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高能對撞物理 版權信息
- ISBN：9787030718112
- 條形碼：9787030718112 ; 978-7-03-071811-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
高能對撞物理 內容簡介
本書旨在通過介紹高能物理的基礎知識和一些里程碑式的成果，將學生帶到這一研究領域的*前沿，盡量避免煩瑣的理論公式。本書開始的導論和對稱性兩章是基礎，接著介紹部分子的分布函數和碎裂函數。第四章力求用*簡潔的形式講清標準模型理論。第五章介紹QCD的色代數、正規化和重整化及DGLAP方程，三噴注事例的發現也放在了該章的*后。第六章結合B介子工廠的實驗介紹P破壞物理和實驗。第七章介紹粲物理中研究者*感興趣的中性粲介子混合和類粲偶素態的研究現狀。第八章主要是基于LEP實驗的Z和W物理的一些重要物理課題和測量。第九章介紹希格斯粒子的產生和實驗尋找，包括*小超對稱理論模型MSSM中的希格斯物理。*后一章給出一些展望，其中超對稱性粒子尋找的內容主要來自高能物理粒子數據組(PDG)的綜述。 本書是針對高能物理實驗專業的研究生編寫的，前五章的基礎性內容也適合本科高年級學生閱讀學習。
高能對撞物理 目錄
目錄
叢書序
前言
**章導論1
1.1相互作用和基本粒子1
1.1.1粒子的分類3
1.1.2J/ψ粒子的發現和OZI規則9
1.1.3b和t夸克的尋找15
1.1.4強子結構18
1.2加速器簡介23
1.2.1歷史上的加速器23
1.2.2直線加速器28
1.2.3同步回旋加速器29
1.2.4束流的聚焦和穩定性31
1.2.5對撞機的亮度和質心系能量32
1.3粒子的探測和鑒別34
1.3.1粒子和物質的相互作用35
1.3.2電子和光子在介質中的能量損失38
1.3.3強子簇射43
1.3.4能量分辨45
1.3.5粒子動量的測量48
1.3.6粒子的鑒別51
1.4習題58
參考文獻59
第二章對稱性61
2.1對稱性和守恒定律61
2.1.1經典力學中的對稱性62
2.1.2量子力學中的對稱性64
2.1.3對稱性和群66
2.2連續時空對稱性68
2.2.1空間平移不變性和動量守恒定律68
2.2.2空間轉動不變性和角動量守恒定律70
2.2.3時間平移不變性和能量守恒定律72
2.3不連續時空對稱性73
2.3.1空間反射和宇稱守恒73
2.3.2時間反演不變性74
2.4內部對稱性76
2.4.1電荷共軛變換C和CPT定理76
2.4.2G變換和G宇稱守恒81
2.5幺正群83
2.5.1U(1)規范不變性83
2.5.2SU(2)群和同位旋85
2.5.3SU(3)群89
2.6習題93
參考文獻93
第三章夸克的分布函數和碎裂函數94
3.1ep深度非彈性散射94
3.2從形狀因子到結構因子95
3.3部分子假設和夸克部分子分布函數99
3.4弱相互作用的深度非彈散射103
3.4.1帶電流深度非彈散射過程103
3.4.2中微子中性流深度非彈散射過程104
3.5部分子分布函數的參數化105
3.6強子對撞的部分子模型107
3.6.1兩體單舉過程107
3.6.2Drell-Yan輕子對產生過程110
3.7膠子分布函數的確定112
3.8部分子的碎裂模型和碎裂函數115
3.8.1洛倫茲不變的普適性碎裂函數116
3.8.2碎裂函數的唯象學120
3.8.3重夸克的碎裂函數123
3.9部分子碎裂的計算機模擬125
3.9.1夸克獨立碎裂模型125
3.9.2夸克弦碎裂模型127
3.9.3膠子噴注131
3.10習題133
參考文獻133
第四章標準模型135
4.1U(1)定域規范不變性137
4.2SU(n)定域規范不變性139
4.3應用特例:SU(2)和SU(3)定域規范理論142
4.3.1SU(2)定域規范理論142
4.3.2SU(3)規范理論和QCD144
4.4手征對稱性和V-A理論146
4.5無破缺的SU(2)L×U(1)Y規范理論148
4.6自發破缺的對稱性和戈德斯通定理151
4.6.1U(1)整體規范變換的情形152
4.6.2非阿貝爾群規范變換的情形154
4.7定域規范對稱性和希格斯機制155
4.8電弱統一模型156
4.8.1非阿貝爾規范群的希格斯機制和規范場粒子質量156
4.8.2輕子的質量158
4.8.3夸克的質量和混合158
4.9CKM混合矩陣161
4.10習題163
參考文獻164
第五章QCD簡介165
5.1QCD的拉氏量165
5.2色因子和位勢168
5.2.1夸克-反夸克相互作用168
5.2.2夸克-夸克相互作用170
5.3色荷代數172
5.4正規化和重整化175
5.4.1維數正規化176
5.4.2重整化178
5.5跑動耦合常數αs182
5.6重整化群的不變性187
5.7軟膠子輻射190
5.8部分子密度的Q2演化和DGLAP方程192
5.9三噴注物理及膠子的發現198
5.9.1正負電子對撞的強子噴注事例199
5.9.2三噴注202
5.10習題208
參考文獻208
第六章CP宇稱破壞210
6.1中性贗標量介子的CP變換，時間演化和混合211
6.2K0-K0系統215
6.3CP破壞機制的分類218
6.4η+-、η00及中性K介子系統中的直接CP破壞219
6.5帶電介子弱衰變中的直接CP破壞222
6.6B0-B0混合中的間接CP破壞224
6.7混合和衰變干涉效應中的CP破壞228
6.8標準模型的CP破壞機制229
6.8.1CKM矩陣的Wolfenstein參數化229
6.8.2幺正三角形231
6.9中性B介子衰變中的CP不對稱性和幅角測量235
6.9.11角的測量236
6.9.22角的測量241
6.9.33角的測量244
6.10CPT在B介子工廠中的檢驗249
6.11習題251
參考文獻252
第七章中性粲介子混合和類粲偶素強子態253
7.1中性贗標量介子的含時衰變率254
7.2D0-D0混合258
7.2.1D0→K+π-含時衰變260
7.2.2D0→K+π-衰變中的CP破壞263
7.2.3ψ(3770)→DD過程的量子關聯效應測強相角δKπ264
7.2.4D0(D0)到CP本征態的衰變266
7.2.5D0的共軛三體衰變道混合參數的測量272
7.2.6D0共軛三體衰變道混合參數的模型無關測量277
7.2.7利用其他衰變道測量D0ˉD0混合279
7.3XYZ類粲偶素新強子譜281
7.3.1X(3872)282
7.3.2Y(4260)、Y(4360)和Y(4660)286
7.3.3Zc(3900)±，0288
7.4習題295
參考文獻296
第八章Z和W物理301
8.1W和Z粒子的發現301
8.1.1強子對撞中W粒子的產生和衰變303
8.1.2強子對撞中Z粒子的產生和衰變307
8.2LEP正負電子對撞機上Z0的產生310
8.3電弱可觀測量的高階修正313
8.4LEP對撞機上的lineshape測量318
8.5Z衰變的不可見寬度和中微子代數Nν的測量323
8.6LEP對撞機Z能區的不對稱性測量326
8.6.1前后不對稱性測量327
8.6.2末態費米子的極化不對稱性Apol331
8.6.3初態電子極化的不對稱性測量ALR337
8.7WW對物理339
8.7.1W粒子對的實驗測量342
8.7.2W粒子對產生的反常三規范玻色子耦合344
8.7.3對產生的W粒子的螺旋性351
8.8習題354
參考文獻354
第九章希格斯物理356
9.1標準模型的希格斯物理基礎358
9.2e+e-對撞機上希格斯粒子的產生360
9.3希格斯粒子的衰變363
9.4強子對撞機上希格斯粒子的產生365
9.5LHC上標準模型希格斯粒子的尋找372
9.6LHC上希格斯玻色子耦合的測量384
9.7*小超對稱理論模型MSSM中的希格斯物理簡介388
9.8LHC上超標準模型希格斯玻色子的尋找398
參考文獻401
第十章展望405
10.1大統一的理論模型405
10.2超對稱性粒子的實驗尋找408
10.2.1squark和gluino的尋找412
10.2.2χ±和χ0的尋找418
10.2.3超對稱性輕子的尋找422
10.3未來的直線對撞機項目425
參考文獻428
附錄A度規、狄拉克場和電磁場規范約束433
A.1度規433
A.2狄拉克場434
A.3電磁場的規范約束436
附錄B群論簡介438
附錄C高速粒子運動學450
C.1洛倫茲變換450
C.2洛倫茲變換的快度描寫452
C.3洛倫茲不變的散射振幅與相空間454
C.4反應截面459
C.5一些物理量在實驗室系和質心系之間的變換關系461
C.6一些過程的截面公式465
C.6.1共振態公式465
C.6.2輕粒子的產生465
C.6.3弱規范玻色子的產生467
C.6.4單舉強子反應468
C.6.5雙光子過程469
C.7習題470
參考文獻470
叢書序
前言
**章導論1
1.1相互作用和基本粒子1
1.1.1粒子的分類3
1.1.2J/ψ粒子的發現和OZI規則9
1.1.3b和t夸克的尋找15
1.1.4強子結構18
1.2加速器簡介23
1.2.1歷史上的加速器23
1.2.2直線加速器28
1.2.3同步回旋加速器29
1.2.4束流的聚焦和穩定性31
1.2.5對撞機的亮度和質心系能量32
1.3粒子的探測和鑒別34
1.3.1粒子和物質的相互作用35
1.3.2電子和光子在介質中的能量損失38
1.3.3強子簇射43
1.3.4能量分辨45
1.3.5粒子動量的測量48
1.3.6粒子的鑒別51
1.4習題58
參考文獻59
第二章對稱性61
2.1對稱性和守恒定律61
2.1.1經典力學中的對稱性62
2.1.2量子力學中的對稱性64
2.1.3對稱性和群66
2.2連續時空對稱性68
2.2.1空間平移不變性和動量守恒定律68
2.2.2空間轉動不變性和角動量守恒定律70
2.2.3時間平移不變性和能量守恒定律72
2.3不連續時空對稱性73
2.3.1空間反射和宇稱守恒73
2.3.2時間反演不變性74
2.4內部對稱性76
2.4.1電荷共軛變換C和CPT定理76
2.4.2G變換和G宇稱守恒81
2.5幺正群83
2.5.1U(1)規范不變性83
2.5.2SU(2)群和同位旋85
2.5.3SU(3)群89
2.6習題93
參考文獻93
第三章夸克的分布函數和碎裂函數94
3.1ep深度非彈性散射94
3.2從形狀因子到結構因子95
3.3部分子假設和夸克部分子分布函數99
3.4弱相互作用的深度非彈散射103
3.4.1帶電流深度非彈散射過程103
3.4.2中微子中性流深度非彈散射過程104
3.5部分子分布函數的參數化105
3.6強子對撞的部分子模型107
3.6.1兩體單舉過程107
3.6.2Drell-Yan輕子對產生過程110
3.7膠子分布函數的確定112
3.8部分子的碎裂模型和碎裂函數115
3.8.1洛倫茲不變的普適性碎裂函數116
3.8.2碎裂函數的唯象學120
3.8.3重夸克的碎裂函數123
3.9部分子碎裂的計算機模擬125
3.9.1夸克獨立碎裂模型125
3.9.2夸克弦碎裂模型127
3.9.3膠子噴注131
3.10習題133
參考文獻133
第四章標準模型135
4.1U(1)定域規范不變性137
4.2SU(n)定域規范不變性139
4.3應用特例:SU(2)和SU(3)定域規范理論142
4.3.1SU(2)定域規范理論142
4.3.2SU(3)規范理論和QCD144
4.4手征對稱性和V-A理論146
4.5無破缺的SU(2)L×U(1)Y規范理論148
4.6自發破缺的對稱性和戈德斯通定理151
4.6.1U(1)整體規范變換的情形152
4.6.2非阿貝爾群規范變換的情形154
4.7定域規范對稱性和希格斯機制155
4.8電弱統一模型156
4.8.1非阿貝爾規范群的希格斯機制和規范場粒子質量156
4.8.2輕子的質量158
4.8.3夸克的質量和混合158
4.9CKM混合矩陣161
4.10習題163
參考文獻164
第五章QCD簡介165
5.1QCD的拉氏量165
5.2色因子和位勢168
5.2.1夸克-反夸克相互作用168
5.2.2夸克-夸克相互作用170
5.3色荷代數172
5.4正規化和重整化175
5.4.1維數正規化176
5.4.2重整化178
5.5跑動耦合常數αs182
5.6重整化群的不變性187
5.7軟膠子輻射190
5.8部分子密度的Q2演化和DGLAP方程192
5.9三噴注物理及膠子的發現198
5.9.1正負電子對撞的強子噴注事例199
5.9.2三噴注202
5.10習題208
參考文獻208
第六章CP宇稱破壞210
6.1中性贗標量介子的CP變換，時間演化和混合211
6.2K0-K0系統215
6.3CP破壞機制的分類218
6.4η+-、η00及中性K介子系統中的直接CP破壞219
6.5帶電介子弱衰變中的直接CP破壞222
6.6B0-B0混合中的間接CP破壞224
6.7混合和衰變干涉效應中的CP破壞228
6.8標準模型的CP破壞機制229
6.8.1CKM矩陣的Wolfenstein參數化229
6.8.2幺正三角形231
6.9中性B介子衰變中的CP不對稱性和幅角測量235
6.9.11角的測量236
6.9.22角的測量241
6.9.33角的測量244
6.10CPT在B介子工廠中的檢驗249
6.11習題251
參考文獻252
第七章中性粲介子混合和類粲偶素強子態253
7.1中性贗標量介子的含時衰變率254
7.2D0-D0混合258
7.2.1D0→K+π-含時衰變260
7.2.2D0→K+π-衰變中的CP破壞263
7.2.3ψ(3770)→DD過程的量子關聯效應測強相角δKπ264
7.2.4D0(D0)到CP本征態的衰變266
7.2.5D0的共軛三體衰變道混合參數的測量272
7.2.6D0共軛三體衰變道混合參數的模型無關測量277
7.2.7利用其他衰變道測量D0ˉD0混合279
7.3XYZ類粲偶素新強子譜281
7.3.1X(3872)282
7.3.2Y(4260)、Y(4360)和Y(4660)286
7.3.3Zc(3900)±，0288
7.4習題295
參考文獻296
第八章Z和W物理301
8.1W和Z粒子的發現301
8.1.1強子對撞中W粒子的產生和衰變303
8.1.2強子對撞中Z粒子的產生和衰變307
8.2LEP正負電子對撞機上Z0的產生310
8.3電弱可觀測量的高階修正313
8.4LEP對撞機上的lineshape測量318
8.5Z衰變的不可見寬度和中微子代數Nν的測量323
8.6LEP對撞機Z能區的不對稱性測量326
8.6.1前后不對稱性測量327
8.6.2末態費米子的極化不對稱性Apol331
8.6.3初態電子極化的不對稱性測量ALR337
8.7WW對物理339
8.7.1W粒子對的實驗測量342
8.7.2W粒子對產生的反常三規范玻色子耦合344
8.7.3對產生的W粒子的螺旋性351
8.8習題354
參考文獻354
第九章希格斯物理356
9.1標準模型的希格斯物理基礎358
9.2e+e-對撞機上希格斯粒子的產生360
9.3希格斯粒子的衰變363
9.4強子對撞機上希格斯粒子的產生365
9.5LHC上標準模型希格斯粒子的尋找372
9.6LHC上希格斯玻色子耦合的測量384
9.7*小超對稱理論模型MSSM中的希格斯物理簡介388
9.8LHC上超標準模型希格斯玻色子的尋找398
參考文獻401
第十章展望405
10.1大統一的理論模型405
10.2超對稱性粒子的實驗尋找408
10.2.1squark和gluino的尋找412
10.2.2χ±和χ0的尋找418
10.2.3超對稱性輕子的尋找422
10.3未來的直線對撞機項目425
參考文獻428
附錄A度規、狄拉克場和電磁場規范約束433
A.1度規433
A.2狄拉克場434
A.3電磁場的規范約束436
附錄B群論簡介438
附錄C高速粒子運動學450
C.1洛倫茲變換450
C.2洛倫茲變換的快度描寫452
C.3洛倫茲不變的散射振幅與相空間454
C.4反應截面459
C.5一些物理量在實驗室系和質心系之間的變換關系461
C.6一些過程的截面公式465
C.6.1共振態公式465
C.6.2輕粒子的產生465
C.6.3弱規范玻色子的產生467
C.6.4單舉強子反應468
C.6.5雙光子過程469
C.7習題470
參考文獻470
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高能對撞物理 節選
**章導論 1.1相互作用和基本粒子 粒子物理學，或稱為高能物理學，是探索物質的基本結構和相互作用的*前沿性科學。20世紀初，盧瑟福(Ernest Rutherford)、蓋革(Hans Wilhelm Geiger)和馬斯登(Ernest Marsden)于1909～1911年間在α粒子與靶原子的散射實驗中觀測到大角度散射現象[1，2]，在物理學史上首次顯示了核物理中散射技術的作用。盧瑟福根據散射粒子的角分布推知原子的中心有一個體積很小且質量很大的核(1911年)，蓋革和馬斯登(1913年)通過實驗又進一步驗證了他的散射公式，確認原子內有一個半徑小于30fm的帶正電的核。在1932年查德威克(J.Chadwick)發現中子之后，海森伯(Werner Heisenberg)提出了原子核是由質子和中子構成的模型，于是那時就認為自然界中存在三種基本粒子：質子、中子、電子。原子由原子核和繞核運轉的電子組成，自然界萬物就是由這三種基本粒子構成的。幾十年后，20GeV高能電子的散射實驗揭示了中子和質子本身含有較小的硬組分——后來被稱為夸克。高能物理為我們開辟了更深入地了解物質結構的道路。 由量子力學的觀點，在粒子散射實驗中空間尺度的分辨率是由粒子間相對運動的波長λ=2π/k所限制的。k是它們在質心系相對運動的波矢，它與動量成正比(p=ˉhk)。為了探索小尺度的結構就要求更大的k，即要求粒子在質心系中具有更高的能量。 另外新粒子的產生也要求高能量。由愛因斯坦的質能關系E=mc2可知，質量為m的重粒子只有在質心系中的能量足夠大時才能產生。在20世紀50年代，當美國Berkeley實驗室建造束流能量為6GeV的質子同步加速器Bevatron時，它的一個主要目標是發現反質子ˉp；這是狄拉克預言的反粒子，先前的加速器都還不能提供足夠的能量在實驗室產生這種粒子。到20世紀60年代初，從加速器實驗中發現了100多種基本粒子，物質結構的研究也早已從先前的原子層次深入到夸克和輕子這一新層次。 對撞機在粒子物理的發展中起了關鍵性的作用，由正負電子對撞機、質子反質子對撞機、電子質子對撞機，直到現在的質子質子對撞機。和固定靶實驗相比，同樣的束流能量下對撞機能提供更高的質心系能量，觀測粒子更深層的內部結構和作用機制，被應用于粒子物理和核物理實驗。強子對撞機得益于它的高能量，在新物理的發現上有巨大的貢獻。西歐核子研究中心(CERN)的質子反質子(pˉp)對撞機SPS(315×315GeV)上發現了Glashow、Salam和Weinberg的電弱理論所預言的W和Z粒子，費米實驗室的Tevatron發現了頂(top)夸克，近幾年CERN的質子質子(pp)大型強子對撞機(LHC)更因發現了希格斯粒子而名聲大噪，人們也期待在LHC上能揭示出超出于標準模型的新物理。**代正負電子(e+e-)對撞機是意大利佛拉斯卡帝(Frascati)的ADONE、美國斯坦福直線加速器中心(SLAC)的SPEAR及德國漢堡電子同步加速器研究所(DESY)的DORIS和PETRA。在SPEAR(SLAC)和PETRA(DESY)上發現了粲素粒子和τ輕子，顯示了正負電子對撞機在精細測量電弱相互作用物理方面不可限量的能力。1989年后在CERN建成的大型正負電子對撞機(LEP)及斯坦福直線對撞機(SLC)上，更是對Z和W物理及希格斯物理等進行了多方面的細致測量和研究，對電弱相互作用中性弱流的檢驗精確到量子圈圖的水平。和強子對撞機相比，正負電子對撞機由于是類點粒子的散射，理論上可以精確計算，尤其適用于高精度的測量。它的制約點是由于同步輻射很大，束流很難加速到更高的能量。在宇宙射線的相互作用中會自然地發生很高能量的碰撞，按照大爆炸理論，在宇宙形成的早期也會有這種情形。這些都能為我們提供有用的信息，但很難像在加速器實驗中那樣利用它們進行系統的實驗。 電磁相互作用和弱相互作用統一的理論是溫伯格和薩拉姆1967年提出的，理論預言了弱中性流的存在，以及傳遞弱相互作用的中間玻色子的質量。1983年1月和6月在CERN的pˉp對撞機SPS上發現的帶電的和中性的中間玻色子W/Z，其質量與理論預言驚人地一致，證實了弱電統一理論的成功，其意義可以與對麥克斯韋電學和磁學統一理論的驗證相比擬。弱電統一理論與描述夸克之間強相互作用的量子色動力學(QCD)理論結合在一起統稱為粒子物理學中的標準模型理論。在標準模型中傳遞相互作用的媒介子分別是光子(傳遞電磁相互作用)、中間玻色子(傳遞弱相互作用)及膠子(傳遞強相互作用)。夸克、輕子及傳遞相互作用的媒介子是構成物質世界的基本單元，它們遵從標準模型理論。標準模型理論是近半個世紀以來探索物質結構研究的結晶，是20世紀*重要的成就之一。很多人認為這一成就可以與20世紀初的玻爾原子模型相比，正是有了玻爾原子模型，20世紀20年代末才有了量子力學理論的建立。 高能物理學是一門實驗科學，只有經過實驗檢驗的理論才是正確的。揭示時空、物質和能量本質的新理論都需要在新的實驗結果推動下得以發展。目前的實驗結果除了中微子質量之外，大都和標準模型理論符合得很好，表明了理論模型的成功，物理學家正期待著超高能加速器上的實驗結果。目前科學家們正在策劃的超高能對撞機有電子直線對撞機、μ子對撞機及超高能的強子對撞機等。實驗和理論相互促進，標準模型理論的發展一定會促使深層次動力學規律的發現和建立。同時粒子物理學家也正在與宇宙學家和天體物理學家聯手從天文觀測和宇宙演化中發展新觀念和新理論。 近年來天文觀測中給出了宇宙中的物質成分：普通重子物質只占～4%，而其余～23%是非重子的暗物質和～73%的暗能量。暗能量是近年宇宙學研究的一個里程碑性的重大成果。大爆炸理論認為，在大爆炸后的10.36s到10.33～10.32s時間間隔內宇宙的體積膨脹了至少1078倍。導致大爆炸的能量來自何處？有可能來自普朗克能標的某個標量場嗎？大爆炸之后宇宙繼續膨脹，速率減緩，直至暗能量變得重要。目前理論還不能揭示暗能量的真實本質，科學家企圖從真空結構的能量來解釋，但目前的量子場論計算結果相差太大，受到了嚴重的挑戰。正在運行的美國布魯克海文國家實驗室重離子對撞機(RIHC)有可能部分地揭示真空的性質。同時，科學家也在發展非加速器物理實驗，并與天文觀測相結合探討自然界的奧秘。*新的發展使得粒子物理學、天文學和宇宙學交叉發展聯手解決面臨的難題，*終揭示超出于標準模型的新的物理規律。總之，我們需要更多的跟得上時代發展的高能物理實驗(包括加速器和非加速器)裝置和天文觀測裝置，而且這些大科學工程的建立和運行需要國際更多、更廣泛的合作。 1.1.1粒子的分類 20世紀60年代之前人們就認識到基本粒子可以分為兩類：一類是參與強相互作用的粒子，如質子、中子、π介子、奇異粒子和共振態粒子等，統稱為強子；另一類是不參與強相互作用，只參與電磁、弱相互作用的粒子，如電子、μ子和中微子等，統稱為輕子。高能物理實驗又進一步揭示，上百種的強子其實并不“基本”，它們是有內部結構的。質子、中子、π介子等強子是由更小的夸克組成的。夸克被看成是物質結構的新層次，并提出了夸克模型理論。這些強子是由三種更基本的夸克(上夸克u、下夸克d和奇異夸克s)組成的。60年代大量的高能物理實驗證實了夸克的存在。1974年，丁肇中和里克特(B.Richter)發現了第四種夸克——粲夸克c，1977年萊德曼(L.M.Lederman)在費米國立加速器實驗室(FNAL)固定靶實驗中發現了底夸克b，1995年在費米實驗室的Tevatron對撞機上發現了頂夸克t。這6種夸克就是構成所有數百種強子的“基本”單元。同時輕子的發現也達到了6種(電子、電子型中微子、μ子、μ型中微子、τ輕子、τ型中微子)。因此輕子和夸克就是目前階段我們所認識的物質結構的新層次，它們可表示為兩分量的旋量態(spinor)的形式，輕子. 此外還有傳遞相互作用的規范場粒子膠子g、γ光子、W±、Z0，以及希格斯粒子H。這就是我們現在了解的組成物質世界的*基本粒子，如圖1.1所示。 圖1.1組成物質世界的基本粒子 強子又分為介子和重子，介子是由*基本的夸克和反夸克組成的，重子則由三個夸克組成。輕子和夸克都是同位旋的費米子，每一個費米子都有其對應的反粒子。夸克和輕子間的電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用及引力相互作用等運動規律就構成了自然界萬物奧妙無窮、千變萬化的物理現象。引力的相互作用強度*弱，在微觀世界可以忽略，而強相互作用*強，是理解微觀世界基本組分及它們之間相互作用運動規律的關鍵。表1.1給出了四種相互作用力的基本特征。順便提一下，近年來還發現了一些范外(exotic)的粒子態，它們很可能是四夸克態、五夸克態或夸克和膠子的混雜態(hybrid)。 表1.1四種相互作用力 1.輕子 輕子的基本特征列于表1.2中，在標準模型中，中微子質量取為零，而近些年的中微子實驗表明中微子質量并不為零。 表1.2輕子的基本特征 這里我們回憶一下τ輕子的實驗發現，因為它是J/ψ被發現以后的*重大發現。它是1975年在美國斯坦福直線加速器中心的SPEAR正負電子對撞機上Mark–I實驗發現的[3]。該實驗組的發言人MartinL.Perl教授為此獲得了1995年的諾貝爾獎。SPEAR正負電子對撞機1973年開始運行，*初幾年的總能量為4.8GeV，后期提高到8GeV。τ輕子可以通過輕子衰變道衰變到e+中微子或μ+中微子。在e+e.對撞機上τ輕子總是成對產生的，因此實驗上可以尋找末態為e+μ的事例， (1.1) 圖1.2給出的是當時的截面測量。 其后SPEAR上的DELCO實驗通過e+e.→e±X.兩叉事例測量了[4] (1.2) 圖1.2SPEAR上Mark-I實驗首次(1975年)給出的eμ信號的截面。尚未對接受度修正，86個事例，計算給出的本底數為22個(來自MartinPerl的報告[3]) X不能是電子。實驗在質心系能量為3.1GeV<√s<7.4GeV區間測量到692個事例，其中在D0ˉD0的產生閾值之下的數據可以排除其來自D介子衰變的可能性。如圖1.3所示，擬合與自旋(實線)符合得很好。 圖1.3DELCO實驗測得的在3.5GeV<√s<4.4GeV區間的結果，給出了三種不同自旋假設的閾行為
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