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第一章
Chang & Heavy Ion holic
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本帖最后由 浑狱弥 于 2013-2-2 00:40 编辑
本文参考自北京高能所质谱仪负责人沈肖雁研究员的报告，鄙人编辑。
物理大厦最重要的基石是什么？
答曰：四大力学——理论力学，电动力学，热力学与统计学，量子力学。
牛顿和哈密顿构筑了经典力学和分析力学，麦克斯韦统一了电磁理论，麦克斯韦和玻尔兹曼开创了热统，海森伯和狄拉克建立了现代量子力学。那么，现在的物理人在做什么？
5%的人在看天（天体物理），80%的人在造小结构（凝聚态），3%的人深思波粒二象性（激光、无线电），2%的人在空想（各种切合实际的理论修正和不切合实际的骗经费瞎掰）。
好像少了10%……他们就是粒子物理人，每天对着LHC喝茶~
当然不是所有LHC（量子加速器）都像CERN的一样经常刷存在感，但被誉为只能用钱启动的他们可不是白烧钱的。
那么这些LHC都是用来干啥的？
这是个好问题，不过也是个大问题。首先要明确的是LHC是研究高能物理的重要工具。
高能物理，又称粒子物理，研究：物质的基本结构，物质的基本性质，物质间的相互作用。
粒子物理是分子物理，原子物理，原子核物理的自然发展与深化。
近期的研究发现某些星体系统的运转方式与原子内部相似，由此，不少工作者断言，粒子物理与宇宙学和天体物理有着密不可分的关系（由无穷小拓展到无穷大）。
高能物理的研究范围及其要解决的问题：
1.寻找构成物质的基本元素；
2.研究物质间的相互作用规律及其同意模式；
3.明了基本粒子的性质；
4.理解宇宙起源与演化规律。
关于物质的基本元素，现在大多数人都接受了Gell-mann的夸克模型，不过他当年只提出了三种夸克模型u,s,d，后来Bjorken,Glashow,Illiopoulos,Maiani提出引入charm夸克来解释弱作用理论，几年后丁肇中和Richter从实验上发现了charm夸克。而后Bottom夸克和Top夸克也先后被发现。
目前的标准模型：
目前定义的基本粒子（夸克+轻子）
传递相互作用的粒子：光子——电磁作用
 和  ——弱作用
两者构成弱电统一理论
胶子——强作用
量子色动力学（QCD）
质量起源：Higgs（疑似被CERN发现）
以在CERN的LEP对撞机的四个实验为主，对标准模型，尤其是弱电理论进行了大量精确检验，证明了标准理论的巨大成功。
对于高能态（>10GeV）QCD拟合较好，对于低能态（<3GeV）还有待进一步检验。
近年来的发现与问题：
1.WMAP实验证实了世界上可见物质只有4%，暗物质23%，暗能量73%。这是目前物理学界无法解释的，乌云一片！
2.中微子振荡现象的确认，这与标准模型不符。
3.介质CP破坏，CP破坏的本质未知。
4.一系列新粒子的发现。
高能物理实验的观测手段：
基于加速器的：1.加速器：加速带电粒子使其与其他粒子高速相碰，发生物理反应。
2.探测器：又称谱仪，用各种探测仪器精确测量物理反应的次级粒子种类，能量，动量与运动方向。
基于非加速器的：1.地面宇宙射线实验
2.地下中微子实验
3.天上宇宙学实验
高能加速器与探测器——高能物理研究的基本工具：
1.必要性
探索尺度越小，越需要高能加速器（波长与能量成反比）；
产生新的重粒子，需要更高能的加速器（ ）；
模拟大爆炸瞬间的粒子状态，需要高能重离子对撞机（产生极高温度）。
2.加速器类型：
一般加速器：加速单束带电粒子。
加速器：两带电粒子束相撞，获得更高的加速效率。此处分类： ,重离子—重离子。
目前国际上主要高能物理实验中心（实验中心/加速器/研究内容）：
高能量前沿
CERN：LHC（pp @14TeV） Higgs,SUSY,……
Fermilab：Tevatron（ @2TeV） Higgs,t,……
高精度前沿
KEK：KEKB（ @10GeV） b,CP
IHEP：BEPC（ @4GeV） tau-c,CKM,……
Novosibirsk：VEPP（ @1 - 4GeV） φ,tau-c,CKM,……
Frascati：DAФNE（ @1GeV） φ,CKM,……
中国研究高能物理的原因：
1.高能物理研究是基础科学研究之一：物质结构，宇宙起源与演化，生命起源与本质
2.高能物理研究涉及国家安全与经济发展的关键技术：加速器；核探测技术与核电子学；真空，微波，高频，低温，网络，自控，……
3.作为基础科学研究提供了国际交流的平台
4.人才培养基地
中国高能物理发展：
1.参与国际大型高能物理合作
-欧洲大型强子对撞机：LHC/ATLAS,CMS,LHCb,ALIC
-日本B-工厂：KEKB/BELLE-Ⅱ
-美国BNL：STAR,……
-德国FAIR/PANDA,CBM,……
-地下与空间实验：KamLAND,T2K,AMS,……
-国际未来直线对撞机：ILC
2.基于国内的高能实验
-北京谱仪/北京正负电子对撞机
-大亚湾反应堆中微子实验
-羊八井国际宇宙射线观测站
-硬X射线调制望远镜
北京正负电子对撞机概况
北京高能所主要研究内容——tau-c（BESⅠ,BESⅡ）
BESⅠ于1989年正式运行，BESⅡ：1997-2004，BESⅢ：2008-
BESⅢ/BEPCⅡ项目2003年批准，2004年建造。
BESⅢ/BEPCⅡ项目建造中涉及技术：
-超导技术：超导高频腔，超导磁铁
-真空技术：500米真空管道，  托
-高频技术：500MHz,180KW
-控制技术：<1ns响应时间
-机械技术：大型精密碳纤维筒；大型精密真空容器；在直径为1.6米的圆盘上打9000个孔，精度50μ
-晶体技术：20吨高纯度Csl发光晶体
-电子学技术：25ps,15bitFADC,<1000ENQ,30000道
-大规模数据获取技术：100Mbyte/s
-磁铁技术
-粒子探测技术
BES物理的主要内容与目标
-几个基本物理过程
e^+e^- Bhabha,for Lumi and cal. "e^+e^- \to \left(\gamma\right)e^+e^- Bhabha,for Lumi and cal.")
\mu^+\mu^- di-muon,for cal. "e^+e^- \to \left(\gamma\right)\mu^+\mu^- di-muon,for cal.")
J/\psi for light hadrons,charmonium. "e^+e^- \to \left(\gamma\right)J/\psi for light hadrons,charmonium.")
\psi^\prime for charmonium,light hadrons. "e^+e^- \to \left(\gamma\right)\psi^\prime for charmonium,light hadrons.")
\psi^{\prime\prime} for electroweak,charmonium. "e^+e^- \to \left(\gamma\right)\psi^{\prime\prime} for electroweak,charmonium.")
\tau^+\tau^- for tau mass and other studies. "e^+e^- \to \left(\gamma\right)\tau^+\tau^- for tau mass and other studies.")
q\bar{q} for QCD studies. "e^+e^- \to \left(\gamma\right)q\bar{q} for QCD studies.")
-研究内容
轻强子谱的系统研究；
粲偶素的产生与衰变性质的研究；
CKM矩正元的精确测量和超出标准模型新物理的寻找；
QCD与强子产生性质的研究；
tau物理
physics at BES-Ⅲ 北京高能所的研究成果书
北京高能所设施介绍
如今高能物理实验已成为倾尽一国财力完成的基础实验，与当年的两弹一星从国防建设还是科技研究来说有着相同地位。
希望广大热爱物理的少男少女一起为了探索世界而不懈奋斗！
壮哉，我大物理（此人已疯，炸~）~
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发表于 2012-10-5 17:28:33
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