粒子物理前沿讲义
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Arthur B. McDonald通过实验发现，太阳中的中微子消失是因为转换到到 另一种状态的中微子。
2002年度诺贝尔物理奖授予美国科学家Davis、 日本科学家小柴昌俊(Masatoshi Koshiba)和美 国科学家里卡多-贾科尼。1968年，美国戴维斯 发现太阳中微子失踪，1998年日本神岗实验和 美国IMB实验观测到超新星中微子。
直至 2012.7.CERN
LHC:Higgs-like CMS 125.3±0.4±0.5 GeV ATLAS 126.0±0.4 ±0.4 GeV
2013年物理学奖授予英国物理学家P.Higgs和比利时物理学家 F.Englert，以表彰他们对Higgs玻色子所做的预测(与Englert同 时发表论文的R.Brout在2011年去世).
深入研究现今这一层次的夸克、轻子以及
相互作用的运动规律
中微子振荡
2002 Nobel物理奖: Davis、小柴昌俊(Koshiba)和贾 科尼测量了宇宙中中微子。 2015 Nobel物理奖: Kajita和McDonald获奖。发现了 中微子振荡，表明中微子具有质 量。
2015年诺贝尔物理学奖
粒子物理标准模型 Nobel物理奖
Theory(5)
• 1979 Nobel物理奖GlashowWeinberg-Salam规范场论统一弱、
电相互作用(1961,1967)
• 1999 Nobel物理奖 t’Hooft-Veltmen非
阿贝尔规范场重整化（1979）
• 2004 Nobel物理奖1973年 GrossWilczek-Politzer奠定了量子色动力 学理论基础。(1973 QCD渐近自由 性质)
• 1988 Lederman, Schwartz和 Steinberger 中微子对称结构
1984年诺贝尔物理学奖授予瑞士日内 瓦欧洲核子研究中心（CERN）Carlo Rubbia和Simon van der Meer
• 1972年’t Hooft和Veltman提出维数正规化方 法证明了非阿贝尔规范场论采用维数正规 化方法可以保持理论的规范不变性和洛仑 兹不变性使得理论可重整化。这样非阿贝 尔规范理论才能有效地计算微扰论的高阶 修正结果。
探索物质结构面临的两大挑战：对称性
破缺的本质和夸克囚Hale Waihona Puke Baidu。概括起来说，探 索物质结构正向三个方向发展：
1. 向超高能量发展，例如西欧中心的LHC和 未来的CEPC, ILC； 2. 向高精度发展，例如Super-B工厂、 Super-－粲工厂; 3. 宇宙学前沿，向地下和天上发展等。这 三大前沿方向的发展相辅相成，目标在于
日本科学家Takaaki Kajita和加拿大科学家Arthur B. McDonald获奖。获 奖理由是“发现了中微子振荡，表明中微子具有质量。”
三代轻子
e,
,
e
Takaaki Kajita在超级神冈探测器（Super-Kamiokande detector）上的发 现：大气中的中微子会在两种状态之间转换。
• 2008 Nobel物理奖NambuKobayashi-Maskawa）对称性破 缺起源的发现(1960,1973 )
• 2013 Nobel物理奖Englert-Higgs预
言了Higgs粒子(1964)
Experiment(5)
• 1990 Nobel物理奖 Friedman,Kendall,Taylor 发现夸克存 在的第一个实验证明 (1967-1968)
• 1976 Nobel物理奖Richter&丁肇中发现 了新粒子J/Ψ (1974 ) c quark
• 1995 Nobel物理奖Perl及发现了τ轻子 雷恩斯与C.考温首次成功地观察到电 子反中微子 (1975 )
• 1984 Nobel物理奖Rubbia和Simon van der Meer 中间玻色子的发现 WZ(1983)
Large Hadron Collider @ CERN
A machine for EWK Symmetry Breaking
2009年运行
ATLAS
粒子物理标准模型发展
• 粒子物理标准模型前期(1960-1966) SU(3)对称性分类, Quark model , weak interaction pheno-theory
粒子物理前沿
中科院高能所 黄涛
2015.11.5.于信阳师范学院
粒子物理前沿
• 上帝粒子和标准模型 • 中微子振荡 • 五夸克态和XYZ • 暗物质、暗能量、反物质 • 结语
发现Higgs粒子－上帝粒子
1964年，比利时物理学家R.Brout和F.Englert首次 提出粒子如何得到质量的理论，一个月后，英国 物理学家P.Higgs也发表论文明确提出存在一个新 粒子的概念。同年稍晚，G. Guralnik、C.Hagen和T. Kibble将这些概念整合成了一种更为现实的理论— —这就是标准模型的前身。 1967年弱电统一模型建立后一直寻找Higgs粒子从 低能到高能就是找不到，可标准模型必须有它存 在产生质量，人们称它为”上帝粒子”
• 标准模型建立和发展(1967-present) 1967 electro-weak standard model 1973 quantum chromodynamics
• 标准模型成功和突破(1998-present)
*弱电统一理论与描述夸克之间强相互作用的量子 色动力学理论合在一起统称为粒子物理学中的标 准模型理论，这是廿世纪物理学最重要的成果之 一。
诺贝尔物理学奖
1901—2015年获奖109届
粒子物理和核物理占了物理学的1/2， 凝聚态物理占了物理学的1/3左右， 其他物理合起来占了物理学的1/6左右。
检验、发展标准模型和寻找新物理 从实验和理论上改善精度检验标准模型
上帝粒子性貭 夸克禁闭 质量起源 标准模型并不是基本理论而是更深层次( 新能标)动力学规律下的有效理论。
*在标准模型中传递电磁相互作用的媒介子是光子 (γ)，传递弱相互作用的是荷电中间玻色子（W+， W-）和中性中间玻色子(Z)，传递强相互作用的是 八种胶子（g）。
*夸克、轻子以及传递相互作用的媒介子就是物质 世界的基本单元，它们遵从的规律是标准模型理 论。规范场论是构筑自然界四种基本相互作用理 论的基础。
2002年度诺贝尔物理奖授予美国科学家Davis、 日本科学家小柴昌俊(Masatoshi Koshiba)和美 国科学家里卡多-贾科尼。1968年，美国戴维斯 发现太阳中微子失踪，1998年日本神岗实验和 美国IMB实验观测到超新星中微子。
直至 2012.7.CERN
LHC:Higgs-like CMS 125.3±0.4±0.5 GeV ATLAS 126.0±0.4 ±0.4 GeV
2013年物理学奖授予英国物理学家P.Higgs和比利时物理学家 F.Englert，以表彰他们对Higgs玻色子所做的预测(与Englert同 时发表论文的R.Brout在2011年去世).
深入研究现今这一层次的夸克、轻子以及
相互作用的运动规律
中微子振荡
2002 Nobel物理奖: Davis、小柴昌俊(Koshiba)和贾 科尼测量了宇宙中中微子。 2015 Nobel物理奖: Kajita和McDonald获奖。发现了 中微子振荡，表明中微子具有质 量。
2015年诺贝尔物理学奖
粒子物理标准模型 Nobel物理奖
Theory(5)
• 1979 Nobel物理奖GlashowWeinberg-Salam规范场论统一弱、
电相互作用(1961,1967)
• 1999 Nobel物理奖 t’Hooft-Veltmen非
阿贝尔规范场重整化（1979）
• 2004 Nobel物理奖1973年 GrossWilczek-Politzer奠定了量子色动力 学理论基础。(1973 QCD渐近自由 性质)
• 1988 Lederman, Schwartz和 Steinberger 中微子对称结构
1984年诺贝尔物理学奖授予瑞士日内 瓦欧洲核子研究中心（CERN）Carlo Rubbia和Simon van der Meer
• 1972年’t Hooft和Veltman提出维数正规化方 法证明了非阿贝尔规范场论采用维数正规 化方法可以保持理论的规范不变性和洛仑 兹不变性使得理论可重整化。这样非阿贝 尔规范理论才能有效地计算微扰论的高阶 修正结果。
探索物质结构面临的两大挑战：对称性
破缺的本质和夸克囚Hale Waihona Puke Baidu。概括起来说，探 索物质结构正向三个方向发展：
1. 向超高能量发展，例如西欧中心的LHC和 未来的CEPC, ILC； 2. 向高精度发展，例如Super-B工厂、 Super-－粲工厂; 3. 宇宙学前沿，向地下和天上发展等。这 三大前沿方向的发展相辅相成，目标在于
日本科学家Takaaki Kajita和加拿大科学家Arthur B. McDonald获奖。获 奖理由是“发现了中微子振荡，表明中微子具有质量。”
三代轻子
e,
,
e
Takaaki Kajita在超级神冈探测器（Super-Kamiokande detector）上的发 现：大气中的中微子会在两种状态之间转换。
• 2008 Nobel物理奖NambuKobayashi-Maskawa）对称性破 缺起源的发现(1960,1973 )
• 2013 Nobel物理奖Englert-Higgs预
言了Higgs粒子(1964)
Experiment(5)
• 1990 Nobel物理奖 Friedman,Kendall,Taylor 发现夸克存 在的第一个实验证明 (1967-1968)
• 1976 Nobel物理奖Richter&丁肇中发现 了新粒子J/Ψ (1974 ) c quark
• 1995 Nobel物理奖Perl及发现了τ轻子 雷恩斯与C.考温首次成功地观察到电 子反中微子 (1975 )
• 1984 Nobel物理奖Rubbia和Simon van der Meer 中间玻色子的发现 WZ(1983)
Large Hadron Collider @ CERN
A machine for EWK Symmetry Breaking
2009年运行
ATLAS
粒子物理标准模型发展
• 粒子物理标准模型前期(1960-1966) SU(3)对称性分类, Quark model , weak interaction pheno-theory
粒子物理前沿
中科院高能所 黄涛
2015.11.5.于信阳师范学院
粒子物理前沿
• 上帝粒子和标准模型 • 中微子振荡 • 五夸克态和XYZ • 暗物质、暗能量、反物质 • 结语
发现Higgs粒子－上帝粒子
1964年，比利时物理学家R.Brout和F.Englert首次 提出粒子如何得到质量的理论，一个月后，英国 物理学家P.Higgs也发表论文明确提出存在一个新 粒子的概念。同年稍晚，G. Guralnik、C.Hagen和T. Kibble将这些概念整合成了一种更为现实的理论— —这就是标准模型的前身。 1967年弱电统一模型建立后一直寻找Higgs粒子从 低能到高能就是找不到，可标准模型必须有它存 在产生质量，人们称它为”上帝粒子”
• 标准模型建立和发展(1967-present) 1967 electro-weak standard model 1973 quantum chromodynamics
• 标准模型成功和突破(1998-present)
*弱电统一理论与描述夸克之间强相互作用的量子 色动力学理论合在一起统称为粒子物理学中的标 准模型理论，这是廿世纪物理学最重要的成果之 一。
诺贝尔物理学奖
1901—2015年获奖109届
粒子物理和核物理占了物理学的1/2， 凝聚态物理占了物理学的1/3左右， 其他物理合起来占了物理学的1/6左右。
检验、发展标准模型和寻找新物理 从实验和理论上改善精度检验标准模型
上帝粒子性貭 夸克禁闭 质量起源 标准模型并不是基本理论而是更深层次( 新能标)动力学规律下的有效理论。
*在标准模型中传递电磁相互作用的媒介子是光子 (γ)，传递弱相互作用的是荷电中间玻色子（W+， W-）和中性中间玻色子(Z)，传递强相互作用的是 八种胶子（g）。
*夸克、轻子以及传递相互作用的媒介子就是物质 世界的基本单元，它们遵从的规律是标准模型理 论。规范场论是构筑自然界四种基本相互作用理 论的基础。