在物理学、化学、天文学等领域具有广泛的应用价值。
在物理学中，粒子路径运动的研究可以帮助我们理解物质的基本性质和微观运动规律。
在化学中，粒子路径运动的研究可以用于分子动力学模拟和反应动力学研究。
电磁场中带电粒子的运动电磁场是我们日常生活中经常接触到的现象之一，无论是电力、通讯、信息技术等等，都离不开电磁场的作用。
在电磁场中，带电粒子是其中最基本的元素之一，带电粒子运动的轨迹也体现了电磁场的特性。
本篇文章将详细探讨带电粒子在电磁场中的运动特征。
首先，让我们来看一下带电粒子在电磁场中的基础方程式。
根据洛伦兹力的定义，当带电粒子在电磁场中运动时，其所受的力可表示为：$F=q(\mathbf{E}+\mathbf{v}\times\mathbf{B})$。
其中，$F$为所受的力，$q$为带电粒子的电荷量，$\mathbf{E}$为电场强度，$\mathbf{B}$为磁场强度，$\mathbf{v}$为带电粒子的速度矢量。
这个方程式说明了电磁场对带电粒子的作用，也说明了带电粒子在电磁场中的运动轨迹会受到力的影响。
其次，我们需要探讨磁场对带电粒子的影响。
根据洛伦兹力的定义，带电粒子在磁场中只会受到垂直于运动轨迹的力，这意味着带电粒子在磁场中的横向运动会发生，而纵向运动不会改变。
这种横向运动也被称为“洛伦兹力偏转”，其偏转弧线的弯曲程度与带电粒子的质量、电荷量、速度和磁场强度等因素有关。
此外，在电磁场中，带电粒子的运动也受到衰减力的影响。
根据电磁辐射的理论，任何带电粒子在运动中都会辐射电磁波能量，从而导致带电粒子动能的损失，这种力被称为“辐射阻力”。
这一力量对于高速运动的带电粒子来说尤为显著，因为在高速运动时辐射阻力会使得带电粒子的速度越来越缓慢，最终会导致带电粒子停止在某个点上。
最后，让我们来看一下带电粒子在交变电场中的运动特征。
交变电场是指电场方向和大小都会随着时间而变化的电场，它对带电粒子的作用也不同于直流电场。
在交变电场中，即使带电粒子在磁场中偏转，也会因为电场的方向变化而往返摆动，最终运动轨迹呈现为固定幅度的曲线。
而交变电场同样会导致带电粒子在一定程度上损失能量，但与辐射阻力不同的是，交变电场对带电粒子的损失更多表现为轨道形状的形变。
电场中的带电粒子运动电场是指电荷周围产生的电力相互作用的区域。
带电粒子在电场中受到电力的作用而运动，这种运动对于了解电荷和电力的特性至关重要。
本文将探讨电场中带电粒子的运动规律及其影响因素。
一、电场的基本概念在没有电荷的情况下，空间中的电场强度为零。
当有正电荷出现时，它产生一个从正电荷指向负电荷的电场。
类似地，负电荷也产生一个从负电荷指向正电荷的电场。
电场强度的大小与电荷量成正比，与距离的平方成反比。
二、电场力对带电粒子的作用带电粒子在电场中受到电场力的作用，其大小与电荷量及电场强度的乘积成正比。
电场力的方向与电荷的正负性有关，同性相斥，异性相吸。
三、带电粒子在匀强电场中的运动规律匀强电场是指在一定区域内电场强度大小和方向都保持不变的电场。
在匀强电场中，带电粒子的运动规律可以用以下几个方面来描述：1. 在纵向运动中，带电粒子受到电场力的作用而加速或减速运动。
正电荷向电场强度的方向加速运动，负电荷则反方向加速运动。
2. 在横向运动中，带电粒子的运动轨迹是一个由匀速直线运动和匀速曲线运动组成的抛物线。
这是因为带电粒子在垂直于电场方向的速度分量保持不变的情况下，在水平方向上匀速运动，在竖直方向上受到重力和电场力共同作用而形成匀加速运动。
3. 带电粒子的运动速度与电场强度有关，电场强度越大，带电粒子的运动速度越快。
四、影响带电粒子运动的因素除了电场强度的大小，还有其他因素会影响带电粒子在电场中的运动：1. 带电粒子的电荷量：电场力与电荷量成正比，因此带电粒子的电荷量越大，所受电场力也越大。
2. 带电粒子的质量：对于相同的电场力，质量越大的带电粒子受到的加速度越小，速度增加的趋势也相对较弱。
3. 外力对带电粒子的作用：如果带电粒子在电场中还受到其他力的作用，如摩擦力或阻力，那么它的运动规律将受到这些力的影响。
五、应用举例电场中带电粒子的运动规律在生活中有着广泛的应用。
例如，在电视和电子显示屏中，通过控制电场中带电粒子的运动来产生图像，并通过改变电场的强度和方向来显示不同的颜色。
粒子的运动与受力分析在物理学中，粒子是指质点或微观物体，具有质量和速度的实体。
粒子可以在空间中进行各种运动，其运动状态受到力的作用而改变。
本文将对粒子的运动和受力进行分析，并探讨其中的一些重要概念和公式。
一、粒子的运动粒子的运动可以分为直线运动和曲线运动两种形式。
直线运动是指粒子在一条直线上运动，常见的例子有自由落体运动和匀速直线运动。
曲线运动则是指粒子沿着一条曲线轨迹运动，比如圆周运动和抛体运动。
对于直线运动，可以使用位移、速度和加速度等概念来描述。
位移是指粒子在运动过程中从起始位置到终止位置的位移量，通常用符号Δx表示。
速度是指单位时间内位移的变化率，可以用v表示。
如果粒子在运动过程中速度保持不变，则称为匀速直线运动。
加速度则表示速度的变化率，可以用a表示。
如果加速度不为零，则称为变速直线运动。
曲线运动则需要引入向心加速度的概念。
向心加速度是指粒子在曲线运动时，沿着曲线方向的加速度。
它的大小可以通过公式a=v^2/r来计算，其中v为粒子的速度，r为曲线的半径。
二、粒子的受力分析粒子的运动状态受到力的作用而改变。
根据牛顿第二定律，物体的加速度与作用在其上的合力成正比，反比于物体的质量。
因此，粒子的受力分析对于研究其运动至关重要。
在粒子的受力分析中，常用到的力包括重力、弹力、摩擦力和拉力等。
重力是指地球或其他天体对物体的吸引力，其大小可以通过公式F=mg计算，其中m为物体的质量，g为重力加速度。
弹力是指弹簧等弹性物体对物体的反作用力，其大小与物体相对于平衡位置的偏离程度成正比。
摩擦力则是指物体在与其他物体接触时，由于两者表面的不平滑而产生的阻碍物体相对运动的力。
三、使用牛顿定律分析粒子的运动牛顿定律是描述物体运动的基本定律，它包括了三个基本公式。
第一定律，也被称为惯性定律，指出一个物体如果受到合力为零的作用，将保持静止或匀速直线运动的状态。
这个定律反映了物体的惯性特性。
第二定律则是经典力学中最著名的定律，它表明物体所受合力与其加速度成正比，反比于物体的质量。
了解粒子的运动趋势
粒子的运动趋势取决于所受到的力和能量。
根据不同的力和能量作用，粒子的运动可以表现为以下几种趋势：
1. 直线匀速运动：如果粒子所受到的合力为零，它将保持匀速直线运动，速度大小和方向保持不变。
2. 直线加速运动：当粒子所受的合力不为零时，其速度将发生变化。
如果合力的方向与速度方向一致，粒子将呈加速运动，速度逐渐增大。
3. 直线减速运动：如果合力的方向与速度方向相反，粒子将呈减速运动，速度逐渐减小，直至停止。
4. 曲线运动：当粒子所受的合力不平行于速度方向时，粒子将发生曲线运动。
曲线运动可以是圆周运动、椭圆运动或其他形状的运动。
5. 随机运动：在一些特定的条件下，粒子可能经历随机运动。
这种运动的趋势很难预测或规律。
需要注意的是，以上描述的是粒子的经典力学运动趋势。
在量子力学中，粒子的运动趋势可以更复杂，可能需要使用波函数来描述粒子的位置和动量等属性。
带电粒子在磁场中的运动知识点总结带电粒子在磁场中的运动可以通过洛伦兹力来描述，洛伦兹力的大小为F=q(v×B)，方向垂直于带电粒子的速度和磁场。
1. 磁力对粒子的运动轨迹的影响：- 在匀强磁场中，带电粒子的运动轨迹为圆周，圆心在速度与磁场垂直的平面上，半径为mv/qB，速度方向以半径为轴作右手螺旋运动。
- 在非匀强磁场中，带电粒子的运动轨迹为螺旋线，其螺旋轴垂直于磁场方向，并以瞬时速度方向为轴向作旋转运动。
2. 粒子在磁场中的运动特点：- 磁场只对带电粒子的速度方向产生影响，不会改变其速度大小。
- 磁场对带电粒子的运动不会改变其动能，只是改变其运动方向。
- 当带电粒子的速度与磁场平行时，洛伦兹力为零，粒子不受力，保持直线运动。
- 当带电粒子的速度与磁场平面夹角为0或180度时，洛伦兹力最大，速度方向会发生最大的改变。
3. 粒子在磁场中的运动方向：- 正电荷带电粒子在磁场中受力方向与负电荷带电粒子相反，遵循右手定则。
- 右手定则：将右手伸直，让食指指向带电粒子的速度方向，中指指向磁场方向，则拇指的方向就是粒子受力的方向。
4. 粒子运动的径向速度和纵向速度：- 径向速度指与粒子运动轨迹半径方向相同的速度分量，大小不变，只改变方向。
- 纵向速度指与粒子运动轨迹切线方向相同的速度分量，大小不变，只改变方向。
5. 粒子在磁场中的周期和频率：- 带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的周期为T=2π(m/qB)，圆周运动的频率为f=1/T。
- 带电粒子在非匀强磁场中做螺旋运动的周期，取决于速度和磁场的空间分布情况。
这些是带电粒子在磁场中运动的关键知识点总结，可以帮助理解和解决相关问题。
粒子在中心力场中的运动特性自从人类开始研究物理学以来，科学家们就一直试图理解各种力对物体运动的影响。
其中，中心力场是一种特殊的力场，它的方向与物体与力场中心的连线方向始终保持一致。
通过研究粒子在中心力场中的运动特性，我们能够更好地理解和揭示自然界的规律。
首先，让我们来了解一下什么是中心力场。
中心力场的特点是力的方向始终指向力场的中心点，这种力称为中心力。
在这种力场下，一个粒子受到的合力的方向总是指向中心点。
最常见的中心力场便是万有引力场，质点之间的引力就是中心力。
此外，静电力和磁力也可以是中心力。
当然，这并不是说中心力只有这几种形式，还有其他形式的中心力等待我们去发现和研究。
在研究粒子在中心力场中的运动特性时，我们可以运用牛顿定律、动量守恒定律和能量守恒定律等物理原理。
通过综合运用这些定律，我们可以推导出粒子在中心力场中的运动规律。
下面，我们将重点介绍一些有关粒子运动的基本特性。
首先是粒子的轨道形状。
根据粒子在中心力场中的运动情况，轨道有可能是椭圆、抛物线或双曲线。
其中，椭圆轨道是粒子在中心力场中最常见的轨道形状。
当粒子的能量小于等于零时，它将绕中心点做速度足够小的椭圆轨道运动。
而当粒子的能量为正时，轨道将变为双曲线形状，粒子会离开中心点远去。
当粒子的能量为零时，轨道将是一条抛物线，粒子将沿着抛物线运动。
其次是粒子的角动量守恒。
在中心力场中，粒子的角动量守恒是一个很重要的性质。
角动量是指物体围绕某一点旋转时所具有的动量，它与物体的质量、速度和旋转半径有关。
在中心力场下，粒子的角动量大小和方向均保持不变，但随着粒子在轨道上运动的位置的不同，角动量的方向可能会改变。
这个性质在分析行星运动、原子结构等领域都起到了重要作用。
再次是粒子的动能和势能变化。
在中心力场中，粒子的总机械能是守恒的，这意味着粒子的动能和势能之和保持不变。
动能是指粒子由于运动而具有的能量，势能则是指粒子由于所处位置而具有的能量。
在粒子在中心力场中运动时，当它离开中心点越远时，势能越大，动能越小；而当它靠近中心点时，动能增大，势能减小。
