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核與粒子物理實(shí)驗(yàn)方法

作者：李澄
出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2021-07-01
開本： B5 頁數(shù)： 428
中 圖 價(jià):¥122.8(8.3折) 定價(jià)  ¥148.0 登錄后可看到會員價(jià)
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核與粒子物理實(shí)驗(yàn)方法 版權(quán)信息

核與粒子物理實(shí)驗(yàn)方法 內(nèi)容簡介

核與粒子物理研究涉及的微觀作用機(jī)制很復(fù)雜，而各種作用過程產(chǎn)生的單粒子和核子性質(zhì)是實(shí)驗(yàn)觀測的出發(fā)點(diǎn)，其基本特性可概括為：運(yùn)動規(guī)律服從量子統(tǒng)計(jì)規(guī)律和測不準(zhǔn)關(guān)系；運(yùn)動速度接近（或達(dá)到）光速，測量的物理量具有相對性；相互作用過程具有多重性，涉及多種相互作用機(jī)制。這些特性使得核與粒子物理實(shí)驗(yàn)方法有別于其它研究方法，在長期研究過程中所積累的知識也是人類智慧結(jié)晶，許多實(shí)驗(yàn)成果代表了當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)的很高水平，學(xué)習(xí)和掌握這些知識是開展科學(xué)研究的重要基礎(chǔ),也是一件很有趣的過程,無論你是否從事基礎(chǔ)物理研究。本書按照核物理和粒子物理研究生專業(yè)課授課學(xué)時(shí)（80-100學(xué)時(shí)）要求，設(shè)定章節(jié)和講授內(nèi)容。全書共分為6章，包括：1．物質(zhì)放射性和粒子性質(zhì)；2．輻射測量和儀器；3．核與粒子的質(zhì)量和壽命測量；4．譜儀和粒子鑒別方法；5．加速器亮度和截面測量；6．非加速器物理與實(shí)驗(yàn)。

核與粒子物理實(shí)驗(yàn)方法 目錄

目錄
叢書序
前言
預(yù)備知識 1
0.1 微觀結(jié)構(gòu)圖像 1
0.2 基本相互作用 2
0.3 對稱性與守恒定律 3
0.4 實(shí)驗(yàn)方法和探測技術(shù) 4
0.5 相互作用和費(fèi)曼圖 5
0.6 國際標(biāo)準(zhǔn)單位和自然單位 6
0.7 實(shí)驗(yàn)室參考系和動量中心系 6
第1章 物質(zhì)放射性與粒子性質(zhì) 11
1.1 物質(zhì)放射性 11
1.1.1 核素衰變規(guī)律 13
1.1.2 天然放射性衰變 15
1.2 原子核一般性質(zhì) 23
1.2.1 質(zhì)子與中子 23
1.2.2 同位旋 26
1.2.3 電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù) 27
1.2.4 結(jié)合能 28
1.2.5 質(zhì)譜測量 30
1.3 散射實(shí)驗(yàn)與散射截面 32
1.3.1 彈性散射和非彈性散射 33
1.3.2 散射截面和幾何反應(yīng)截面 34
1.3.3 電子散射和盧瑟福散射 36
1.3.4 核形狀因子 40
1.4 粒子的基本性質(zhì) 41
1.4.1 正反粒子 41
1.4.2 輕子和強(qiáng)子 44
1.4.3 π和k介子衰變 46
1.4.4 共振態(tài)粒子產(chǎn)生 51
1.4.5 標(biāo)準(zhǔn)模型與粒子分類 59
參考文獻(xiàn) 65
習(xí)題 67
第2章 輻射測量與儀器 73
2.1 輻射與物質(zhì)作用 73
2.1.1 電離能量損失 74
2.1.2 多次散射效應(yīng) 76
2.1.3 輻射能量損失 77
2.1.4 光-核作用能損 80
2.1.5 γ射線三種效應(yīng) 80
2.1.6 電磁簇射和強(qiáng)子簇射 83
2.1.7 切連科夫輻射和穿越輻射 86
2.2 探測器與信號 90
2.2.1 核儀器與信號讀取 91
2.2.2 前端電子學(xué)與噪聲 95
2.2.3 幅度和時(shí)間信號 99
2.2.4 定時(shí)方法與電路 103
2.2.5 信號傳輸與匹配 105
2.2.6 符合測量方法 107
2.2.7 觸發(fā)與電子學(xué)系統(tǒng) 113
2.3 帶電粒子和γ光子能譜測量 118
2.3.1 帶電粒子能譜測量 118
2.3.2 γ射線能譜測量 126
2.3.3 高能光子能量測量 136
2.4 中子能量和通量測量 140
2.4.1 中子分類 140
2.4.2 中子能量測量 142
2.4.3 中子通量測量 154
2.4.4 n-γ鑒別方法 157
2.5 宇宙線μ子測量 160
2.5.1 μ子輻射來源 160
2.5.2 μ子與物質(zhì)作用 161
2.5.3 μ子望遠(yuǎn)鏡測試系統(tǒng) 163
2.5.4 宇宙線μ子成像 166
參考文獻(xiàn) 169
習(xí)題 171
第3章 質(zhì)量和壽命測量方法 178
3.1 質(zhì)量與壽命 178
3.2 核素質(zhì)量測量 179
3.2.1 質(zhì)譜法 180
3.2.2 儲存環(huán)質(zhì)譜法 181
3.2.3 核反應(yīng)法 185
3.3 粒子質(zhì)量測量 187
3.3.1 穩(wěn)定粒子質(zhì)量測量 188
3.3.2 不穩(wěn)定粒子質(zhì)量測量 192
3.4 核素壽命測量 202
3.4.1 直接測量方法 202
3.4.2 延遲符合測量法 204
3.4.3 多普勒線移法 208
3.4.4 核能級共振法 214
3.4.5 無反沖共振吸收法 217
3.5 粒子壽命的測量 221
3.5.1 衰變時(shí)間測量方法 221
3.5.2 衰變長度測量方法 227
3.5.3 質(zhì)子壽命的測量 233
參考文獻(xiàn) 237
習(xí)題 239
第4章 粒子鑒別和譜儀 244
4.1 動量分辨與磁場 245
4.2 電離能損鑒別方法 248
4.2.1 (p，dE/dx)鑒別方法 248
4.2.2 ΔE-E鑒別法 253
4.2.3 布拉格峰鑒別法 257
4.3 飛行時(shí)間鑒別方法 259
4.3.1 TOF鑒別本領(lǐng) 259
4.3.2 TOF定時(shí)修正方法 261
4.3.3 dE/dx+TOF鑒別法 264
4.4 切連科夫效應(yīng)鑒別方法 265
4.4.1 閾式切連科夫鑒別法 266
4.4.2 環(huán)形成像(RICH)鑒別法 267
4.4.3 內(nèi)反射切連科夫光(DIRC)鑒別法 269
4.4.4 DIRC-Like鑒別法 270
4.5 穿越輻射效應(yīng)鑒別方法 271
4.6 量能器鑒別方法 276
4.6.1 能量沉積鑒別法 276
4.6.2 粒子流鑒別法 279
4.7 相對論重離子物理實(shí)驗(yàn)與粒子鑒別 281
4.7.1 QGP產(chǎn)生與測量 282
4.7.2 雙輕子衰變與測量 283
4.7.3 重味夸克產(chǎn)生與測量 286
參考文獻(xiàn) 290
習(xí)題 291
第5章 加速器亮度和截面測量 298
5.1 粒子加速器與粒子束 298
5.1.1 加速器基本工作原理 300
5.1.2 加速器實(shí)驗(yàn)束 303
5.1.3 束流分離與監(jiān)測 304
5.2 粒子對撞與固定靶實(shí)驗(yàn) 310
5.3 粒子束打靶作用截面測量 313
5.3.1 總截面測量原理 314
5.3.2 中子總截面測量 315
5.3.3 帶電粒子總截面測量 317
5.3.4 帶電粒子微分截面測量 320
5.4 對撞機(jī)亮度與截面測量 322
5.4.1 加速器束流亮度 323
5.4.2 正負(fù)電子對撞截面測量 325
5.4.3 質(zhì)子-質(zhì)子對撞截面測量 329
參考文獻(xiàn) 335
習(xí)題 336
第6章 非加速器物理與實(shí)驗(yàn) 341
6.1 宇宙學(xué)基本原理 341
6.1.1 弗里德曼方程 342
6.1.2 宇宙大爆炸假說 343
6.2 宇宙線物理與實(shí)驗(yàn) 344
6.2.1 宇宙線起源與成分 344
6.2.2 高能γ射線的產(chǎn)生和傳播 347
6.2.3 宇宙線γ觀測方法 349
6.3 中微子質(zhì)量測量與實(shí)驗(yàn) 356
6.3.1 中微子振蕩機(jī)制 356
6.3.2 中微子源與實(shí)驗(yàn) 358
6.3.3 太陽中微子丟失實(shí)驗(yàn) 359
6.3.4 大氣中微子丟失實(shí)驗(yàn) 362
6.3.5 加速器中微子實(shí)驗(yàn) 363
6.3.6 反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn) 364
6.4 無中微子雙β衰變與實(shí)驗(yàn) 368
6.4.1 無中微子雙β衰變機(jī)制 369
6.4.2 無中微子雙β衰變實(shí)驗(yàn)要求 371
6.4.3 無中微子雙β衰變實(shí)驗(yàn)技術(shù) 373
6.5 暗物質(zhì)與實(shí)驗(yàn) 377
6.5.1 暗物質(zhì)觀測證據(jù) 377
6.5.2 暗物質(zhì)探測方法 379
參考文獻(xiàn) 384
習(xí)題 387
附錄A：粒子和天文物理常數(shù) 394
附錄B：元素周期表 399
附錄C：常用材料的物理參數(shù) 400
附錄D：常用放射性核素 402
附錄E：VME總線協(xié)議與V1718控制器簡介 404
編后語 411
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核與粒子物理實(shí)驗(yàn)方法 節(jié)選

預(yù)備知識 物質(zhì)是由各種微觀粒子構(gòu)成的，這是現(xiàn)代物理學(xué)的基本圖像，看似簡單，實(shí)際包含了豐富的研究內(nèi)容，涉及微觀結(jié)構(gòu)模型、相互作用機(jī)制、對稱性與守恒定律、實(shí)驗(yàn)方法與探測技術(shù)等，它們之間相互關(guān)聯(lián)(圖0.1)，其中實(shí)驗(yàn)方法研究是不可缺少的環(huán)節(jié)。 圖0.1 實(shí)驗(yàn)物理研究的各個(gè)環(huán)節(jié)與相互關(guān)系 0.1 微觀結(jié)構(gòu)圖像 19世紀(jì)末，人們已經(jīng)認(rèn)識到一切物質(zhì)都是由原子組成的；瘜W(xué)分析獲得元素周期性規(guī)律表明原子本身還存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)。原子核概念是基于20世紀(jì)初大量的實(shí)驗(yàn)觀測，其中*著名的是α粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析提出了原子有核模型。原子核本身還能被分解為更小的粒子，即原子核由中子和質(zhì)子(統(tǒng)稱為核子)構(gòu)成，這一結(jié)論隨著中子的發(fā)現(xiàn)得到進(jìn)一步認(rèn)可。當(dāng)時(shí)，電子、中子、質(zhì)子及中微子被認(rèn)為是構(gòu)成物質(zhì)世界的基本粒子，其中中微子是為了解決β衰變與守恒定律的矛盾而提出的假設(shè)。這四種粒子足以描述原子與原子核物理中的大多數(shù)已知現(xiàn)象，即使是今天，這些粒子也仍然是描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。20世紀(jì)中期，粒子加速器實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)子超過200種，質(zhì)子和中子僅僅是強(qiáng)子家族中的兩位代表，正因?yàn)槠鋽?shù)量之大，所以強(qiáng)子不是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子。為了建立強(qiáng)子結(jié)構(gòu)圖像，物理學(xué)家提出了夸克模型，所有已知的強(qiáng)子都可以用兩種或三種夸克來描述。 在上述過程中，將能量不斷提高的粒子作為探針，觀測其內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，成為核與粒子物理實(shí)驗(yàn)的基本方法。大量實(shí)驗(yàn)成果為微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，即標(biāo)準(zhǔn)模型奠定了基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為物質(zhì)是由兩種基本成分構(gòu)成的：輕子(包含電子和中微子)和夸克。根據(jù)散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，二者的尺度均小于10.18m。作為比較，質(zhì)子大小超過10.15m。輕子和夸克的自旋為1/2，即均為費(fèi)米子。與原子、原子核以及強(qiáng)子不同的是，無論輕子還是夸克，至今都沒有被觀測到存在激發(fā)態(tài)，因而它們被認(rèn)為是基本粒子，或者認(rèn)為是點(diǎn)粒子。到目前為止，已知有六種輕子和六種夸克以及它們各自的反粒子，這些基本粒子可以通過“代”(generations)或“族”(families)進(jìn)行分類，各自又分為三代。許多物理學(xué)家認(rèn)為輕子和夸克的數(shù)量依然偏多，而且其屬性存在代際特征，因而否認(rèn)二者可作為基本粒子，正確與否，有待新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果告訴我們答案。 0.2 基本相互作用 隨著對微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)理解的深入，人們對自然界基本作用力也有了進(jìn)一步的認(rèn)識，包括基本粒子間的相互作用。大約19世紀(jì)初，以下四種力被認(rèn)為是基本作用力：引力、電力、磁力，還有所知甚少的原子分子間作用力。直到19世紀(jì)末，電力和磁力被證明是同一種作用力：電磁相互作用。此后的研究表明原子存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即帶正電的原子核和電子云，并通過電磁相互作用保持整體結(jié)構(gòu)，因此原子表現(xiàn)為電中性。在微觀尺度下，原子間電場并沒有完全抵消，故相鄰的原子和分子相互影響，因此表現(xiàn)出不同“化學(xué)力”，實(shí)際上都是電磁相互作用的表現(xiàn)形式，比如范德瓦耳斯(vanderWaals)力。 隨著核物理研究的發(fā)展，對兩種新的短程力即核力(核子間作用力)和弱力(用于解釋原子核β衰變)有了深入的理解。核力并不是基本相互作用，類似于原子之間電磁相互作用的表現(xiàn)形式，核力本質(zhì)上是夸克之間的強(qiáng)相互作用。強(qiáng)作用力和弱作用力是粒子間的兩種基本相互作用。所有物理現(xiàn)象都遵循四種基本相互作用、即引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用和弱相互作用。引力相互作用對于恒星、星系和宏觀物體，包括人類和各種生物運(yùn)動是至關(guān)重要的，但對微觀粒子運(yùn)動的影響很小，一般可以忽略。 按照當(dāng)前的理論，相互作用是通過交換矢量玻色子(自旋為1的粒子)進(jìn)行傳播的，如圖0.2所示，分別是電磁相互作用中的光子、強(qiáng)相互作用中的膠子，以及弱相互作用中的W±、Z0。這三種相互作用都與“荷”有關(guān)，分別是電荷、弱荷、強(qiáng)荷(強(qiáng)荷又稱為色荷，或“色”量子數(shù))。當(dāng)粒子具有某種“荷”時(shí)才會發(fā)生對應(yīng)的相互作用：輕子和夸克攜帶弱荷；夸克和部分輕子(如電子)具有電荷；色荷只有夸克攜帶，因此輕子不參與強(qiáng)相互作用。W±和Z0玻色子都是非常重的粒子，質(zhì)量分別為MW≈80GeV/c2、MZ≈91GeV/c2，根據(jù)量子力學(xué)的測不準(zhǔn)關(guān)系，這兩種粒子是虛粒子，散射過程中存在時(shí)間極短，因此弱相互作用為短程力，而光子的靜止質(zhì)量為零，故電磁相互作用的范圍為無限大。膠子和光子類似，靜止質(zhì)量也為零，但與光子不同，膠子攜帶色荷，因而在膠子間也存在相互作用，大量實(shí)驗(yàn)證明強(qiáng)相互作用也是短程力。 圖0.2 粒子間通過交換矢量玻色子發(fā)生相互作用 輕子和夸克用直線表示，光子用波浪線，螺旋線代表膠子，W±和Z0為虛線 0.3 對稱性與守恒定律 對稱性概念是數(shù)學(xué)家提出的，但在物理學(xué)中得到完美的詮釋。德國數(shù)學(xué)家埃米 諾特(E.Noether)*早提出守恒定律與自然現(xiàn)象的對稱性關(guān)系。物理學(xué)中的守恒律，如能量、動量、宇稱、正反粒子等，實(shí)質(zhì)上是相互作用規(guī)范場的共軛變量，對應(yīng)于時(shí)間、空間、自旋、電荷等物理量具有不變性。換句話說，物理定律與其發(fā)生的時(shí)間、位置和空間取向無關(guān)。例如，按照量子力學(xué)，在一個(gè)角動量為h的束縛系統(tǒng)，空間波函數(shù)宇稱為P=(.1).，其微觀結(jié)構(gòu)具有左右對稱性的，表現(xiàn)在空間反演具有不變性，可用系統(tǒng)宇稱量子數(shù)P守恒表示。宇稱守恒導(dǎo)致了電磁躍遷的選擇規(guī)則。在相對論量子力學(xué)中，宇稱概念也具有重要意義，粒子與反粒子具有內(nèi)稟宇稱，玻色子與反玻色子具有相同的內(nèi)稟宇稱，費(fèi)米子則相反。粒子與反粒子的一個(gè)重要對稱性是電荷共軛宇稱，一個(gè)粒子和它的反粒子構(gòu)成的系統(tǒng)應(yīng)該是電荷共軛算符C的本征態(tài)，其本征值由系統(tǒng)的軌道量子數(shù)和自旋量子數(shù)確定。實(shí)驗(yàn)上觀測到一個(gè)多重態(tài)的粒子系統(tǒng)，在強(qiáng)和弱作用下可表現(xiàn)出不同的狀態(tài)，同一多重態(tài)的粒子可以被描述為同一粒子的不同狀態(tài)，這些狀態(tài)由強(qiáng)自旋或弱自旋表示，因此對稱性與守恒律對于微觀作用機(jī)制的理解和分析都是不可缺的。 0.4 實(shí)驗(yàn)方法和探測技術(shù) 為了觀測不同尺度物體的運(yùn)動規(guī)律，人類發(fā)明了不同類型的儀器(圖0.3)，其中亞原子尺度跨越了8個(gè)數(shù)量級。大多數(shù)亞原子物理的研究成果都與加速器實(shí)驗(yàn)相關(guān)。利用加速器產(chǎn)生高能粒子束與被研究的物體(靶核和粒子)發(fā)生相互作用，觀測作用過程和末態(tài)粒子的運(yùn)動學(xué)參數(shù)變化，用于研究微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)制，是實(shí)驗(yàn)物理的基本方法。以電子的彈性散射為例，當(dāng)電子的德布羅意波長λ=h/p與靶粒子尺度接近時(shí)，散射粒子的衍射圖案能夠非常精確地揭示出原子核的尺度。通常測定原子核半徑需要電子束能量達(dá)到108eV，測量質(zhì)子半徑對應(yīng)的能量是108～109eV。一個(gè)微觀系統(tǒng)的激發(fā)能隨其微觀尺寸的減小而增大，當(dāng)入射粒子的能量與產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的能量接近時(shí)，形成共振吸收和共振發(fā)射，可用于研究激發(fā)態(tài)核與粒子的屬性及其內(nèi)部相互作用機(jī)制。物理學(xué)家寄希望于不斷提高粒子加速器的能量，以便能夠觀測到核子內(nèi)部夸克(或輕子)更深層次的結(jié)構(gòu)。研制和建造更高能量的加速器代表了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，同時(shí)推動了實(shí)驗(yàn)方法和探測技術(shù)的快速發(fā)展。 圖0.3 不同尺度物體與觀測儀器(a)和微觀粒子尺度(b) 為了精確測定微觀層次的各種反應(yīng)過程，需要深入了解反應(yīng)產(chǎn)生的各種粒子(帶電粒子、光子、中子、中微子等)與物質(zhì)相互作用機(jī)制。帶電粒子與氣體、液體、非晶體和晶體發(fā)生電磁相互作用，并轉(zhuǎn)換為電信號或光信號。光子通過光電效應(yīng)或康普頓效應(yīng)，以及電子對效應(yīng)被探測到。中子和中微子通過核反應(yīng)產(chǎn)生的次級帶電粒子被間接探測到。相應(yīng)的粒子探測器有多種類型。例如，閃爍晶體探測器提供快時(shí)間信息，氣體探測器覆蓋面積大，能提供較好的空間分辨，結(jié)合磁場可用于動量測量；半導(dǎo)體探測器具有非常好的位置和能量分辨；切連科夫探測器和穿越輻射探測器用于相對論粒子鑒別；量能器用于測量高能粒子的能量。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)不同物理目標(biāo)，采用不同類型探測器，構(gòu)建不同的實(shí)驗(yàn)裝置和探測系統(tǒng)，這也是實(shí)驗(yàn)方法研究的重要內(nèi)容。 0.5 相互作用和費(fèi)曼圖 亞原子粒子相互作用可以用費(fèi)曼圖描述(以美國物理學(xué)家R.P.Feynman的名字命名，1948年提出)。費(fèi)曼圖*早用于量子電動力學(xué)(QED)計(jì)算，當(dāng)電磁作用比較弱(作為小量)時(shí)，在計(jì)算分析中可用“微擾”方法處理，以避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算。更準(zhǔn)確的定義：費(fèi)曼圖是對量子力學(xué)或場論的躍遷振幅或相關(guān)函數(shù)的微擾量的圖形表示。例如，可表示微擾S-矩陣展開項(xiàng)，或者一個(gè)系統(tǒng)從初態(tài)到末態(tài)的所有可能過程的躍遷概率。 QED是被實(shí)驗(yàn)證明的高度精確的理論。電子與光子之間的一切過程都可以用費(fèi)曼圖表示，并且規(guī)定：波線表示光子，實(shí)線帶有箭頭表示電子，順箭頭方向運(yùn)動表示粒子(電子)，逆箭頭方向運(yùn)動表示反粒子(正電子)。每個(gè)頂點(diǎn)代表一個(gè)作用點(diǎn)，是兩條實(shí)線和一條波線的交點(diǎn)，其中一條實(shí)線指向作用點(diǎn)(表示初態(tài))，另一條實(shí)線離開作用點(diǎn)(表示末態(tài))，并規(guī)定相互作用沿著時(shí)間軸方向進(jìn)行。圖0.4是典型正負(fù)電子湮滅過程費(fèi)曼圖。費(fèi)曼圖同樣可以擴(kuò)展用于描述弱作用和強(qiáng)作用過程。 圖0.4 兩種正負(fù)電子湮滅過程 (a)雙光子過程；(b)夸克–反夸克對過程。其中包含反夸克輻射膠子(綠色螺旋線) 0.6 國際標(biāo)準(zhǔn)單位和自然單位 實(shí)驗(yàn)觀測粒子運(yùn)動的基本物理量有：質(zhì)量、長度、能量、動量和時(shí)間，其中長度和能量的常用單位分別是飛米(fm)和電子伏特(eV)。fm為國際標(biāo)準(zhǔn)單位制(SI)，定義為10.15m，大致對應(yīng)質(zhì)子的尺寸；eV代表單位電荷粒子穿過電勢差為1V時(shí)獲得的能量：1eV=1.602×10.19J。常采用十進(jìn)制倍數(shù)表示keV、MeV、GeV等。根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2，質(zhì)量單位常用MeV/c2或GeV/c2來表示。長度和能量，動量和時(shí)間與測不準(zhǔn)關(guān)系式相關(guān)聯(lián)，實(shí)驗(yàn)上常用于估算其數(shù)量級。 為了便于記憶，普朗克常數(shù)可表示為：h c≈200MeV fm。電磁相互作用耦合常數(shù)。由于歷史原因，這一常數(shù)也被稱為精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)。許多物理量都與普朗克常數(shù)h和光速c有關(guān)，為了簡化運(yùn)算，粒子物理學(xué)中常用自然單位制(NU)。在這一單位中，選擇h=c=1。一般定義4πε0=1，故α=e2(高斯單位制)。在一些理論公式中，令ε0=1、α=e2/4π(又稱為亥維賽–洛倫茲單位制)。在自然單位制下，粒子的質(zhì)量、能量和動量的量綱是一樣的，都是eV(或MeV)。長度量綱為1/eV(或1/MeV)，而電荷是一個(gè)無量綱的基本物理量。 本書中的公式一般采用國際標(biāo)準(zhǔn)單位制表示，部分公式按習(xí)慣采用自然單位制。表0.1給出一些基本物理量的SI與NU單位制換算關(guān)系。 表0.1 一些基本物理量的SI與NU單位制換算關(guān)系 0.7 實(shí)驗(yàn)室參考系和動量中心系 描述高速運(yùn)動粒子的運(yùn)動學(xué)物理量，常遇到兩個(gè)參考系即實(shí)驗(yàn)室參考系與動 量中心系的變換。動量中心系觀測任何作用過程，其系統(tǒng)總動量為零，即

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