粒子物理学发展的历史考察

 粒子物理是现代物理学的重要分支,也是人类文明的标志性成就之一。1955—1995年,约1/3的诺贝尔物理学奖授予了粒子物理相关理论或实验研究。为分析其发展历程,按照时间顺序,将粒子物理的发展分为初步探索期、理论成熟期、实验验证期和继续完善期4个阶段。其中,初步探索期（1930—1951年）是粒子物理的起步与独立阶段;理论成熟期（1952—1967年）是粒子物理的理论体系构建阶段;实验验证期（1968—1985年）是粒子物理理论体系得到实验验证阶段;继续完善期（1986年至今）是粒子物理的接续发展阶段。现在人类比以往任何时期都更加接近于超越标准模型的新物理。     

QED和QCD讲义：单圈和多圈费曼图的实用计算及其重整化

近年来粒子物理领域的实验精度快速地增长，因此对于相应的物理计算精度的要求也就越来越高，以便能准确地分析和解释实验、指导进一步的测量。特别是对于超出标准模型的新物理的研究以及大型强子对撞机（LHC）的即将建成并投入运行，对于高精度理论计算提出了更高的迫切要求。     

标准模型与超出标准模型的物理学

20世纪60年代末在非阿贝尔规范理论框架下建立起来的基本粒子的标准模型，成功地描述了强相互作用和电弱相互作用，广泛地被用来处理粒子物理的各种实验现象。但是由于它有太多的参量，以及不能很好地解决很多重要的问题，人们普遍认为它并不是一个粒子物理的终极理论。因此寻找超出标准模型的新物理就成为21世纪粒子物理学家迫切的任务。     

第5届中日韩结构及机械系统优化研讨会

本人在2008年3月15-28日期间访问了LPSC。LPSC是法国国家核物理及粒子物理研究院（IN2P3）的—个分支机构。位于格勒诺贝尔,主要从事粒子物理、宇宙学的研究。在ATLAS实验中,LPSC参加了量能器的研制工作,目前正在进行ATLAS实验的模拟数据的分析研究,在自叩夸克物理以及带电Higgs粒子的寻找和测量方面,已经取得在国际同行中的领先地位。2007年山东大学与LPSC在中法粒子物理实验室（FCPPL）的框架下建立合作关系,合作开展ATLAS物理研究工作。     

DAMA实验新进展

DAMA实验正在意大利国家核子研究所（I.N.F.N.）的格朗萨索国家实验室（LNGS）运行.DAMA实验主要研究银河系银晕内的暗物质粒子.目前的DAMA/LIBRA采用的是250kg高放射性纯度的NaI（Tl）晶体,加上第一代实验DAMA/NaI（约100kgNaI（Tl）晶体）,DAMA实验已经积累了13个年周期的数据,总曝光量高达1.17ton·yr,观测到显著性为8.9σ的与模型无关的暗物质年调制信号,这是银河系银晕内存在暗物质粒子的证据.本文描述DAMA实验的设置运行情况以及近期主要物理结果.     

2008国际Top物理会议

在欧洲核子中心（CERN）建造的大型强子对撞机于2008年正式开始运行，LHC上的实验将会在TeV能区揭示和探询超出标准模型的新物理现象，直接导致物理学新的突破，使粒子物理研究进入一个新的时代。在检验标准模型以及寻找新物理两方面，Top夸克物理都将起到非常重要的作用。     

缪子反常磁矩的精确测量预示存在新物理

 缪子反常磁矩a_μ=（g_μ-2）/2是缪子的基本物理参数之一，它的精确测量和理论计算为标准模型的诞生奠定了基础。费米缪子反常磁矩实验的首个实验结果表明缪子反常磁矩的测量值和标准模型理论预言不相符。该结果与早期布鲁克海文实验的结果相一致。这2个实验的综合测量结果与标准模型预言值的差距为4.2σ，这为新物理的存在提供了强有力的证据，预示着世界上可能存在新的未知粒子或者作用力。     

宇宙微波背景辐射检验CPT对称性

电荷共轭-宇称-时间反演（CPT）联合对称性是粒子物理中的一种基本对称性.检验CPT对称性是检验标准模型及发现新物理等基础科学研究的重要途径.本文将介绍利用高精度的宇宙微波背景辐射（CMB）的观测和实验检验CPT对称性的方法,以及最新进展.通过与其他实验的比较我们发现CMB对CPT对称性的检验精度更高.     

标量粒子在中性介子混合中的效应

中性粒子混合提供了寻找超出粒子物理标准模型的新物理的理想场所. 讨论一种包含很重的标量粒子的新物理模型. 标量粒子与标准模型的夸克相互作用,可导致味道改变的中性流过程,从而产生中性粒子之间的震荡. 讨论了标量粒子在中性介子混合中的效应,根据实验数据对于新模型中的参数,如标量粒子的质量和耦合常数给出了限制.     

粒子物理标准模型引论第二版

粒子物理研究能量低于2TeV的体系,即轻子和夸克等基本粒子之间的弱、电磁和强相互作用。本书以简明、易懂的方式介绍了粒子物理的标准模型,对强相互作用的理论发展、物质-反物质不对称性以及中微子物理的进展进行了评述。自本书第一版出版的8年以来,粒子物理标准模型的最主要进展认为：     

探寻中的新粒子

简述粒子物理的标准模型及宇宙论的标准模型。通过对实验观测的分析，确认暗物质的存在，并指出由它组成的粒子是我们探寻中的超越标准模型的新粒子。     

强子对撞机上中性top-pion介子产生过程(pp(p)→Π_t~0Π_t~0,bΠ_t~0)的研究

描述电弱相互作用的电弱统一模型即Glashow-Weinberg-Salam(GWS)模型和描述强作用的量子色动力学(QCD)组成了粒子物理学中的标准模型(SM).迄今为止,它是大家普遍承认的最好的描述弱、电、强3种相互作用的理论,大量实验成功地验证了这一模型.但是,其电弱理论中为产生电弱对称性破缺而引入的Higgs粒子,至今仍未在高能物理实验中发现,电弱对称性破缺(EWSB)机制还不清楚.因此,人们认为:电弱对称性破缺机制问题很可能涉及超出标准模型的新物理,并为最终解决质量起源问题提供线索.这个问题是当前粒子物理中最重要的问题之一,也是当前和未来…     

我们的世界是由弦构成的吗？

正随着2012年所谓"上帝粒子"的希格斯粒子在欧洲大型强子对撞机(LHC)上被发现,描述物质基本组元及其相互作用的粒子物理标准模型取得了极大的成功。粒子物理标准模型成功地描述了除了引力之外的3种基本相互作用(强、弱和电磁相互作用),但是它仍然存在规范等级、宇宙学常数、暗物质等一系列问题。这些问题激励着物理学家寻找超出粒子物理标准模型的新物理,其中一个重要的思想就是联系费米子自由度和玻色子自由度的超对称性。     

LHC上荷电top-pion介子与胶子的味改变联合产生

在过去的几十年中标准模型（SM）取得了巨大的成功,大量的实验成功地验证了这一模型。然而迄今为止,标准模型所预言的Higgs粒子仍然没有找到,电弱对称性破缺机制还不清楚,因此研究电弱对称性破缺机制成为粒子物理学界的最重要任务之一。     

LHC上希格斯与味物理实验进展

希格斯场是标准模型中电弱对称性自发破缺的核心,通过与基本粒子的相互作用直接赋予质量,构建了粒子质量来源的机制.与希格斯相互作用的夸克质量本征态和参与弱相互作用的夸克味道本征态不重合使得不同代的夸克发生混合,即CKM机制,是目前唯一确定的CP破坏来源,但所提供的CP破坏远不足以解释宇宙正反物质不对称性.因此,在实验上对希格斯粒子和CKM矩阵进行精确测量以及寻找新的CP破坏来源是精确检验标准模型、寻找新物理的主要途径之一.正值希格斯粒子发现十周年,本文将介绍标准模型希格斯粒子以及味物理中CKM矩阵参数特别是相角测量在大型强子对撞机LHC实验上的最新进展,回顾北京大学高能物理研究团队在希格斯粒子及味物理实验方面的工作,献礼北京大学物理学科百十周年.     

Weinberg角反常现象的理论解释

标准模型在过去20年中经历了大量的实验检验，已被人们所接受。Weinberg角（或称弱角）是标准模型中一个极其重要的物理量，它的精确值对于检验标准模型有着至关重要的作用。2002年，NuTeV实验组报道了他们测量到的Weinberg角的值与在其它电弱过程中测量到的该角的值不同。这一反常现象引起了人们极大的关注，无论能否在标淮模型的解释这种现象，对粒子物理都将是一个推进。为了解释这种反常现象，本文在标准模型的框架下，推导了核子海中奇异-反奇异夸克分布不对称对Paschos-Wolfenstein关系的修正，并计算了光推介子-重子波动模型和手征夸克模型下，奇异-反奇异夸克分布的不对称性，考查了这种不对称性对Weinberg角测量值的影响。结果表明，核子海中奇异-反奇异夸克分布的不对称性所引起的修正，能够在很大程度上降低NuTeV测量到的Weinberg角的值与标准模型预言值之间的差异，可以作为NuTeV反常现象的一种合理的解释。     

过程eq→vq′与新物理理论的探测

许多超出标准模型的新物理理论预言了新的荷电规范玻色子W′的存在．首先计算了小Higgs模型和三点无Higgs模型预言的W′对子过程eq→vq′的贡献,然后讨论了在未来的高能ep对撞机（THERA）实验和e^＋e^-对撞机（ILC）实验中通过此过程探测新粒子的可能性,最后我们研究了具有T宇称的小Higgs（LHT）模型预言的新费米子经与此类似过程的产生．数值结果显示：过程eq→vq′对于W′是相当敏感的,我们可以在THERA和ILC实验中利用此过程来区分和检验不同的新物理模型．     

强子对撞机上中性top-pion介子产生过程(pp(pp-)→Π0tΠ0t,bΠ0t)的研究

描述电弱相互作用的电弱统一模型即Glashow-Weinberg-Salam( GWS)模型和描述强作用的量子色动力学(QCD)组成了粒子物理学中的标准模型(SM).迄今为止,它是大家普遍承认的最好的描述弱、电、强3种相互作用的理论,大量实验成功地验证了这一模型.但是,其电弱理论中为产生电弱对称性破缺而引入的Higgs粒子,至今仍未在高能物理实验中发现,电弱对称性破缺(EWSB)机制还不清楚.因此,人们认为:电弱对称性破缺机制问题很可能涉及超出标准模型的新物理,并为最终解决质量起源问题提供线索.这个问题是当前粒子物理中最重要的问题之一,也是当前和未来高能对撞机,尤其是强子对撞机的重要研究内容之一.     

中微子和暗物质物理的关联研究

中微子质量起源和暗物质本质是粒子物理和宇宙学前沿的重要科学问题,相关研究是探索超出粒子物理标准模型新物理的重要途径.近二十多年来,中微子和暗物质理论和实验研究均取得了重要进展.本文简单介绍了中微子和暗物质理论和实验研究的进展和展望,特别是两者之间的交叉关联研究.     

深度非弹性散射

深度非弹性散射（DIS）是高能物理领域中探索强子内部结构的最为有力的手段。几十年来,人们对基本粒子结构的认识不断深化,对基本相互作用的了解取得了一个又一个突破性进展,确立了强、弱、电相互使用的标准模型,并进一步寻找超出标准模型的新物理,其中深度非弹性散射的实验与理论的研究起了极为重要的作用。