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核與粒子物理實驗方法 版權信息
- ISBN：9787030692634
- 條形碼：9787030692634 ; 978-7-03-069263-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
核與粒子物理實驗方法 內容簡介
核與粒子物理研究涉及的微觀作用機制很復雜，而各種作用過程產生的單粒子和核子性質是實驗觀測的出發點，其基本特性可概括為：運動規律服從量子統計規律和測不準關系；運動速度接近（或達到）光速，測量的物理量具有相對性；相互作用過程具有多重性，涉及多種相互作用機制。這些特性使得核與粒子物理實驗方法有別于其它研究方法，在長期研究過程中所積累的知識也是人類智慧結晶，許多實驗成果代表了當時科學技術的很高水平，學習和掌握這些知識是開展科學研究的重要基礎,也是一件很有趣的過程,無論你是否從事基礎物理研究。本書按照核物理和粒子物理研究生專業課授課學時（80-100學時）要求，設定章節和講授內容。全書共分為6章，包括：1．物質放射性和粒子性質；2．輻射測量和儀器；3．核與粒子的質量和壽命測量；4．譜儀和粒子鑒別方法；5．加速器亮度和截面測量；6．非加速器物理與實驗。
核與粒子物理實驗方法 目錄
目錄
叢書序
前言
預備知識 1
0.1 微觀結構圖像 1
0.2 基本相互作用 2
0.3 對稱性與守恒定律 3
0.4 實驗方法和探測技術 4
0.5 相互作用和費曼圖 5
0.6 國際標準單位和自然單位 6
0.7 實驗室參考系和動量中心系 6
第1章 物質放射性與粒子性質 11
1.1 物質放射性 11
1.1.1 核素衰變規律 13
1.1.2 天然放射性衰變 15
1.2 原子核一般性質 23
1.2.1 質子與中子 23
1.2.2 同位旋 26
1.2.3 電荷數和質量數 27
1.2.4 結合能 28
1.2.5 質譜測量 30
1.3 散射實驗與散射截面 32
1.3.1 彈性散射和非彈性散射 33
1.3.2 散射截面和幾何反應截面 34
1.3.3 電子散射和盧瑟福散射 36
1.3.4 核形狀因子 40
1.4 粒子的基本性質 41
1.4.1 正反粒子 41
1.4.2 輕子和強子 44
1.4.3 π和k介子衰變 46
1.4.4 共振態粒子產生 51
1.4.5 標準模型與粒子分類 59
參考文獻 65
習題 67
第2章 輻射測量與儀器 73
2.1 輻射與物質作用 73
2.1.1 電離能量損失 74
2.1.2 多次散射效應 76
2.1.3 輻射能量損失 77
2.1.4 光-核作用能損 80
2.1.5 γ射線三種效應 80
2.1.6 電磁簇射和強子簇射 83
2.1.7 切連科夫輻射和穿越輻射 86
2.2 探測器與信號 90
2.2.1 核儀器與信號讀取 91
2.2.2 前端電子學與噪聲 95
2.2.3 幅度和時間信號 99
2.2.4 定時方法與電路 103
2.2.5 信號傳輸與匹配 105
2.2.6 符合測量方法 107
2.2.7 觸發與電子學系統 113
2.3 帶電粒子和γ光子能譜測量 118
2.3.1 帶電粒子能譜測量 118
2.3.2 γ射線能譜測量 126
2.3.3 高能光子能量測量 136
2.4 中子能量和通量測量 140
2.4.1 中子分類 140
2.4.2 中子能量測量 142
2.4.3 中子通量測量 154
2.4.4 n-γ鑒別方法 157
2.5 宇宙線μ子測量 160
2.5.1 μ子輻射來源 160
2.5.2 μ子與物質作用 161
2.5.3 μ子望遠鏡測試系統 163
2.5.4 宇宙線μ子成像 166
參考文獻 169
習題 171
第3章 質量和壽命測量方法 178
3.1 質量與壽命 178
3.2 核素質量測量 179
3.2.1 質譜法 180
3.2.2 儲存環質譜法 181
3.2.3 核反應法 185
3.3 粒子質量測量 187
3.3.1 穩定粒子質量測量 188
3.3.2 不穩定粒子質量測量 192
3.4 核素壽命測量 202
3.4.1 直接測量方法 202
3.4.2 延遲符合測量法 204
3.4.3 多普勒線移法 208
3.4.4 核能級共振法 214
3.4.5 無反沖共振吸收法 217
3.5 粒子壽命的測量 221
3.5.1 衰變時間測量方法 221
3.5.2 衰變長度測量方法 227
3.5.3 質子壽命的測量 233
參考文獻 237
習題 239
第4章 粒子鑒別和譜儀 244
4.1 動量分辨與磁場 245
4.2 電離能損鑒別方法 248
4.2.1 (p，dE/dx)鑒別方法 248
4.2.2 ΔE-E鑒別法 253
4.2.3 布拉格峰鑒別法 257
4.3 飛行時間鑒別方法 259
4.3.1 TOF鑒別本領 259
4.3.2 TOF定時修正方法 261
4.3.3 dE/dx+TOF鑒別法 264
4.4 切連科夫效應鑒別方法 265
4.4.1 閾式切連科夫鑒別法 266
4.4.2 環形成像(RICH)鑒別法 267
4.4.3 內反射切連科夫光(DIRC)鑒別法 269
4.4.4 DIRC-Like鑒別法 270
4.5 穿越輻射效應鑒別方法 271
4.6 量能器鑒別方法 276
4.6.1 能量沉積鑒別法 276
4.6.2 粒子流鑒別法 279
4.7 相對論重離子物理實驗與粒子鑒別 281
4.7.1 QGP產生與測量 282
4.7.2 雙輕子衰變與測量 283
4.7.3 重味夸克產生與測量 286
參考文獻 290
習題 291
第5章 加速器亮度和截面測量 298
5.1 粒子加速器與粒子束 298
5.1.1 加速器基本工作原理 300
5.1.2 加速器實驗束 303
5.1.3 束流分離與監測 304
5.2 粒子對撞與固定靶實驗 310
5.3 粒子束打靶作用截面測量 313
5.3.1 總截面測量原理 314
5.3.2 中子總截面測量 315
5.3.3 帶電粒子總截面測量 317
5.3.4 帶電粒子微分截面測量 320
5.4 對撞機亮度與截面測量 322
5.4.1 加速器束流亮度 323
5.4.2 正負電子對撞截面測量 325
5.4.3 質子-質子對撞截面測量 329
參考文獻 335
習題 336
第6章 非加速器物理與實驗 341
6.1 宇宙學基本原理 341
6.1.1 弗里德曼方程 342
6.1.2 宇宙大爆炸假說 343
6.2 宇宙線物理與實驗 344
6.2.1 宇宙線起源與成分 344
6.2.2 高能γ射線的產生和傳播 347
6.2.3 宇宙線γ觀測方法 349
6.3 中微子質量測量與實驗 356
6.3.1 中微子振蕩機制 356
6.3.2 中微子源與實驗 358
6.3.3 太陽中微子丟失實驗 359
6.3.4 大氣中微子丟失實驗 362
6.3.5 加速器中微子實驗 363
6.3.6 反應堆中微子實驗 364
6.4 無中微子雙β衰變與實驗 368
6.4.1 無中微子雙β衰變機制 369
6.4.2 無中微子雙β衰變實驗要求 371
6.4.3 無中微子雙β衰變實驗技術 373
6.5 暗物質與實驗 377
6.5.1 暗物質觀測證據 377
6.5.2 暗物質探測方法 379
參考文獻 384
習題 387
附錄A：粒子和天文物理常數 394
附錄B：元素周期表 399
附錄C：常用材料的物理參數 400
附錄D：常用放射性核素 402
附錄E：VME總線協議與V1718控制器簡介 404
編后語 411
叢書序
前言
預備知識 1
0.1 微觀結構圖像 1
0.2 基本相互作用 2
0.3 對稱性與守恒定律 3
0.4 實驗方法和探測技術 4
0.5 相互作用和費曼圖 5
0.6 國際標準單位和自然單位 6
0.7 實驗室參考系和動量中心系 6
第1章 物質放射性與粒子性質 11
1.1 物質放射性 11
1.1.1 核素衰變規律 13
1.1.2 天然放射性衰變 15
1.2 原子核一般性質 23
1.2.1 質子與中子 23
1.2.2 同位旋 26
1.2.3 電荷數和質量數 27
1.2.4 結合能 28
1.2.5 質譜測量 30
1.3 散射實驗與散射截面 32
1.3.1 彈性散射和非彈性散射 33
1.3.2 散射截面和幾何反應截面 34
1.3.3 電子散射和盧瑟福散射 36
1.3.4 核形狀因子 40
1.4 粒子的基本性質 41
1.4.1 正反粒子 41
1.4.2 輕子和強子 44
1.4.3 π和k介子衰變 46
1.4.4 共振態粒子產生 51
1.4.5 標準模型與粒子分類 59
參考文獻 65
習題 67
第2章 輻射測量與儀器 73
2.1 輻射與物質作用 73
2.1.1 電離能量損失 74
2.1.2 多次散射效應 76
2.1.3 輻射能量損失 77
2.1.4 光-核作用能損 80
2.1.5 γ射線三種效應 80
2.1.6 電磁簇射和強子簇射 83
2.1.7 切連科夫輻射和穿越輻射 86
2.2 探測器與信號 90
2.2.1 核儀器與信號讀取 91
2.2.2 前端電子學與噪聲 95
2.2.3 幅度和時間信號 99
2.2.4 定時方法與電路 103
2.2.5 信號傳輸與匹配 105
2.2.6 符合測量方法 107
2.2.7 觸發與電子學系統 113
2.3 帶電粒子和γ光子能譜測量 118
2.3.1 帶電粒子能譜測量 118
2.3.2 γ射線能譜測量 126
2.3.3 高能光子能量測量 136
2.4 中子能量和通量測量 140
2.4.1 中子分類 140
2.4.2 中子能量測量 142
2.4.3 中子通量測量 154
2.4.4 n-γ鑒別方法 157
2.5 宇宙線μ子測量 160
2.5.1 μ子輻射來源 160
2.5.2 μ子與物質作用 161
2.5.3 μ子望遠鏡測試系統 163
2.5.4 宇宙線μ子成像 166
參考文獻 169
習題 171
第3章 質量和壽命測量方法 178
3.1 質量與壽命 178
3.2 核素質量測量 179
3.2.1 質譜法 180
3.2.2 儲存環質譜法 181
3.2.3 核反應法 185
3.3 粒子質量測量 187
3.3.1 穩定粒子質量測量 188
3.3.2 不穩定粒子質量測量 192
3.4 核素壽命測量 202
3.4.1 直接測量方法 202
3.4.2 延遲符合測量法 204
3.4.3 多普勒線移法 208
3.4.4 核能級共振法 214
3.4.5 無反沖共振吸收法 217
3.5 粒子壽命的測量 221
3.5.1 衰變時間測量方法 221
3.5.2 衰變長度測量方法 227
3.5.3 質子壽命的測量 233
參考文獻 237
習題 239
第4章 粒子鑒別和譜儀 244
4.1 動量分辨與磁場 245
4.2 電離能損鑒別方法 248
4.2.1 (p，dE/dx)鑒別方法 248
4.2.2 ΔE-E鑒別法 253
4.2.3 布拉格峰鑒別法 257
4.3 飛行時間鑒別方法 259
4.3.1 TOF鑒別本領 259
4.3.2 TOF定時修正方法 261
4.3.3 dE/dx+TOF鑒別法 264
4.4 切連科夫效應鑒別方法 265
4.4.1 閾式切連科夫鑒別法 266
4.4.2 環形成像(RICH)鑒別法 267
4.4.3 內反射切連科夫光(DIRC)鑒別法 269
4.4.4 DIRC-Like鑒別法 270
4.5 穿越輻射效應鑒別方法 271
4.6 量能器鑒別方法 276
4.6.1 能量沉積鑒別法 276
4.6.2 粒子流鑒別法 279
4.7 相對論重離子物理實驗與粒子鑒別 281
4.7.1 QGP產生與測量 282
4.7.2 雙輕子衰變與測量 283
4.7.3 重味夸克產生與測量 286
參考文獻 290
習題 291
第5章 加速器亮度和截面測量 298
5.1 粒子加速器與粒子束 298
5.1.1 加速器基本工作原理 300
5.1.2 加速器實驗束 303
5.1.3 束流分離與監測 304
5.2 粒子對撞與固定靶實驗 310
5.3 粒子束打靶作用截面測量 313
5.3.1 總截面測量原理 314
5.3.2 中子總截面測量 315
5.3.3 帶電粒子總截面測量 317
5.3.4 帶電粒子微分截面測量 320
5.4 對撞機亮度與截面測量 322
5.4.1 加速器束流亮度 323
5.4.2 正負電子對撞截面測量 325
5.4.3 質子-質子對撞截面測量 329
參考文獻 335
習題 336
第6章 非加速器物理與實驗 341
6.1 宇宙學基本原理 341
6.1.1 弗里德曼方程 342
6.1.2 宇宙大爆炸假說 343
6.2 宇宙線物理與實驗 344
6.2.1 宇宙線起源與成分 344
6.2.2 高能γ射線的產生和傳播 347
6.2.3 宇宙線γ觀測方法 349
6.3 中微子質量測量與實驗 356
6.3.1 中微子振蕩機制 356
6.3.2 中微子源與實驗 358
6.3.3 太陽中微子丟失實驗 359
6.3.4 大氣中微子丟失實驗 362
6.3.5 加速器中微子實驗 363
6.3.6 反應堆中微子實驗 364
6.4 無中微子雙β衰變與實驗 368
6.4.1 無中微子雙β衰變機制 369
6.4.2 無中微子雙β衰變實驗要求 371
6.4.3 無中微子雙β衰變實驗技術 373
6.5 暗物質與實驗 377
6.5.1 暗物質觀測證據 377
6.5.2 暗物質探測方法 379
參考文獻 384
習題 387
附錄A：粒子和天文物理常數 394
附錄B：元素周期表 399
附錄C：常用材料的物理參數 400
附錄D：常用放射性核素 402
附錄E：VME總線協議與V1718控制器簡介 404
編后語 411
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核與粒子物理實驗方法 節選
預備知識 物質是由各種微觀粒子構成的，這是現代物理學的基本圖像，看似簡單，實際包含了豐富的研究內容，涉及微觀結構模型、相互作用機制、對稱性與守恒定律、實驗方法與探測技術等，它們之間相互關聯(圖0.1)，其中實驗方法研究是不可缺少的環節。 圖0.1 實驗物理研究的各個環節與相互關系 0.1 微觀結構圖像 19世紀末，人們已經認識到一切物質都是由原子組成的。化學分析獲得元素周期性規律表明原子本身還存在內部結構。原子核概念是基于20世紀初大量的實驗觀測，其中*著名的是α粒子散射實驗，盧瑟福通過對實驗現象分析提出了原子有核模型。原子核本身還能被分解為更小的粒子，即原子核由中子和質子(統稱為核子)構成，這一結論隨著中子的發現得到進一步認可。當時，電子、中子、質子及中微子被認為是構成物質世界的基本粒子，其中中微子是為了解決β衰變與守恒定律的矛盾而提出的假設。這四種粒子足以描述原子與原子核物理中的大多數已知現象，即使是今天，這些粒子也仍然是描述物質微觀結構的基礎。20世紀中期，粒子加速器實驗發現強子超過200種，質子和中子僅僅是強子家族中的兩位代表，正因為其數量之大，所以強子不是構成物質的基本粒子。為了建立強子結構圖像，物理學家提出了夸克模型，所有已知的強子都可以用兩種或三種夸克來描述。 在上述過程中，將能量不斷提高的粒子作為探針，觀測其內部的精細結構，成為核與粒子物理實驗的基本方法。大量實驗成果為微觀物質結構模型，即標準模型奠定了基礎。標準模型認為物質是由兩種基本成分構成的：輕子(包含電子和中微子)和夸克。根據散射實驗的結果，二者的尺度均小于10.18m。作為比較，質子大小超過10.15m。輕子和夸克的自旋為1/2，即均為費米子。與原子、原子核以及強子不同的是，無論輕子還是夸克，至今都沒有被觀測到存在激發態，因而它們被認為是基本粒子，或者認為是點粒子。到目前為止，已知有六種輕子和六種夸克以及它們各自的反粒子，這些基本粒子可以通過“代”(generations)或“族”(families)進行分類，各自又分為三代。許多物理學家認為輕子和夸克的數量依然偏多，而且其屬性存在代際特征，因而否認二者可作為基本粒子，正確與否，有待新的實驗結果告訴我們答案。 0.2 基本相互作用 隨著對微觀物質結構理解的深入，人們對自然界基本作用力也有了進一步的認識，包括基本粒子間的相互作用。大約19世紀初，以下四種力被認為是基本作用力：引力、電力、磁力，還有所知甚少的原子分子間作用力。直到19世紀末，電力和磁力被證明是同一種作用力：電磁相互作用。此后的研究表明原子存在內部結構，即帶正電的原子核和電子云，并通過電磁相互作用保持整體結構，因此原子表現為電中性。在微觀尺度下，原子間電場并沒有完全抵消，故相鄰的原子和分子相互影響，因此表現出不同“化學力”，實際上都是電磁相互作用的表現形式，比如范德瓦耳斯(vanderWaals)力。 隨著核物理研究的發展，對兩種新的短程力即核力(核子間作用力)和弱力(用于解釋原子核β衰變)有了深入的理解。核力并不是基本相互作用，類似于原子之間電磁相互作用的表現形式，核力本質上是夸克之間的強相互作用。強作用力和弱作用力是粒子間的兩種基本相互作用。所有物理現象都遵循四種基本相互作用、即引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用。引力相互作用對于恒星、星系和宏觀物體，包括人類和各種生物運動是至關重要的，但對微觀粒子運動的影響很小，一般可以忽略。 按照當前的理論，相互作用是通過交換矢量玻色子(自旋為1的粒子)進行傳播的，如圖0.2所示，分別是電磁相互作用中的光子、強相互作用中的膠子，以及弱相互作用中的W±、Z0。這三種相互作用都與“荷”有關，分別是電荷、弱荷、強荷(強荷又稱為色荷，或“色”量子數)。當粒子具有某種“荷”時才會發生對應的相互作用：輕子和夸克攜帶弱荷；夸克和部分輕子(如電子)具有電荷；色荷只有夸克攜帶，因此輕子不參與強相互作用。W±和Z0玻色子都是非常重的粒子，質量分別為MW≈80GeV/c2、MZ≈91GeV/c2，根據量子力學的測不準關系，這兩種粒子是虛粒子，散射過程中存在時間極短，因此弱相互作用為短程力，而光子的靜止質量為零，故電磁相互作用的范圍為無限大。膠子和光子類似，靜止質量也為零，但與光子不同，膠子攜帶色荷，因而在膠子間也存在相互作用，大量實驗證明強相互作用也是短程力。 圖0.2 粒子間通過交換矢量玻色子發生相互作用 輕子和夸克用直線表示，光子用波浪線，螺旋線代表膠子，W±和Z0為虛線 0.3 對稱性與守恒定律 對稱性概念是數學家提出的，但在物理學中得到完美的詮釋。德國數學家埃米 諾特(E.Noether)*早提出守恒定律與自然現象的對稱性關系。物理學中的守恒律，如能量、動量、宇稱、正反粒子等，實質上是相互作用規范場的共軛變量，對應于時間、空間、自旋、電荷等物理量具有不變性。換句話說，物理定律與其發生的時間、位置和空間取向無關。例如，按照量子力學，在一個角動量為h的束縛系統，空間波函數宇稱為P=(.1).，其微觀結構具有左右對稱性的，表現在空間反演具有不變性，可用系統宇稱量子數P守恒表示。宇稱守恒導致了電磁躍遷的選擇規則。在相對論量子力學中，宇稱概念也具有重要意義，粒子與反粒子具有內稟宇稱，玻色子與反玻色子具有相同的內稟宇稱，費米子則相反。粒子與反粒子的一個重要對稱性是電荷共軛宇稱，一個粒子和它的反粒子構成的系統應該是電荷共軛算符C的本征態，其本征值由系統的軌道量子數和自旋量子數確定。實驗上觀測到一個多重態的粒子系統，在強和弱作用下可表現出不同的狀態，同一多重態的粒子可以被描述為同一粒子的不同狀態，這些狀態由強自旋或弱自旋表示，因此對稱性與守恒律對于微觀作用機制的理解和分析都是不可缺的。 0.4 實驗方法和探測技術 為了觀測不同尺度物體的運動規律，人類發明了不同類型的儀器(圖0.3)，其中亞原子尺度跨越了8個數量級。大多數亞原子物理的研究成果都與加速器實驗相關。利用加速器產生高能粒子束與被研究的物體(靶核和粒子)發生相互作用，觀測作用過程和末態粒子的運動學參數變化，用于研究微觀物質結構和反應機制，是實驗物理的基本方法。以電子的彈性散射為例，當電子的德布羅意波長λ=h/p與靶粒子尺度接近時，散射粒子的衍射圖案能夠非常精確地揭示出原子核的尺度。通常測定原子核半徑需要電子束能量達到108eV，測量質子半徑對應的能量是108～109eV。一個微觀系統的激發能隨其微觀尺寸的減小而增大，當入射粒子的能量與產生激發態的能量接近時，形成共振吸收和共振發射，可用于研究激發態核與粒子的屬性及其內部相互作用機制。物理學家寄希望于不斷提高粒子加速器的能量，以便能夠觀測到核子內部夸克(或輕子)更深層次的結構。研制和建造更高能量的加速器代表了現代科學技術發展水平，同時推動了實驗方法和探測技術的快速發展。 圖0.3 不同尺度物體與觀測儀器(a)和微觀粒子尺度(b) 為了精確測定微觀層次的各種反應過程，需要深入了解反應產生的各種粒子(帶電粒子、光子、中子、中微子等)與物質相互作用機制。帶電粒子與氣體、液體、非晶體和晶體發生電磁相互作用，并轉換為電信號或光信號。光子通過光電效應或康普頓效應，以及電子對效應被探測到。中子和中微子通過核反應產生的次級帶電粒子被間接探測到。相應的粒子探測器有多種類型。例如，閃爍晶體探測器提供快時間信息，氣體探測器覆蓋面積大，能提供較好的空間分辨，結合磁場可用于動量測量；半導體探測器具有非常好的位置和能量分辨；切連科夫探測器和穿越輻射探測器用于相對論粒子鑒別；量能器用于測量高能粒子的能量。在實驗設計中，需要根據不同物理目標，采用不同類型探測器，構建不同的實驗裝置和探測系統，這也是實驗方法研究的重要內容。 0.5 相互作用和費曼圖 亞原子粒子相互作用可以用費曼圖描述(以美國物理學家R.P.Feynman的名字命名，1948年提出)。費曼圖*早用于量子電動力學(QED)計算，當電磁作用比較弱(作為小量)時，在計算分析中可用“微擾”方法處理，以避免復雜的數學計算。更準確的定義：費曼圖是對量子力學或場論的躍遷振幅或相關函數的微擾量的圖形表示。例如，可表示微擾S-矩陣展開項，或者一個系統從初態到末態的所有可能過程的躍遷概率。 QED是被實驗證明的高度精確的理論。電子與光子之間的一切過程都可以用費曼圖表示，并且規定：波線表示光子，實線帶有箭頭表示電子，順箭頭方向運動表示粒子(電子)，逆箭頭方向運動表示反粒子(正電子)。每個頂點代表一個作用點，是兩條實線和一條波線的交點，其中一條實線指向作用點(表示初態)，另一條實線離開作用點(表示末態)，并規定相互作用沿著時間軸方向進行。圖0.4是典型正負電子湮滅過程費曼圖。費曼圖同樣可以擴展用于描述弱作用和強作用過程。 圖0.4 兩種正負電子湮滅過程 (a)雙光子過程；(b)夸克–反夸克對過程。其中包含反夸克輻射膠子(綠色螺旋線) 0.6 國際標準單位和自然單位 實驗觀測粒子運動的基本物理量有：質量、長度、能量、動量和時間，其中長度和能量的常用單位分別是飛米(fm)和電子伏特(eV)。fm為國際標準單位制(SI)，定義為10.15m，大致對應質子的尺寸；eV代表單位電荷粒子穿過電勢差為1V時獲得的能量：1eV=1.602×10.19J。常采用十進制倍數表示keV、MeV、GeV等。根據質能方程E=mc2，質量單位常用MeV/c2或GeV/c2來表示。長度和能量，動量和時間與測不準關系式相關聯，實驗上常用于估算其數量級。 為了便于記憶，普朗克常數可表示為：h c≈200MeV fm。電磁相互作用耦合常數。由于歷史原因，這一常數也被稱為精細結構常數。許多物理量都與普朗克常數h和光速c有關，為了簡化運算，粒子物理學中常用自然單位制(NU)。在這一單位中，選擇h=c=1。一般定義4πε0=1，故α=e2(高斯單位制)。在一些理論公式中，令ε0=1、α=e2/4π(又稱為亥維賽–洛倫茲單位制)。在自然單位制下，粒子的質量、能量和動量的量綱是一樣的，都是eV(或MeV)。長度量綱為1/eV(或1/MeV)，而電荷是一個無量綱的基本物理量。 本書中的公式一般采用國際標準單位制表示，部分公式按習慣采用自然單位制。表0.1給出一些基本物理量的SI與NU單位制換算關系。 表0.1 一些基本物理量的SI與NU單位制換算關系 0.7 實驗室參考系和動量中心系 描述高速運動粒子的運動學物理量，常遇到兩個參考系即實驗室參考系與動 量中心系的變換。動量中心系觀測任何作用過程，其系統總動量為零，即
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