
high-energy physics
高能物理學(High-Energy Physics),又稱粒子物理學(Particle Physics),是物理學的重要分支,專注于研究物質的基本組成單元及其相互作用規律。該學科通過極高能量的粒子加速器和探測器,探索微觀世界的核心奧秘。
研究對象
聚焦于亞原子粒子(subatomic particles),包括誇克、輕子(如電子、中微子)、規範玻色子(如光子、膠子)以及希格斯玻色子等基本粒子。其核心目标是揭示物質結構的最小尺度與宇宙起源的物理規律。
能量尺度特征
"高能"指粒子碰撞能量遠超日常環境(通常達GeV至TeV量級)。根據質能方程 $E=mc$,高能量可産生重質量粒子,例如大型強子對撞機(LHC)通過13 TeV碰撞能量發現希格斯玻色子。
标準模型(Standard Model)
描述強相互作用(量子色動力學)、弱電統一理論(電弱相互作用)及希格斯機制的粒子物理理論框架,是目前解釋微觀世界最成功的模型。
未解之謎探索
包括暗物質本質、中微子質量起源、正反物質不對稱性等前沿課題,推動超對稱理論、大統一理論等新物理模型的發展。
核心實驗技術
國際合作範例
歐洲核子研究中心(CERN)聚集全球萬名科學家,中國參與的超導超級對撞機(SSC)項目體現學科協作規模。
技術衍生應用
粒子探測技術衍生出醫用PET掃描、半導體制造工藝,加速器技術推動同步輻射光源在材料科學中的應用。
宇宙學關聯
通過重離子碰撞研究誇克-膠子等離子體,模拟宇宙大爆炸後微秒内的物質狀态,銜接粒子物理與宇宙演化理論。
權威參考來源:
高能物理學是物理學的重要分支,主要研究微觀世界中物質的基本結構、相互作用及其在極高能量下的轉化規律。以下是綜合多個權威來源的詳細解釋:
定義與核心目标
高能物理學又稱粒子物理學或基本粒子物理學,關注比原子核更深層次的微觀世界。其核心目标是探索物質的基本組成(如電子、質子、中子等)和基本相互作用(如強核力、弱核力等),以及這些粒子在極高能量(通常≥1億電子伏特)下的行為。
研究層次與領域
該學科涉及對誇克、輕子等基本粒子的研究,并試圖通過理論模型(如标準模型)和實驗驗證揭示宇宙的基本規律。研究内容包括粒子性質、結構、相互轉化現象及其背後的物理機制。
實驗手段與技術
高能物理學依賴大型實驗設備,例如粒子對撞機(如歐洲核子研究中心的大型強子對撞機)和精密探測器,通過高能粒子碰撞模拟宇宙早期極端條件,觀測新粒子或現象。
學科意義與應用
作為自然科學前沿領域,其研究成果對宇宙學(如暗物質、反物質研究)、天體物理學(如中子星行為)等有深遠影響。同時,相關技術已應用于醫學成像、材料科學和核能開發等領域。
如需更完整的定義或最新研究動态,可參考、3、5等來源中的專業論述。
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