微观世界探秘-交叉学科理论研究中心.PPT

中科院高能所　　杜东生 微观世界到底有多小？用高能电子作探针我们今天已探测质子深至10-19厘米（千万万亿分之一厘米，德国 HERA ），仍然没有探到微观世界的“底”. 宏观世界有多大？今天用射电和光学望远镜人类已经可观测到130亿光年的距离（1光年等于光走1年的距离，约为10万亿公里）仍然没有看到宇宙的边。 宇宙不管往大和往小深入都没有尽头。我们先来看看小宇宙即微观世界到底是怎么回事。 下面这个简单的表可表示我们看到的东西： (2) 原子核的结构（已经非常清楚） 质子（p） 中子（n） Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) (ⅰ) 夸克模型（Quark Model) 质量公式预言 m?-? 1670 MeV 实验 m?-? 1672.45 ?0.29 MeV The bubble chamber picture of the first omega-minus. An incoming K- meson interacts with a proton in the liquid hydrogen of the bubble chamber and produces an omega-minus, a K° and a K+ meson which all decay into other particles. Neutral particles which produce no tracks in the chamber are shown by dashed lines. The presence and properties of the neutral particles are established by analysis of the tracks of their charged decay products and application of the laws of conservation of mass and energy. 夸克模型获诺贝尔奖 （ii）部分子模型 ( Parton Model ) 从前面研究物质微观结构的历史可以看出， 研究“基本粒子”内部构造及其相互作用相互转化规律大约需要几百MeV → 几百GeV 甚至更高的能量 → 高能物理（粒子物理） 1957年IUPAP给粒子物理的定义是“研究物质基本组份的性质及其相互作用力的科学”。而今美国国家高能物理21世纪长远规划顾问组给高能物理下的定义是“The Science of Matter, Energy, Space and Time”后面将回过头来看这个新定义的深刻含义。 (5) 理论的发展 微扰QCD 非微扰QCD：QCD求和规则 Lattice QCD 近年来，由于计算机和计算技术的发展，格点计算的精度大幅度提高，有些物理量如强子谱等计算的误差可小于百分之几。 (ⅱ) 弱、电统一理论 (ⅲ) 大统一理论 ( iv) 超对称和超引力理论 超对称是指费米子和玻色子之间的对称。每一个费米子都对应 一个玻色子，反之，每一个玻色子都有自己相应的费米子。因而超 对称变换的生成元要包括可以改变自旋的算子。超对称理论是唯一可以把强、弱、电磁三种力的耦合常数交于一点的大统一理论，并 且可以解决质子衰变太快的问题。更重要的是，超对称可以保持质 量等级不受高阶修正的影响。超对称理论是很有希望的理论。 超引力是把已有的引力理论超对称化。经过多年的研究发现，要解决引力问题只能走向超玄和超膜理论。 (v) 超弦理论（膜理论） (6) 如何研究物质微观结构 ＊对撞机上有点特殊 北京正负电子对撞机注入器正电子源 北京正负电子对撞机加速器储存环的一段 北京谱仪 邓小平同志为北京正负电子对撞机奠基 朱镕基参观北京正负电子对撞机 江泽民参观北京正负电子对撞机 (7) 为什么要研究物质微观结构 (7) 为什么要研究物质微观结构(续) ＊引进和开发高新技术的最好基地 粒子物理是基础科学,具有不必威体育官网网址和广泛国际合作的特点,所以是引进高新技术的窗口,又是开发新技术的基地.如高真空技术,超低温和超导技术,自动控制技术,计算机技术和网络技术等等. 重大应用（续） intenet, www互联网， 目前世界高能物理界正在合作建造超大容量、 超快速的数据传输国际互联网系统 GRID. 它输速度可达每秒100 Gbits, 即在一秒钟内 可以传输一张 CD盘的全部数据，七秒之输一张 DVD盘的全部数据。 比目前的宽带网快1000倍 到一万倍。 　PET（正电子断层照象）