粒子、探测器与物质的规则

动一下，看结果怎样变

这里的教学模型使用模拟事例；原始实验和发表记录可以沿文章中的来源继续阅读。

1. 01

   从碰撞事例积出质量峰

   选取冻结的双缪子记录，比较信号与本底。

2. 02

   把核自旋反过来

   看电子偏爱的方向怎样随极化反转。

3. 03

   追踪会衰变的中性 K 介子

   比较味混合、存活率和双 π 衰变通道。

4. 04

   用电子探入质子

   把散射角、动量转移和内部结构连起来。

P1

留下粒子经过的痕迹

从闪光、水滴和金属丝的脉冲，读出粒子经过的证据。

1. Lenard 给阴极射线开了一扇窗

   真空管里产生的阴极射线，怎样才能拿到空气中研究？

2. Thomson 从阴极射线里找到共同的粒子

   一根发光的放电管，怎样显出了比原子更小的粒子？

3. Wilson 让电离留下看得见的路

   一个粒子飞过去，为什么会留下一条细细的云？

4. Bothe 和 Geiger 怎样认出同时发生的两个信号

   两只计数器都响了，怎样判断它们记录的是同一件事？

5. Blackett 和 Occhialini 让粒子触发自己的照片

   两只计数器，怎样让难得一见的云室径迹经常出现在照片上？

6. 乳胶里一条接一条的径迹显出了 π 介子

   显微镜下的一串银颗粒，怎样分出了两种不同的粒子？

7. Glaser 让粒子经过的地方先沸腾

   一杯过热液体，为什么会先沿粒子的路线冒出气泡？

8. Alvarez 小组从成组径迹中找出短寿命粒子

   一个粒子来不及留下径迹就衰变了，还能怎样发现它？

9. Cherenkov 追出了蓝光与带电粒子的关系

   粒子怎样在水中追过光，却没有超过真空光速？

10. Charpak 把粒子的位置变成电信号

    一排细金属丝，怎样让粒子路线不用冲洗照片就能读出来？

P2

怎样认出一种新粒子

看到一条陌生径迹以后，还要从电荷、质量和衰变判断它是谁。

1. 一块铅板怎样认出了正电子

   安德森怎样分清正电子与反向飞来的普通电子？

2. 汤川为什么预言一种中等质量的粒子

   核力作用距离很短，为什么会指向一种新粒子的质量？

3. 怎样从大量 π 介子里挑出反质子

   伯克利团队怎样认出极少数带负电的反质子？

4. 两组实验遇见同一座窄峰

   1974 年的 J 粒子与 ψ 粒子为什么迅速改变了粒子物理？

5. 一个电子、一个缪子，怎样指向 τ 轻子

   只有两颗可见粒子，怎样发现来不及留下径迹的 τ 轻子？

P3

检验物质遵守的规则

沿着实验往前走，看夸克、对称性破缺与希格斯场怎样进入物理图景。

1. 对称性怎样帮我们认识粒子

   从不同方向、不同速度看同一颗粒子，什么性质应该保持一致？

2. 吴健雄的钴实验怎样分出了镜像

   电子朝两侧发射得不一样，为什么能检验镜像对称？

3. 一次稀少的 K 介子衰变怎样打破 CP 对称

   长寿命 K 介子束里出现少量双 π 衰变，为什么值得震动整个领域？

4. 夸克怎样整理越来越多的粒子

   为什么几种带分数电荷的组成粒子，能解释一大群强子？

5. 电子怎样撞见质子里的小成分

   SLAC 的散射数据里，哪种现象指向质子内部更小的带电成分？

6. 为什么猛烈碰撞里的夸克近乎自由

   夸克在质子里结合很紧，为什么短距离碰撞时却像近乎自由？

7. 电磁作用与弱衰变怎样走到同一理论中

   一个伸得很远，一个只在极短处显现，电磁作用与弱作用为什么能统一？

8. W 与 Z 怎样从碰撞碎片中显现

   W、Z 来不及留下自己的径迹，UA1 与 UA2 怎样认出它们？

9. 量子修正怎样让电弱理论接受精密检验

   已经能预言 W、Z，电弱理论为什么还需要新的计算方法？

10. 规律对称，最低能量状态却可以选边

    方程没有偏爱，系统为什么会自己选定一个状态？

11. 第三代夸克怎样给 CP 破坏留出空间

    夸克从两代变成三代，为什么就能出现新的 CP 破坏？

12. 两种质量峰怎样把希格斯场带到眼前

    2012 年的新粒子，怎样检验 W、Z 获得质量的机制？

沿时间看发现

下面标出各篇讨论的工作年份；诺奖年份另列在文章页。

1. 1894Lenard 给阴极射线开了一扇窗
2. 1897Thomson 从阴极射线里找到共同的粒子
3. 1911Wilson 让电离留下看得见的路
4. 1925Bothe 和 Geiger 怎样认出同时发生的两个信号
5. 1932一块铅板怎样认出了正电子
6. 1932Blackett 和 Occhialini 让粒子触发自己的照片
7. 1934Cherenkov 追出了蓝光与带电粒子的关系
8. 1935汤川为什么预言一种中等质量的粒子
9. 1939对称性怎样帮我们认识粒子
10. 1947乳胶里一条接一条的径迹显出了 π 介子
11. 1952Glaser 让粒子经过的地方先沸腾
12. 1955怎样从大量 π 介子里挑出反质子
13. 1957吴健雄的钴实验怎样分出了镜像
14. 1960Alvarez 小组从成组径迹中找出短寿命粒子
15. 1961规律对称，最低能量状态却可以选边
16. 1964一次稀少的 K 介子衰变怎样打破 CP 对称
17. 1964夸克怎样整理越来越多的粒子
18. 1967电磁作用与弱衰变怎样走到同一理论中
19. 1968Charpak 把粒子的位置变成电信号
20. 1969电子怎样撞见质子里的小成分
21. 1972量子修正怎样让电弱理论接受精密检验
22. 1973第三代夸克怎样给 CP 破坏留出空间
23. 1973为什么猛烈碰撞里的夸克近乎自由
24. 1974两组实验遇见同一座窄峰
25. 1975一个电子、一个缪子，怎样指向 τ 轻子
26. 1983W 与 Z 怎样从碰撞碎片中显现
27. 2012两种质量峰怎样把希格斯场带到眼前

遇到这些词时