高能物理的粒子物理学

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序
高能物理的粒子物理学，作为一个学科来开发起始于 1950 年左右，当时高能加速器和 探测器开始建造；此后，对高能物理问题更可以进行定量的研究。定量研究是物理学发展的 关键；新现象的发现只不过是问题的开始，规律性的关系是从定量研究中产生的。 在头一、二十年，发现了大量的新粒子（大部分是“共振态”粒子）和许多其他新现象， 以及一些规律性的关系。在最近一、二十年，主要是对

一些重大问题进行了更加深刻和更加 本质的研究，特别是对有关强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用，以及它们之间相互关 系的了解，有了很重要的发展。 这里应该指出， 新假说的提出是在实验研究不断取得进展的基础上， 推动理论研究不断 向更深一层发展的结果。例如：在强相互作用中有关强子内部结构方面，层子模型假说与实 际情况的尖锐矛盾， 使量子色动力学得以产生，，从而引入了“颜色” 和胶子的概念。 反过来， 量子色动力学必须受系统的实验事实来加以检验， 丁肇中和其他几个实验小组所得的 “三喷 注”现象曾给量子色动力学理论一个有力的支持，同时也增强了寻找胶子的决心。被击出来 的自由态层子也在能量越来越高的加速器上不断地在寻找。又如，在弱相互作用方面，为要 解决在宇称不守恒基础上建立的弱作用理论与实验的尖锐矛盾， 提出了弱电统一理论和中间 玻色子。近年来，国际上一些实验小组的结果只是与理论近似的一致。最近莫玮小组进行了 一个统计高的没有强作用参加的电子、?中微子弹性碰撞的实验研究，结果是令人信服地对 弱电统一理论给予了支持。中间玻色子也在能量越来越高的加速器上不断寻找[注]。最后一 个例子是正、 负电子彼此相距多远时它们的内部结构才能显示出来， 因而量子电动力学才遇 到困难？丁肇中实验组在研究胶子的同时， 对此也进行了精密的探索。 他们的实验结果表明， 在有效能量达到三百六十亿电子伏特， 并在五千万亿分之一厘米的小范围内， 电子还没有显 示出内部的结构， 因而量子电动力学还是适用的。 要解决这个问题还需要继续提高实验的能 量。 总之，在物理学中，人们对任何一个问题的认识，都是随着实验和理论对立统一的发展 过程而逐步加深的。因此，理论与实验密切结合对物理学的发展是十分重要和必需的！粒子 物理学的迅速发展就是一个很好的例证。 另一方面， 可以清楚地看出， 理论必须来源于实践， 才能反过来指导实践。实际上，实验是科学理论的源泉，是自然科学的基础。仅以我国科举 时代念四书五经的方法和态度来“精读”科学书籍（需要不断发展的第二手知识）而不联系 实际进行科学研究，这对科学的发展是无济于事的！自然科学的研究对象是“物” ，要研究 “物”必须变革“物”和观测其变革后的反映，这自然就要进行科学实验。 章乃森同志所写的《粒子物理学》是一本较好的书。他具有多年的教学和科研经验，经 过长期与同行和同学们的反复讨论和改进，广征意见而成此书。它的内容较为全面和丰富， 既有基本知识，又包括最新成果。这本书有两个特点：第一，引用了许多基本而又常用的物 理概念和规律性的关系，并加以阐明；第二，介绍了不少有启发性的重要实验。这两个特点 对准备将来从事实验研究和理论研究的学生， 或较为成熟的科研、 教学人员来说都是重要并 大有益处的。 书中虽然没有突出地总结性地说明， 然而它却具体地体现了自然科学的理论是 来自科学实验的实践，是受科学实验检验的。科学实验是科学研究中基本的实践活动。实践 －理论－实践，如此循环，以至无穷，从而不断提高人们对自然界的认识，增强人们改造自 然的能力。 同世界科技先进国家相比我国核物理学和粒子物理学还比较落后， 特别在实验方面， 因

而这一类的书籍所见甚少。但是近年来，国家很重视这方面的发展，国内正在建立高能物理 和应用的实验基地、 重核反应物理和应用的实验基地， 同时也加强了核物理的研究和应用工 作。此外，国际合作也正在进一步加强。所以这本书（和下面所提的书）的写作和出版是及 时的。 我相信高等院校从事自然科学的教师和高年级的学生， 以及科研人员对这本书都会感 兴趣的。章乃森同志的《粒子物理学》与王祝翔的《汽泡室》和《核物理探测器及其应用》 ， 毛慧顺、王运永的《多丝正比室和漂移室》 ，唐孝威主编的《粒子物理实验方法》和李惕碚 的《实验的数学处理》等书的写作、出版及使用，对我国粒子物理、核物理学的发展和普及 定会起到比较全面的，相互配合的促进作用。 张文裕 1982 年 12 月 [注] 在写这篇“序”的时候，西欧中心 CERN 正在改建 SPS 为超质子同步对撞机，准 ± ± 备寻找 W 和 Z0。1983 年 1 月和 6 月分别首先报道了 W 和 Z0 的发现。初步结果是这些粒 子的质量和弱电统一理论的预言基本一致。 这个重大成就决不是偶然的， 它是理论和实验长 期密切结合的结果[5]。 1984 年 12 月 20 日补注



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