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实施概要 1

1 引言 12

基本粒子物理学 12

我们已经知道的知识 14

我们想知道的知识 16

研究基本粒子物理的工具 16

研究基本粒子物理的未来工具 18

2 什么是基本粒子物理 19

什么是基本粒子 19

基本粒子有多少种 21

基本粒子的大小 24

基本粒子和高能 24

已知的基本力与基本粒子 26

四种基本力 26

已知的基本粒子家族 28

传递力的粒子 28

轻子 28

夸克 29

强子 31

碰撞与衰变 32

粒子的碰撞 32

粒子和反粒子 32

碰撞图解 34

碰撞与相互作用 35

粒子的自发衰变 36

守恒定律和对称性的概念 36

什么是守恒定律 36

对称性和不变性 37

对称性破缺 40

基本粒子物理中的实验方法 41

在固定靶加速器上的实验 41

实验，加速器和粒子探测器 41

固定靶加速器 42

靶 42

荷电粒子的粒子探测器 43

次级粒子束 44

粒子对撞机 44

在粒子对撞机上的实验 47

粒子的衰变 48

基本粒子物理中不用加速器的实验 48

3 在过去的二十年中我们得到的知识 49

强子的夸克模型的进展 49

夸克模型的起源 49

粲夸克的发现 51

粲素态 52

第三代轻子和夸克的发现 54

τ轻子的发现 54

底夸克的发现 55

第三代 58

夸克如何相互作用 59

强子的相互作用 59

轻子-质子散射实验 60

强子喷注 63

弱作用和电磁作用的统一 65

夸克之间的强相互作用 70

统一理论 76

4 基本粒子物理学：我们想知道的知识 82

引言 82

质量的问题 84

所有这些质量标度起源于那里 85

复合夸克和复合轻子 86

基本力的统一 87

强子的相互作用 87

利用现有的和正在建造的加速器 88

对更高能量加速器的要求 92

一些基本问题 97

5 用于基本粒子物理研究的加速器 99

关于加速器的引言 99

为什么需要和需要什么样的加速器 99

粒子对撞机 101

加速器的超导磁铁 103

加速器的进展和能量的提高 103

基本粒子物理和各种加速器 105

已知粒子性质的研究 105

已知力的研究 105

寻找新的粒子和质量标度 107

新的思想和理论的检验 107

寻找解决难题的线索和开拓未知世界 108

正在运行和建造中的加速器 109

固定靶质子加速器 109

西欧核子中心的质子-质子与质子-反质子对撞机 113

费米实验室的2TeV质子-反质子对撞机 114

电子加速器，固定靶 115

环形正负电子对撞机 115

TRISTAN和LEP环形正负电子对撞机 116

直线正负电子对撞机 117

电子-质子对撞机 118

对撞机目标 120

超级超导对撞机，超高能质子-质子对撞机 120

物理目标 120

设计研究 121

超导磁铁 123

对撞机的初步设计与考虑 123

时间表和成本 126

超高能直线对撞机的研究和发展 127

物理动机 127

现有技术和概念 127

关于加速器和对撞机的新思想的研究 128

直线加速器和对撞机 129

对加速器和对撞机作进一步研究的必要 130

能量极高的环形加速器 130

6 基本粒子物理学使用的仪器和探测器 132

引言 132

探测器的必需条件和探测的物理原理 138

对撞机实验用的探测器 139

近区探测：顶点探测器 140

带电粒子径迹室 141

粒子类型的辨认 142

量能探测和能量测量 143

大的或复杂的固定靶实验 144

固定靶实验中的探测器 144

小的或简单的固定靶实验 144

泡室 148

数据处理和计算机 149

不使用加速器的实验的装置和探测器 151

原子的、光学的、电子学的和低温的实验 151

采用放射性物质或反应堆的实验 152

利用宇宙线的实验 152

太阳中微子实验 154

寻找质子衰变 155

综述和展望未来 156

7 同其他物理学领域和技术的相互影响 157

宇宙学和天体物理 157

宇宙线物理 160

原子核物理 161

原子物理 163

凝聚态理论物理 164

加速器的其它应用 166

同步辐射 166

加速器在医学中 168

加速器和等离子体物理 169

大规模使用超导体 169

高通量中子源 169

支持及促进新技术 170

8 基本粒子物理的教育、组织和决策 172

历史背景 172

1960年以前 172

美国，60年代以后 173

国外，50年代以来 175

加速器建造和使用的进度和计划 176

构想 176

提案 176

将加速器用于物理 177

决策 177

建造 177

加速器的关闭 178

总结 178

基本粒子物理实验的性质 179

研究生教育 180

粒子物理学界和联邦政府的相互影响 182

大学 182

加速器实验室 182

决策和咨询 183

国际合作和竞争 185

未来的趋势和问题 188

研究生的作用 188

粒子物理的科学人材 188

先进的加速器和探测器研究 189

实验室管理 190

咨询机构 191

9 结论和建议 192

过去20年中的变革 192

变革是怎样取得的 192

我们想知道什么 193

对设在大学里的研究机构和使用美国现有设施的建议 194

对美国新的加速器设施的建议 195

对加速器研究与发展的建议 196

对粒子物理理论研究的建议 196

对非加速器物理实验的建议 196

对基本粒子物理中国际合作的建议 197

结论 198

附录 199

A.世界上的高能加速器 199

B.建造中的粒子对撞机 201

C.美国基本粒子物理研究的统计信息 202

词汇注释 205

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