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粒子物理基础  021M1009H-1

学期:2016-2017学年秋 | 课程属性:一级学科核心课 | 任课教师:吕才典等
课程编号: 021M1009H-1 课时: 60 学分: 4.0
课程属性: 一级学科核心课 主讲教师:吕才典等
英文名称: Introduction of Particle Physics

教学目的、要求

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,掌握对称性和守恒定律在粒子物理中的应用,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。 

预修课程

量子力学, 电动力学

教 材

D.H. Perkins, Introduction to High Energy Physics, Addison-Wesley Publishing Company Inc, 1972,1982,1987,2000.

主要内容

第一章	 引言 (4学时)

1.1  粒子物理学的研究内容: “基本”粒子谱 • 2 粒子物理理论概要;自然单位制(1学时)
1.2  高能物理实验手段:高能加速器的种类、现有世界著名加速器(0.5学时)
1.3  粒子的基本性质:质量、寿命、宽度、电荷、自旋、螺旋度、磁矩(1.5学时)
1.4  场、粒子与相互作用: 场和粒子,基本相互作用 (0.5学时)
1.5  粒子的分类:稳定粒子和共振态,轻子-夸克层次粒子的分类•(0.5学时)

第二章	粒子的运动和动力学性质 (8学时)

2.1  洛伦兹变换和洛仑兹变换的快度描写•(1.5学时)
2.2  实验室坐标系和质心坐标系: 质心坐标系和反应有效能量,反应Q值和阈能, 一些物理量在质心系和实验室系之间的变换关系 (1.5学时)
2.3  相空间:n体末态相空间,不变相空间积分 不变质量谱 (2学时)
2.4  几种典型的运动学问题: N个粒子反应的Lorentz不变量,2-2反应中的s,t,u不变量,二体衰变运动学,三体衰变运动学,二体反应截面 (3学时)

第三章	对称性和守恒定律(重点,9学时)

3.1守恒量的一般性质(1学时)
3.2	Noether定理(1学时)
3.3	宇称变换(P变换)(1学时)
3.4	正反粒子(C)变换(1学时)
3.5	G变换(1学时)
3.6	CP变换(1学时)
3.7	全同粒子交换变换(1学时)
3.8	正反粒子组成系统的对称性(1学时)
3.9	守恒定律的回顾(1学时)

第四章	 强子与强子间相互作用(8学时)
4.1  核力和汤川 势 (1学时)
4.2  核子和π介子 (1学时)
4.3  核力与同位旋: 核力的电荷对称性和电荷无关性,同位旋的基本概念,两个核子体系的同位旋,πN系统的同位旋,同位旋守恒定律,同位旋的破坏(3学时) 
4.4  奇异粒子: K介子和超子4.5.1 奇异粒子的发现,奇异粒子的性质,重子数B,超荷Y,盖尔曼-西岛关系,奇异粒子的自旋和宇称 (2学时)
4.5 共振态:弹性散射的分波分析,共振态的产生和描写,重子共振态,介子共振态(1学时)

第五章	   强子结构和夸克模型 (重点,10学时)
5.1	夸克模型(2学时)
5.2	重夸克和重夸克偶素(1学时)
5.3	重子十重态(1学时)
5.4	重子八重态(1学时)
5.5	轻介子系统:赝标量介子(1学时)
5.6	轻矢量介子(1学时)
5.7	重味介子(1学时)
5.8	强子的命名规则(1学时)
5.9	色相互作用-QCD(1学时)

第六章	  轻子(5学时)
6.1 轻子的基本性质:β衰变和中微子发现,反β衰变和中微子相互作用,中微子的螺旋度和手征性,电子和μ子的磁矩(1.5学时)
6.2 轻子数守恒和轻子的普适性(1学时)
6.3 中微子质量问题(1学时)
6.4 中微子震荡(1.5学时)

第七章	   电弱相互作用 (难点,10学时)
7.1	弱相互作用现象(1学时)
7.2	弱相互作用的理论(1学时)
7.3	GIM机制和CKM矩阵(1学时)
7.4	中性K介子的对称性(1学时)
7.5	介子的纯轻子衰变(1学时)
7.6	Higgs机制(2学时)
7.7	电弱统一理论(2学时)
7.8	费米子散射过程(1学时)

第八章	 超出标准模型的新物理(介绍性,3学时)
8.1  更高电弱对称性的探寻(0.5学时)
8.2  大统一及超大统一理论(1学时)
8.3  Technicolor、超对称理论等超出标准模型的理论(0.5学时)
8.4  超弦和额外维数(0.5学时)
8.5  粒子宇宙学(0.5学时)


教学手段与方法(楷体小四加粗):(多媒体为主,板书为辅)

考核方式(楷体小四加粗):(闭卷考试)

参考文献

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。

授课时间: 星期一, 第9、10、11节
授课地点: 教1-115
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22

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