加速器,探测器,勇向微观探奥秘,捕捉粒子奇变化,高能实验显威力。
这首词说的是粒子物理实验研究所用的利器,正是这一回将要讲的内容。
话说物理学的发展,总是实验和理论两条腿走路,即科学实验和科学理论的研究相互依赖、相互促进,是相辅相成的。美籍华裔物理学家黄克孙说过:“过去的 300 多年里,物理学的伟大成就,是实验和理论密切结合的果实。”对于粒子物理学来说,实验与理论之间也是相互影响的,它们是研究基本粒子的两种手段,缺一不可。其中起决定作用的是实验手段,因为众所周知,物理学本质上是一门实验科学。正所谓“工欲善其事,必先利其器。器欲尽其能,必先得其法。”
上回书说了基本粒子的研究简史,至于怎样进行基本粒子的实验研究,涉及如何产生基本粒子、如何探测基本粒子、如何对它们进行实验分析,以及了解它们的内在规律和相互作用等一系列问题。要获得粒子束可以从放射性物质、宇宙线、反应堆和加速器获得不同种类、不同能量的粒子束,而进行粒子物理实验研究所用的工具大致包括粒子源(如加速器等)、探测器和数据分析处理设备(如计算机等)三个组成部分。
这一回将分别介绍加速器和探测器,数据分析处理设备则不加以讨论。此外,还有一些不使用加速器的实验装置,如用于粒子研究的原子物理和核物理仪器,在此也不做介绍。