1．物質(zhì)結(jié)構(gòu)

    (1)人們對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識過程。

    近百年來，在科學實驗的基礎(chǔ)上，物理學家發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子和原子核并逐步形成了原子模型，認識到原子是由原子核與核外運動的電子所組成。最初的認識是原子核由質(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30年代，科學家們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了中子、正電子。后來在宇宙線中又發(fā)現(xiàn)了u子、丌介子和奇異粒子。50年代以后，通過高能加速器又發(fā)現(xiàn)了大批新粒子。這里所說的“粒子”是指比原子核更小的下一個層次的微小顆粒。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的粒子有幾百種，它們當中絕大多數(shù)在自然界中不存在，是在高能實驗室里產(chǎn)生出來的。

    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)。人們對微觀世界認識的尺度一下子深入到原來的十億分之一。

    (2)四種基本力。

    人類迄今認識到：世界萬物的千變?nèi)f化，可歸結(jié)為四種基本力，即引力、弱力、電磁力和強力的相互間作用規(guī)律。

    弱力和強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。

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

    強力是夸克之間的相互作用力，其強度最大。這種力使夸克組合成強子。

    每一種力都通過一種相應(yīng)的粒子來傳播。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；強力的傳播子是膠子；引力的傳播子由于作用太弱，極難探測到，至今尚未發(fā)現(xiàn)。

    (3)粒子的種類。

    根據(jù)作用力的特點，粒子分為強子、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產(chǎn)生。

    (5)對撞機的原理和類型。

    對撞機同時加速兩種粒子，使它們沿相反方向運動和得到加速，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，當然，技術(shù)難度要大得多。

    目前世界上的高能加速器中對撞機占多數(shù)，有正—負電子對撞機、質(zhì)子—反質(zhì)子對撞機、質(zhì)子—質(zhì)子對撞機和電子—質(zhì)子對撞機，最多的是正—負電子對撞機。我國在1988年建成的北京正—負電子對撞機(BEPC)，能量為5．6吉電子伏，規(guī)模較小，能量較低，但對撞亮度高，即對撞時產(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是當今世界上能量最高的正—負電子對撞機，能量為100吉電子伏，主加速器周長27公里。

    (6)觀測粒子的眼睛——探測器。

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