1．物質(zhì)結(jié)構(gòu)

    (1)人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)過(guò)程。

    近百年來(lái)，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子和原子核并逐步形成了原子模型，認(rèn)識(shí)到原子是由原子核與核外運(yùn)動(dòng)的電子所組成。最初的認(rèn)識(shí)是原子核由質(zhì)子組成，一定數(shù)目的電子和相同數(shù)目的質(zhì)子組成原子，不同電子數(shù)和不同質(zhì)子數(shù)的原子構(gòu)成不同的元素。

   本世紀(jì)30年代，科學(xué)家們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了中子、正電子。后來(lái)在宇宙線中又發(fā)現(xiàn)了u子、丌介子和奇異粒子。50年代以后，通過(guò)高能加速器又發(fā)現(xiàn)了大批新粒子。這里所說(shuō)的“粒子”是指比原子核更小的下一個(gè)層次的微小顆粒。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的粒子有幾百種，它們當(dāng)中絕大多數(shù)在自然界中不存在，是在高能實(shí)驗(yàn)室里產(chǎn)生出來(lái)的。

    按照目前近代物理研究的最新成果，物質(zhì)的最小構(gòu)成單元不再是分子、原子，而是夸克和輕子(電子是其中的一種)。人們對(duì)微觀世界認(rèn)識(shí)的尺度一下子深入到原來(lái)的十億分之一。

    (2)四種基本力。

    人類迄今認(rèn)識(shí)到：世界萬(wàn)物的千變?nèi)f化，可歸結(jié)為四種基本力，即引力、弱力、電磁力和強(qiáng)力的相互間作用規(guī)律。

    弱力和強(qiáng)力在宏觀世界中不能直接觀察到，它們都是在很小的距離內(nèi)才起作用，只有在微觀世界即粒子間的相互作用中才顯示出來(lái)。

   弱力在中子及其他粒子衰變過(guò)程中出現(xiàn)，其強(qiáng)度比引力強(qiáng)，但比電磁力弱得多。

    強(qiáng)力是夸克之間的相互作用力，其強(qiáng)度最大。這種力使夸克組合成強(qiáng)子。

    每一種力都通過(guò)一種相應(yīng)的粒子來(lái)傳播。弱力的傳播子是中間玻色子W+，W—和Z0；電磁力的傳播子是光子；強(qiáng)力的傳播子是膠子；引力的傳播子由于作用太弱，極難探測(cè)到，至今尚未發(fā)現(xiàn)。

    (3)粒子的種類。

    根據(jù)作用力的特點(diǎn)，粒子分為強(qiáng)子、輕子和傳播子三大類。

    (4)高能加速器。

    高能加速器是指粒子反應(yīng)能在3吉電子伏以上的加速器。高能加速器是粒子物理研究的工具，形形色色的粒子靠它們來(lái)產(chǎn)生。

    (5)對(duì)撞機(jī)的原理和類型。

    對(duì)撞機(jī)同時(shí)加速兩種粒子，使它們沿相反方向運(yùn)動(dòng)和得到加速，然后在固定的位置上發(fā)生碰撞。這樣可以得到很高的有效作用能，而且不需要的粒子少，當(dāng)然，技術(shù)難度要大得多。

    目前世界上的高能加速器中對(duì)撞機(jī)占多數(shù)，有正—負(fù)電子對(duì)撞機(jī)、質(zhì)子—反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)、質(zhì)子—質(zhì)子對(duì)撞機(jī)和電子—質(zhì)子對(duì)撞機(jī)，最多的是正—負(fù)電子對(duì)撞機(jī)。我國(guó)在1988年建成的北京正—負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(BEPC)，能量為5．6吉電子伏，規(guī)模較小，能量較低，但對(duì)撞亮度高，即對(duì)撞時(shí)產(chǎn)生新粒子的概率大，工作在粲夸克和，輕子的研究領(lǐng)域。西歐核子研究中心的LEP是當(dāng)今世界上能量最高的正—負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，能量為100吉電子伏，主加速器周長(zhǎng)27公里。

    (6)觀測(cè)粒子的眼睛——探測(cè)器。

由高能加速器或?qū)ψ矙C(jī)產(chǎn)生的新粒子用大型粒子探測(cè)器來(lái)觀測(cè)。將探測(cè)器安裝在對(duì)撞機(jī)的粒子對(duì)撞區(qū)，盡可能把對(duì)撞點(diǎn)包圍起來(lái)，以得到最大的接收立體角。所有大型粒子探測(cè)器都是多種探測(cè)器的組合體，原理相似，結(jié)構(gòu)各異，規(guī)模不等。各種探測(cè)器的基本原理是使帶電粒子在穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于電離效應(yīng)、輻射效應(yīng)等留下徑跡，用電子學(xué)方法和計(jì)算機(jī)手段捕捉這些信息，再加以放大、分析處理，以得到粒子的能量、速度、動(dòng)量等。