这段时间开始仔细阅读现代物理基础丛书中第68本，由肖振军和吕才典编写的《粒子物理学导论》。在此写下读书笔记，本人不才，望各位赐教。
绪论
粒子物理学(particle physics)的研究对象就是物质的基本结构和基本相互作用(fundamental interaction)。
粒子物理学的研究内容
“基本”粒子谱
1897年，J.J.Thomson测定了电子(electron)荷质比 e/m，1907~1913年，R.A.Millikan发现电子电荷(electric charge)e的不连续性。
1901年，Max Plank提出能量量子化假说，1905年，A.Einstain提出光量子化假说。
1911年，Ernest Rutherford提出原子的核式结构，1913年，N.Bohr建立氢原子模型。
1919年，Rutherford发现质子(proton)。
1932年，James Chadwick发现中子(neutron)。
1932年，C.Anderson发现正电子(positron)。
1936年，Anderson和S.H.Neddermeyer发现μ轻子(muon)，之后发现π介子，K介子，Λ介子，Σ介子，反质子(antiproton)（1955年），反中子(antineutron)（1956年），η介子，ρ介子，ω介子，K*介子，φ介子等。
1974年，Samuel C.C.Ting（丁肇中）和B.Richter发现J/ψ粒子。
1974~1977年，M.L.Perl发现τ轻子(Tau)。
1977年，Leon Lederman发现Υ粒子，证实了底夸克的存在。
1983年，CERN的强子对撞机试验发现W±和Z0中间矢量玻色子。
2012年7月，LHC发现希格斯玻色子(Higgs boson)。
目前发现的基本粒子：
轻子(lepton)：
夸克( quark)：
矢量玻色子( vector boson)：
基本标量粒子：
粒子物理理论概要
1941~1950年发展起来的描写电磁相互作用的量子电动力学（QED）；
1972~1974年发展起来的描写强相互作用的量子色动力学（QCD）；
1964~1971年发展起来的电弱统一理论(electroweak interaction);
以及现在正在发展的大统一理论（GUT）,超对称理论（supersymmetry）,超弦理论(superstring theory).
自然单位制
我们定义
^{1/2}=1)
便得到了普遍的自然单位制。
在广义相对论(general relativity)和粒子物理学中引入四维度规：
)
四维时空矢量和四维能量动量定义为：
四维矢量的乘积定义为：
四维动量能量和四维时空坐标的平方就分别是：
高能物理实验手段
现有高能加速器的种类
正负电子对撞机：LEP，BEPC，CESR，PEP-II，KEKB，DAφNE。
强子对撞机、轻子-强子对撞机：Tevatron , LHC，HERA。
世界上著名的加速器举例
B介子工厂：美国SLAC加速器中心的PEP-II和BaBar探测器，日本KEK的KEKB和Belle探测器
超高能pp对撞机LHC：ATLAS，CMS，ALICE和LHCb。主要目标为：寻找标准模型中非常重要的Higgs粒子；寻找超对称理论或者其他超出标准模型的新物质理论预言的新粒子。
日本的超级B介子工厂：日本的Belle-II和意大利的Super-B（已被终止）
粒子的基本性质
质量
能量和动量的定义：
质壳条件：
在能量和动量组成的四维相空间里，这个等式给出了一个四维相空间中的一个三维曲面的方程，以“壳”来形象地表示这个曲面。
非相对论情况下，自由粒子波函数满足 薛定谔方程( Schrodinger equation)，波函数满足归一化条件。
对于不稳定粒子，Schrodinger方程修改为：
\rangle =(m-i\Gamma/2)|\psi(0) \rangle)
本征波函数为：
归一化条件修正为：
|\psi(t)\rangle=\ e^{-\Gamma t}<1)
粒子数在衰变：
=N(0)\ e^{-\Gamma t})
质量分布函数：
寿命与衰变宽度
衰变方程：
解：
=\ N(0)e^{-\lambda t})
平均寿命：
有关系：
即：不稳定粒子的衰变宽度等于其衰变寿命的倒数。
对于多衰变道有
衰变道概率：
轨迹长度满足：\tau=\tau v/\sqrt{1-v^{2}})
电荷
假设存在磁单极子，则电荷量子化就是一个自然推论；量子电动力学理论中，电荷量子化和电荷守恒是一个U(1)定域规范对称性的自然推论。
自旋(spin)、极化、自旋统计关系
自旋量子数s为半整数的粒子，满足Fermi-Dirac统计，称为费米子(Fermion)
自旋量子数s为整数的粒子，满足Bose-Einstain统计，称为玻色子(Boson)
对于矢量粒子来说可以定义极化矢量：
满足归一化条件：
螺旋度
电子的自旋角动量s在电子运动方向上的投影称为螺旋度或叫手征性：
磁矩
自旋角动量为s的带电粒子有磁矩：
场、粒子与相互作用
场和粒子
量子场论(quantum field theory)的基本粒子物理图像：
1 每种粒子对应一种场，场没有不可入性，对应各种不同粒子的场在空间中互相重叠地充满全空间。场的激发表现为粒子，场的不同激发状态表现为粒子的数目和运动状态不同。
2 场用复量描写，场的激发也用复量描写，互为复共轭的两种激发状态表现为粒子和反粒子互换的两种状态。如果场用实量描写，场的激发也用实量描写，这时复共轭就是它自身，粒子就是它自身的反粒子。
3 所有场都处于基态时为物理真空。
基本相互作用
1 相互作用存在于场之间，无论是处于基态还是激发态的场都同样与其他场相互作用。
2 粒子是场处于激发状态的表现，因此粒子间的相互作用来自场之间的相互作用。场之间的相互作用是粒子转化的原因。
粒子的分类
1 强子(hadron)：直接参与强相互作用的粒子。
介子(meson)：自旋为整数，重子数为0的强子，有π，K，η，ω，ρ，φ，η｀，D，Ｊ／φ，Υ……；
重子(baryon)：自旋为半整数，重子数为１的强子，有ｐ，ｎ，λ，Σ，Ξ，Δ，Ω……。
２轻子：不直接参与强相互作用的粒子
3 规范玻色子：传递相互作用的媒介子
4 Higgs玻色子：自旋为0的标量粒子
稳定粒子和共振态
不能通过强相互作用衰变的粒子称为稳定粒子，可以通过强相互作用衰变的粒子称为共振态
轻子—夸克层次粒子的分类
1 规范玻色子
2 费米子：轻子和夸克
轻子分正反粒子，夸克分正反粒子12种 味道( flavour)有不同的三种 颜色( color)
3 Higgs粒子：在实现电弱对称性的自发破缺，是规范玻色子和费米子获得质量方面起着非常重要的作用。根据最小超对称原理，至少有5个Higgs粒子：
从轻子—夸克层次粒子的分类来看，自然界已知存在的基本粒子数目为：
补充：不久前，四位物理学家Guillermo Ballesteros、Javier Redondo、Andreas Ringwald和Carlo Tamarit提出一个新理论，论文已经通过同行审议，于2月15日发表在《物理评论快报》（PRL）。这个新理论被称作SMASH（全称为“Standard Model Axion See-saw Higgs portal inflation”）。
SM为标准模型(standard model)，包含本文提到的所有基本粒子；A为轴子(axion)，用于解释暗物质(dark matter)和强核力的不寻常对称性；S为跷跷板机制(seesaw mechanism)，用于解释宇宙中物质—反物质不对称性；H为预言ρ粒子的存在，用于解释中微子质量，并且和Higgs粒子协作驱使宇宙暴胀。
