六.（22分）仅考虑QED理论。在非极化的正负电子对撞机上，忽略电子质量时ete-→r+r-的散射振幅模方为MP=2402n-pag [p1-Pa)(p2 Ps) + (p1-Ps)lp2-pa) + m2(1-Pp)]其中1,2,3.4分别是e-,e+T-,+的动量，Q.是+轻子电荷。1.令质心系能量为s，设e-和e+分别沿+和一方向入射。请推导e+e-质心系中末态←一的空间极化角（9）的微分散射截面，并计算总散射截面。（8分）2.计算前后不对称性o(cos6>0)-a(cos<0)AFB=a(cos0>0)+a(cos9<0)并解释物理原因。（2分）3如果光子仅仅和左手手征性的带电轻子相互作用，在忽略电子和轻子质量的情况下，请通过螺旋度振幅分析给出散射振幅模方。（2分）4.接上间，请写出末态一的空间极化角的微分散射截面，并计算AFB。（2分）5，如果-土自旋为零，请说明工一极化角微分散射截面在前后方向处为零。（2分）6.如果光子自旋为0，请给出未态一的空间极化角微分分布。（2分）7、请写出强子对撞机上T十一产生过程的散射截面。（2分）8.考虑T质量不可忽略的情况。当m=500GeV，请分析在Vs=2000GeV的质子-反质子强子对撞机上价夺克和海夺克的贡献大小：当m=1GeV时重复上面11分析。（2分）52
六.（22 分） 仅考虑 QED 理论。在非极化的正负电子对撞机上，忽略电子质量时， e +e− → τ +τ− 的散射振幅模方为 |M|2 = 2e 4Q2 τ (p1 · p2) 2 [ (p1 · p4)(p2 · p3) + (p1 · p3)(p2 · p4) + m 2 τ (p1 · p2) ] 其中 p1,2,3,4 分别是 e−, e +, τ−, τ + 的动量，Qτ 是 τ 轻子电荷。 1. 令质心系能量为 √ s，设 e− 和 e + 分别沿 +ˆz 和 −ˆz 方向入射。请推导 e +e− 质心 系中末态 τ− 的空间极化角（θ）的微分散射截面，并计算总散射截面。（8 分） 2. 计算前后不对称性 AFB ≡ σ(cos θ > 0) − σ(cos θ < 0) σ(cos θ > 0) + σ(cos θ < 0) 并解释物理原因。（2 分） 3. 如果光子仅仅和左手手征性的带电轻子相互作用，在忽略电子和 τ 轻子质量的情 况下，请通过螺旋度振幅分析给出散射振幅模方。（2 分） 4. 接上问，请写出末态 τ− 的空间极化角的微分散射截面，并计算 AFB。（2 分） 5. 如果 τ± 自旋为零，请说明 τ− 极化角微分散射截面在前后方向处为零。（2 分） 6. 如果光子自旋为 0，请给出末态 τ− 的空间极化角微分分布。（2 分） 7. 请写出强子对撞机上 τ +τ− 产生过程的散射截面。（2 分） 8. 考虑 τ 质量不可忽略的情况。当 mτ = 500 GeV，请分析在 √ s = 2000 GeV 的质 子 -反质子强子对撞机上价夸克和海夸克的贡献大小；当 mτ = 1 GeV 时重复上面 分析。（2 分） 11/52
1.何为粒子物理？52
1. 何为粒子物理？ 12/52
粒子物理：探索物质微观结构的前沿学科，物理学是在人类探索自然的奥秘中形成的学科，物理学研究宇审间物质存在的基本形式，物质的性质、物质的运动规律、物质之间如何相互作用、相互转化以及各种物质形态内部结构的基本规律。人类在探索自然奥秘的过程中，一个重要的基本问题是探索物质微观结构的基本规律。另一个重要的基本问题是探索物质大范围结构（宇观的基本规律。这方面的前沿学科是天体物理学和宇审学。，再一个重要的基本问题是探索宏观物质结构复杂系统运动的基本规律，这涉及近代物理学的各个前沿分支13/52
粒子物理：探索物质微观结构的前沿学科 ▶ 物理学是在人类探索自然的奥秘中形成的学科，物理 学研究宇宙间物质存在的基本形式，物质的性质、物 质的运动规律、物质之间如何相互作用、相互转化以 及各种物质形态内部结构的基本规律。 ▶ 人类在探索自然奥秘的过程中，一个重要的基本问题 是探索物质微观结构的基本规律。 ▶ 另一个重要的基本问题是探索物质大范围结构（宇观） 的基本规律。这方面的前沿学科是天体物理学和宇宙 学。 ▶ 再一个重要的基本问题是探索宏观物质结构复杂系统 运动的基本规律，这涉及近代物理学的各个前沿分支。 13/52
探索微观结构？，例如当把一把铁尺分割成两块时，每一块仍表现出铁的性质，除了数量上减少外，别的并没有什么不同这样的分割原则上可以一直继续下去，问题在于是不是可以无限分割下去，是不是分割到一定程度就不能再分了。上上世纪物性学和物理化学的研究发展表明物质的微观结构并不是物质宏观结构简单地缩小，各种物质都是由分子构成的，分子的性质是物质物理性质和化学性质的基础。，如果把单个分子再加以分割，物质的物理性质和化学性质就会明显地变化。，这表明物质微观结构与宏观结构不同，不能从宏观世界规律直接推广到微观来认识微观世界的规律性。14/52
探索微观结构？ ▶ 例如当把一把铁尺分割成两块时，每一块仍表现出铁 的性质，除了数量上减少外，别的并没有什么不同。 这样的分割原则上可以一直继续下去，问题在于是不 是可以无限分割下去，是不是分割到一定程度就不能 再分了。 ▶ 上上世纪物性学和物理化学的研究发展表明物质的微 观结构并不是物质宏观结构简单地缩小，各种物质都 是由分子构成的，分子的性质是物质物理性质和化学 性质的基础。 ▶ 如果把单个分子再加以分割，物质的物理性质和化学 性质就会明显地变化。 ▶ 这表明物质微观结构与宏观结构不同，不能从宏观世 界规律直接推广到微观来认识微观世界的规律性。 14/52
粒子物理的诞生二十世纪以来，物理学在探索物质微观结构基本规律方面不断地取得进展，二十世纪初，研究原子的相互作用和原子的内部结构产生了原子物理学。从二十世纪初到三十年代，探索物质微观结构的前沿学科是原子物理学；三十年代到四十年代是原子核物理学：五十年代到现在是粒子物理学。、下一步。。。15//52
粒子物理的诞生 ▶ 二十世纪以来，物理学在探索物质微观结构基本规律 方面不断地取得进展。 ▶ 二十世纪初，研究原子的相互作用和原子的内部结构， 产生了原子物理学。 ▶ 从二十世纪初到三十年代，探索物质微观结构的前沿 学科是原子物理学； ▶ 三十年代到四十年代是原子核物理学； ▶ 五十年代到现在是粒子物理学。 ▶ 下一步。 15/52