欧洲核子研究中心（CERN）60年的实验与发现PDF电子书下载

第1篇 希格斯玻色子在LHC上的发现 1

1.1引言 1

1.2 ATLAS和CMS实验 4

1.2.1 ATLAS探测器 4

1.2.2 CMS探测器 6

1.2.3安装和调试 6

1.3触发器、计算技术及早期运行 8

1.3.1触发器和计算技术 8

1.3.2标准模型测量以检验其正确性 9

1.4标准模型中希格斯玻色子与LHC 11

1.4.1希格斯玻色子的发现及其性质的测量 13

1.4.2利用2011年全部数据与2012年部分数据的分析结果 13

1.4.3 来自2011年和2012年全部数据的结果 16

1.4.4 ATLAS和CMS合作组RUNI数据合并的结果 21

1.5总结和展望 25

参考文献 27

第2篇 重味强子物理的精确测量 30

2.1引言 30

2.2历史回顾 31

2.2.1小林-益川机制的起源 31

2.2.2 B物理的兴起 32

2.2.3 LHC时期 33

2.3 CKM矩阵 34

2.3.1定义 34

2.3.2标准参数化 35

2.3.3 Wolfenstein参数化 36

2.3.4幺正三角形 36

2.3.5 CP破坏的唯象理论 38

2.3.6幺正三角形的实验测定 40

2.4 LHC上的b物理回顾 42

2.4.1 CP对称性破坏 42

2.4.2稀有电弱衰变 45

2.4.3 BOS→μ＋μ-衰变的首次观测 46

2.5总结 49

参考文献 49

第3篇 走近物质的极限：CERN超相对论性核碰撞 58

3.1强相互作用物质 58

3.2 QCD物质研究：树立信心 60

3.3 CERN关于高温QCD物质的研究 61

3.3.1 CERN重核加速 64

3.3.2 CERN的SPS实验及其物理学 65

3.4新千年的成就 66

3.4.1火球能量密度 66

3.4.2火球温度 67

3.4.3 T=（160±10）MeV时强子的形成：接近格点QCD预测 67

3.4.4奇异重子和反重子产生增强 68

3.4.5粲偶素（J/？）压低解释了QCD等离子体的形成 69

3.4.6 QCD手征对称性恢复：强子在接近Tc时融化 70

3.4.7火球物质显示集体动力学流 71

3.4.8 SPS总结及RHIC上的一些结果 71

3.5 LHC上的重离子物理学 72

3.5.1强子形成 73

3.5.2椭圆流 73

3.5.3喷射淬火 74

3.5.4夸克偶素压低 75

3.5.5发现 77

3.6总结 78

参考文献 79

第4篇 LEP轻中微子种类数目的测量 82

4.1引言 82

4.2理论原理 83

4.2.1 Z玻色子的密度 84

4.2.2实验可观察量 84

4.2.3对Nv的灵敏性 85

4.3实验测量 86

4.3.1 Z玻色子衰变的探测 86

4.3.2数据样本 88

4.3.3截面和不对称性测量 89

4.3.4亮度测量 89

4.3.5结果 90

4.3.6不确定性 91

4.4 Nv的直接测量 91

4.5总结 94

参考文献 95

第5篇 在LEP上的精确实验 98

5.1引言 98

5.2正负电子对撞机 100

5.3在LEP上的四个探测器 102

5.4 W和Z玻色子质量的量子修正 103

5.5 SM截面、不对称性和分支比 106

5.6 LEP-Ⅰ的电弱结果 107

5.7 SM的约束 109

5.8 LEP-Ⅱ的电弱结果 113

5.9 QCD结果 114

5.9.1胶子的自相互作用 114

5.9.2 b夸克质量的跑动 115

5.9.3强耦合常数的确定 115

5.10规范耦合统一 116

5.11总结 119

参考文献 120

第6篇 W与Z粒子的发现 126

6.1引言 126

6.2 CERN的质子反质子对撞机 127

6.3实验 131

6.3.1 UA1实验 132

6.3.2 UA2探测器 133

6.4 W和Z玻色子的发现 135

6.4.1 W玻色子的发现 135

6.4.2 Z玻色子的发现 138

6.5对撞机继续运行后的物理结果 142

6.5.1 W和Z的质量与产生截面 142

6.5.2 W→ev衰变中的电荷不对称性 143

6.5.3对QCD的一次检验 145

6.5.4 W和Z玻色子的强子衰变 145

6.5.5 W和Z玻色子的精密测量 146

6.6 总结 148

参考文献 149

第7篇 弱中性流的发现 151

7.1引言 151

7.2 CERN高能中微子物理的开端 151

7.2.1 20世纪50年代末弱相互作用的研究状态 151

7.2.2 CERN的第一个中微子实验 152

7.2.3弱中性流的早期寻找 154

7.3弱中性流的发现 155

7.3.1气泡室Cargamelle 155

7.3.2挑战 157

7.3.3 1973年3月的情况 158

7.3.4中子本底 160

7.3.5激动人心的秋天 162

7.3.6质子实验 162

7.3.7确认 164

7.4总结 165

参考文献 166

第8篇 CERN高能中微子实验的重要成果 169

8.1引言 169

8.2早期Gargamelle关于夸克-部分子模型的结果 170

8.3中微子束流和实验 172

8.4核结构和夸克部分子模型 175

8.5弱电测量 177

8.5.1弱混合角 177

8.5.2粲夸克的产生和GIM机制 179

8.6 QCD和结构函数 180

8.7总结 185

参考文献 185

第9篇 直接CP破坏的发现 187

9.1引言 187

9.1.1 CP破坏研究的早期阶段 187

9.1.2基本现象 188

9.1.3 80～90年代∈’/∈实验测量的状况 189

9.1.4 ∈’/∈测量的主要挑战 190

9.2第一代：NA31束流和探测器 191

9.2.1 KDL和KOS束流 191

9.2.2 NA31实验布局 192

9.2.3中性衰变的测量：液氩量能器 193

9.2.4带电模式的测量 194

9.2.5触发、在线本底排除和数据获取 195

9.3 NA31的分析和结果 195

9.3.1分析 196

9.3.2 NA31的结果 197

9.3.3相位测量 199

9.4第二代：NA48束流和探测器 201

9.4.1 NA48束流 202

9.4.2标记器 202

9.4.3液氪量能器 203

9.4.4谱仪 204

9.4.5 NA48触发和数据获取系统 204

9.4.6 NA48分析 204

9.4.7 NA48结果 208

9.5总结 209

9.5.1 ∈’/∈的世界平均值 209

9.5.2 K介子中的CP破坏：重介子系统的入口 210

9.5.3 K介子的CP破坏：理论的入口 211

9.5.4 CERN K介子实验的遗产 211

参考文献 212

第10篇 CPLEAR（PS195）上中性K介子离散对称性的测量 216

10.1低能反质子环 216

10.2 CPLEAR实验方法 217

10.3 CPLEAR探测器 218

10.4中性K介子唯象理论 220

10.4.1时间演化 220

10.4.2离散对称性 222

10.4.3π＋π-衰变中CP破坏的测量 224

10.4.4 T和CPT破坏参数的直接测量 225

10.4.5幺正关系对T和CPT参数的限制 227

10.4.6基本原理的相关测量 228

10.5总结 231

参考文献 231

第11篇 ISR的一个发现：质子-质子截面升高 234

11.1 1970年初期的强子-强子截面 234

11.2理论框架 235

11.3三个ISR的建议书 239

11.4弹性散射与总截面的第一次结果 243

11.5第二代实验 249

11.6 ISR能量范围内的重叠积分 252

11.7 ISR从更高能量看“小角度物理” 253

11.8总结 258

参考文献 258

第12篇 SPS上μ子深度非弹性散射研究 263

12.1引言 263

12.2束流和探测器 264

12.2.1早期探测器 264

12.2.2 COMPASS探测器 265

12.2.3 COMPASS极化靶 266

12.3非极化核子结构函数 266

12.3.1散射截面和结构函数 267

12.3.2标度破坏 268

12.3.3微扰QCD检验 268

12.3.4强耦合常数的测量 269

12.4核子自旋和极化深度非弹性散射 271

12.4.1纵向自旋 272

12.4.2 CERN实验方法 274

12.4.3 实验结果 274

12.4.4 横向自旋 278

12.5总结 281

参考文献 282

第13篇 揭示强子中的部分子：从ISR到SPS对撞机 287

13.1引言 287

13.2作为胶子对撞机的ISR 288

13.2.1引言 288

13.2.2主要的里程碑 289

13.2.3关于ISR 290

13.2.4大横动量：单举产生的数据 292

13.2.5事例结构和喷注 293

13.2.6直接光子 297

13.2.7 ISR的遗产 297

13.3在SPS对撞机上的喷注 298

13.3.1引言 298

13.3.2喷注产生的证据 299

13.3.3理论解释 301

13.3.4部分子-部分子散射的角分布 303

13.3.5质子结构函数的确定 305

13.3.6直接光子产生 306

13.3.7双喷注系统的总横动量 306

13.3.8多喷注末态 307

13.4总结 310

参考文献 310

第14篇 反质子反氢原子的性质和奇特原子研究 314

14.1引言 314

14.2 π，μ，K和其他奇特原子 315

14.2.1原子物理 316

14.2.2粒子的参数 317

14.2.3强相互作用 318

14.2.4核物理 318

14.3反质子原子和质子偶素 320

14.3.1质子偶素 322

14.4反质子 323

14.4.1电荷和质量：TRAP，ATRAP和ASACUSA三个实验 325

14.4.2 磁矩：ATRAP和ASACUSA实验 328

14.5反氢原子 329

14.5.1低能的反氢原子：ATHENA，ATRAP实验 329

14.5.2 捕集器ALPHA，ATRAP 331

14.5.3 谱线ALPHA 332

14.5.4引力：AEgIS，GBAR实验 332

参考文献 335

第15篇 μ子反常磁矩和相对论检验 338

15.1引言 338

15.2基本原理 340

15.3 1958年～1962年CERN回旋加速器和6m磁铁 341

15.4第一代μ子储存环（1962～1968） 346

15.4.1概述 346

15.4.2飞行中的μ子衰变 349

15.4.3实验细节和结果 349

15.5第二代μ子储存环（1969～1976） 351

15.5.1电聚焦 352

15.5.2电四极子和擦除 352

15.5.3环形磁铁 353

15.5.4π粒子注入 353

15.5.5径向分布 354

15.5.6结果 355

15.6总结 356

15.7相对论检验 356

15.7.1爱因斯坦第二假设 356

15.7.2飞行μ子寿命 358

参考文献 358

第16篇 CERN同步回旋加速器π稀有衰变的发现 361

16.1引言 361

16.2普适费米相互作用和π衰变：两个并行的故事 362

16.2.1 π介子发现之前的弱相互作用 362

16.2.2 π介子发现之后的弱相互作用 363

16.3π介子衰变到电子和中微子：CERN的发现 367

16.4首次观测到π＋→π0e＋v衰变 372

16.5总结 374

参考文献 374

第17篇 ISOLDE上的重要成果 377

17.1引言 377

17.2放射性核束的生产、操控和加速 380

17.2.1靶离子源系统——装置的核心 380

17.2.2 冷却的束流、同核异能束流和源内激光谱 381

17.2.3 REX ISOLDE——放射性核束后加速的新概念 383

17.3壳结构：幻数的减小 385

17.4 核形状——形状共存和四极形变 387

17.5核晕 389

17.6基本相互作用研究 391

17.7 ISOLDE在通往下半个世纪的大门前 392

参考文献 394

索引 396