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粒子化學(xué)學(xué)，是研究組成物質(zhì)和射線的基本粒子以及它們之間互相作用的一個(gè)數(shù)學(xué)學(xué)分支。因?yàn)樵S多基本粒子在大自然的通常條件下不存在或不單獨(dú)出現(xiàn)，化學(xué)學(xué)家只有使用粒子加速器在高能翻車的條件下才會(huì)生產(chǎn)和研究它們，因而粒子化學(xué)學(xué)也被稱為高能化學(xué)學(xué)。
英文名
粒子化學(xué)學(xué)
外文名
別稱
高能化學(xué)學(xué)，能荷數(shù)學(xué)學(xué)
地位
粒子量子化的粒子化學(xué)的大統(tǒng)一
目錄
粒子化學(xué)學(xué)簡介播報(bào)
粒子化學(xué)學(xué)是研究組成物質(zhì)和射線的基本粒子以及它們之間互相作用的一個(gè)數(shù)學(xué)學(xué)分支。因?yàn)樵S多基本粒子在大自然的通常條件下不存在或不單獨(dú)出現(xiàn)，化學(xué)學(xué)家只有使用粒子加速器在高能翻車的條件下才會(huì)生產(chǎn)和研究它們，因而粒子化學(xué)學(xué)也被稱為高能化學(xué)學(xué)。[1]
粒子化學(xué)學(xué)亞原子粒子播報(bào)
亜原子粒子-電子、質(zhì)子和中子-內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型圖
現(xiàn)代粒子化學(xué)學(xué)的研究集中在亞原子粒子上。這種粒子的結(jié)構(gòu)比原子要小，其中包括原子的組成部份如電子、質(zhì)子和中子（質(zhì)子和中子本身又是由夸克所組成的粒子）和放射和散射所導(dǎo)致的粒子如光子、中微子和μ子，以及許多其它奇異的粒子。
嚴(yán)格地說“粒子”這個(gè)尊稱不精確，粒子化學(xué)學(xué)中研究的所有的物體都遵循量子熱學(xué)的規(guī)則，它們都顯示波粒二象性，依據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件它們顯示粒子的特點(diǎn)或波的特點(diǎn)。在數(shù)學(xué)理論中，它們雖非粒子也非波，理論學(xué)家用希爾伯特空間中的狀態(tài)矢量來描寫它們，詳盡的理論基礎(chǔ)為量子場論。但根據(jù)粒子化學(xué)學(xué)的常規(guī)在這篇文章中那些物體仍然被稱為“粒子”，盡管這種粒子也具有波的特點(diǎn)。
明天所知的所有基本粒子都可以用一個(gè)稱作粒子化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的量子場論來描寫。標(biāo)準(zhǔn)模型是目前粒子化學(xué)學(xué)中最好的理論，它包含37種基本粒子，這種基本粒子互相結(jié)合可以產(chǎn)生愈加復(fù)雜的粒子。從1960年代以來實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)家早已發(fā)覺和觀察到了上百種復(fù)合粒子了。標(biāo)準(zhǔn)模型理論幾乎與至今為止觀察到的所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合。盡管這么大多數(shù)粒子化學(xué)學(xué)家相信它仍然是一個(gè)不健全的理論，一個(gè)愈發(fā)基本的理論還有待發(fā)覺。近來發(fā)覺的中微子靜質(zhì)量不為零是第一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)模型出現(xiàn)誤差的實(shí)驗(yàn)觀測。[1]
粒子化學(xué)學(xué)歷史播報(bào)
前6世紀(jì)古埃及的哲學(xué)家就提出物質(zhì)是由基本粒子組成的猜想。流西普斯、德謨克里特斯和伊比鳩魯是“原子論”的代表人物。17世紀(jì)時(shí)艾薩克·牛頓也有過物質(zhì)是由粒子組成的看法。1802年約翰·道爾頓即將提出所有物質(zhì)是由原子組成的理論。
1869年季米特里·門捷列夫發(fā)表的元素周期表加深了原子論的構(gòu)想。約瑟夫·湯姆孫發(fā)覺了原子中存在帶有負(fù)電荷、質(zhì)量特別小的電子，覺得原子是由質(zhì)子和被禁錮的電子組成的。歐內(nèi)斯特·盧瑟福證明質(zhì)子集中在極其緊密的原子核中。1932年美國化學(xué)學(xué)家查德威克發(fā)覺了中子，至此，人們認(rèn)識(shí)到原子核是由質(zhì)子和中子組成的，電子在原子核外運(yùn)動(dòng)。
20世紀(jì)原子化學(xué)學(xué)和量子化學(xué)學(xué)的研究引起了裂變和聚變的發(fā)覺和實(shí)驗(yàn)成功。人類才能將一個(gè)元素的原子轉(zhuǎn)換成另一個(gè)元素的原子。
1950年代和60年代中許多新的粒子被發(fā)覺，它們被合稱為“粒子植物園”。直至1970年代粒子化學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型構(gòu)建，將大多數(shù)這種粒子看作是少數(shù)基本粒子的復(fù)合粒子后這個(gè)混亂才減少。[1]
粒子化學(xué)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型理論播報(bào)
目前描寫基本粒子的最成功的理論是標(biāo)準(zhǔn)模型理論，它使用規(guī)范玻骰子來描寫強(qiáng)互相作用、弱互相作用和電磁互相作用。光子、W及Z玻骰子和膠子都屬于規(guī)范玻骰子。據(jù)悉按標(biāo)準(zhǔn)模型理論物質(zhì)是由24種基本粒子組成的，最后這個(gè)理論還預(yù)言了希格斯玻骰子。[1]
粒子化學(xué)學(xué)實(shí)驗(yàn)粒子化學(xué)學(xué)播報(bào)
大的實(shí)驗(yàn)粒子化學(xué)學(xué)國際合作有：
據(jù)悉世界各地還有許多其它粒子加速器，例如臺(tái)灣的上海正負(fù)電子對撞機(jī)與日本臺(tái)南科學(xué)工業(yè)園區(qū)的國家同步幅射研究中心。[1]
粒子化學(xué)學(xué)理論粒子化學(xué)學(xué)播報(bào)
理論粒子化學(xué)學(xué)企圖描述自然界的一切互相作用，研究能解釋明天實(shí)驗(yàn)結(jié)果并能預(yù)言未來實(shí)驗(yàn)結(jié)果的模型、理論架構(gòu)和物理工具。明天在這方面有許多不同的努力。
一個(gè)重要的工作點(diǎn)是更好地理解標(biāo)準(zhǔn)模型理論和其實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從試驗(yàn)中獲得更精確的參數(shù)，這個(gè)工作點(diǎn)測試標(biāo)準(zhǔn)模型理論的極限來擴(kuò)大我們對自然的理解。這個(gè)工作最大的困難在于量子色動(dòng)力學(xué)中對多個(gè)物體估算時(shí)的困難。一些理論家將她們的精力集中在有效場論。
另一個(gè)重要的工作點(diǎn)是構(gòu)建超出標(biāo)準(zhǔn)模型理論的模型。因?yàn)槊魈斓膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還不夠粒子物理與原子核物理專業(yè)招聘，這個(gè)工作十分困難。新的理論結(jié)構(gòu)有超對稱、阮桑模型、前子理論等等。
第三個(gè)重要的工作點(diǎn)是弦理論，其目的在于構(gòu)建一種基于微小弦與膜而不是基于粒子的理論來統(tǒng)一描述量子熱學(xué)和廣義相對論。倘若這一理論取得成功，可以被看作一種“萬有理論”。
據(jù)悉還有一些其它的理論工作如循環(huán)量子引力理論等。[1]
粒子化學(xué)學(xué)還原論播報(bào)
還原論是將世界上的事物的解釋簡化到一些基礎(chǔ)的理論的哲學(xué)觀點(diǎn)。在粒子化學(xué)學(xué)這個(gè)觀點(diǎn)是提出一個(gè)可以解釋世界上的一切的一種最基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)理論，或則用一個(gè)比較大眾化的語言來說，來找尋一個(gè)概括宇宙一切的公式。
但在粒子化學(xué)學(xué)的發(fā)展過程中也仍然有人批評這些極端的還原論。那些批評者中有粒子化學(xué)學(xué)家、化學(xué)家、生物學(xué)家、固體化學(xué)學(xué)家和整體論者。她們并不向標(biāo)準(zhǔn)模型理論本身挑戰(zhàn)，但她們覺得基本粒子的特點(diǎn)并不一定也是它們所組成的原子、分子或更大的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，尤其是它們并不能抒發(fā)好多粒子組成的系統(tǒng)的特點(diǎn)。基于混沌理論，一些批評者覺得雖然化學(xué)學(xué)家完全認(rèn)識(shí)基本粒子的所有的特點(diǎn)的話粒子物理與原子核物理專業(yè)招聘，人們借此不能完全理解所有的自然的過程；另一些批評者懷疑人們就能完全理解基本粒子的特點(diǎn)。[1]
粒子化學(xué)學(xué)公共新政播報(bào)
粒子化學(xué)學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果須要使用巨大的粒子加速器能夠取得。這種加速器十分高昂（常常須要上十億美金）因而須要大量政府支助。因而粒子化學(xué)學(xué)的研究也關(guān)系到公共新政的決定。
許多人覺得花那么多的錢不值得，并且粒子化學(xué)學(xué)消耗了許多可以用到更重要的研究和教育方面的錢。20世紀(jì)80年代，在瑞典佛羅里達(dá)州開始建造一臺(tái)超級超導(dǎo)對撞機(jī)，這是個(gè)宏偉的計(jì)劃，費(fèi)用高達(dá)80億港元，印度議會(huì)因此花掉了20億港元，在建成一條22公里的隧洞后取消了這項(xiàng)工程。許多科學(xué)家（包括超導(dǎo)超小型加速器的支持者和反對者）相信這個(gè)決定的誘因之一是由于冷戰(zhàn)結(jié)束后法國沒有必要花那么多錢在這方面與南斯拉夫競爭了。
據(jù)悉許多反對者懷疑單一國家是否還有能力運(yùn)行這么高昂的對撞機(jī)。
一些科學(xué)界的人士相信人口的老年化對粒子化學(xué)學(xué)不利，由于她們覺得老年人愈發(fā)關(guān)心眼前的事例如她們的健康和她們的母親的健康，因而對科學(xué)的捐助從數(shù)學(xué)學(xué)逐步轉(zhuǎn)移到生物學(xué)和健康科學(xué)起來了。
粒子化學(xué)學(xué)的支持者覺得為最基本的理論值得花那么多錢，這種錢對科學(xué)的其它方面也有用處。比如加速器與其副產(chǎn)品同步幅射在生物與醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，以及最早由CERN研究員所成立的萬維網(wǎng)。她們強(qiáng)調(diào)明天所有的加速器都是國際合作構(gòu)建和運(yùn)行的，她們懷疑取消制造加速器所節(jié)約出來的預(yù)算仍會(huì)使用在其它科學(xué)和教育的方面上。[1]
粒子化學(xué)學(xué)展望播報(bào)
世界各地的粒子化學(xué)學(xué)家對粒子化學(xué)學(xué)近日和中期最重要的目標(biāo)的看法是一致的。近日的目標(biāo)是于2007年完成小型強(qiáng)子對撞機(jī)并用它來找尋希格斯玻骰子和超對稱粒子。中期的目標(biāo)是建造國際直線對撞機(jī)（,ILC）。這個(gè)對撞機(jī)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式已于2004年8月決定，但其具體地址還沒有決定。國際直線對撞機(jī)與小型強(qiáng)子對撞機(jī)是相互補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，小型強(qiáng)子對撞機(jī)更適宜拿來找尋新的粒子，而國際直線對撞機(jī)則更適宜拿來精確地檢測這種粒子的特點(diǎn)。
粒子化學(xué)學(xué)的其它重要目標(biāo)包括檢測中微子的靜質(zhì)量和澄清質(zhì)子的雙重β衰變是否存在。這種實(shí)驗(yàn)不一定須要使用對撞機(jī)。[1]
粒子化學(xué)學(xué)參見播報(bào)
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