粒子物理

又称高能物理。研究比原子核更深层次的微观世界中物质结构，以及在很高能量下，这些物质相互转化的现象及其规律。当代物理学的前沿之一。粒子物理理论提出，物质世界是由夸克（即层子）和轻子组成的。夸克共有六种，称为u、d、s、c、b、t夸克，它们可以构成各种强子（例如中子、质子、π介子等）。轻子包括电子、μ子、τ子以及它们相应的中微子。粒子间存在着强、电磁、弱和引力四种相互作用，传递各种相互作用的粒子分别是胶子、光子、W±和Z0粒子以及引力子（尚未证实）。描写电磁相互作用的理论是量子电动力学；描写强相互作用的理论是量子色动力学；1967年S．温伯格和A.萨拉姆将弱作用和电磁作用统一考虑，建立了弱电统一理论。这些理论都是以规范理论为基础的。由于微观粒子质量都很小，所以引力作用比其他三种相互作用小得多，在粒子间相互作用中一般可以不予考虑。引力作用的理论是爱因斯坦建立的广义相对论。上述各种理论，解释了很多实验事实，预言了新的结果，有些也已被证实，但粒子物理仍有很多问题尚待进一步研究。夸克组成强子的理论提出后，人们在宇宙线、加速器，以及岩石中都进行了对夸克的实验寻找，但迄未发现。因此，有人提出了夸克不能自由存在的囚禁理论，但这一理论还未获得最后的实验证实。量子色动力学在研究小于10-14厘米范围的强作用中获得了很大成功，但在大于这个距离范围时还有一些根本性问题有待解决。弱电统一理论预言的W±和Z0粒子虽在实验上已被发现，但在该理论中为使W±和Z0粒子获得质量的黑格斯粒子一直没有找到。但是可以相信，粒子物理学所面临的这些问题，将会随着更高能量加速器的建成和新的探测手段的出现，以及理论的不断改进，而得到逐步解决。