粒子物(wù)理(lǐ)

粒(lì)子物理學建(jiàn)立後，在(zài)上一個世(shì)紀(jì)六(liù)十年代，核(hé)物理(lǐ)學(xué)和粒子(zǐ)物理(lǐ)分(fēn)道(dào)揚鑣，核物理學(xué)已(yǐ)不(bù)再處(chǔ)於(yú)物質結構(gòu)研(yán)究(jiū)的最前沿(yán)。這(zhè)是人(rén)類對自(zì)然界認識的(dí)一個重(zhòng)大失(shī)誤，也(yě)是近(jìn)代物理(lǐ)學(xué)的(dí)一(yī)個悲劇。原(yuán)子核(hé)是(shì)微觀物(wù)質(zhì)的(dí)基石，在某種意(yì)義(yì)上說，無論(lùn)是(shì)基本(běn)粒子(zǐ)理(lǐ)論(lùn)或原子(zǐ)理論(lùn)都(dū)應(yīng)該(gāi)建(jiàn)立在原(yuán)子核理(lǐ)論(lùn)基(jī)礎(chǔ)上。原(yuán)子隻是原子核在核外(wài)空(kōng)間(0.1納米)的(dí)一個(gè)表象(xiàng)，而(ér)且是一種特殊(如(rú)地(dì)球環(huán)境(jìng))的物(wù)相，原子核(hé)在核外空間更(gēng)普遍(biàn)的(dí)存在的物(wù)相是等離(lí)子態(tài)。最簡單(dān)的核是(shì)氫原子核，也(yě)稱(chēng)為質子，另一個核子(zǐ)稱為中子，核子(zǐ)是最(zuì)基本的(dí)粒子，其它的(dí)物理(lǐ)粒(lì)子(zǐ)如介(jiè)子，輕(qīng)子等都(dū)是(shì)原子(zǐ)核反應的產物，在原(yuán)子核反(fǎn)應中(zhōng)最基本(běn)量子(zǐ)數是核的質(zhì)量數(shù)A，這(zhè)是(shì)個守(shǒu)恒(héng)量。物(wù)理學(xué)有本(běn)末(mò)倒置之(zhī)嫌(xián)，這是(shì)從原(yuán)子核(hé)的質量觀測(cè)數據和(hé)電(diàn)子深度非彈(dàn)性散(sàn)射(shè)(deep inelastic scattering)實驗(yàn)數據(jù)得(dé)出的(dí)結論。我(wǒ)們(mén)可以回(huí)顧原子(zǐ)物理學和原子核(hé)物理(lǐ)學的歷(lì)史(shǐ)，從1913年到1927年(nián)，曾(zēng)經出現四(sì)個關於氫原子(zǐ)理(lǐ)論(玻(bō)爾理論，索末菲理(lǐ)論(lùn)，薛(xuē)定格理(lǐ)論和(hé)狄拉克理(lǐ)論) 這些(xiē)理論(lùn)都能說(shuō)明(míng)氫(qīng)原子的光(guāng)譜(pǔ)，而從海森(sēn)伯1932年提出(chū)原子(zǐ)核結(jié)構之(zhī)後(hòu)，近八十年(nián)時(shí)間中(zhōng)，曾出現許多原子核的理論(lùn)，沒有任何一(yī)個(gè)理論能(néng)夠(gòu)解釋原子核(hé)的質(zhì)量等靜態數據和核的放射性(xìng)，這(zhè)說明人們對原子(zǐ)的認(rèn)識(shí)基(jī)本是正確的，而(ér)對(duì)原子核(hé)的(dí)認(rèn)識從(cóng)一開始就(jiù)進(jìn)入了(liǎo)誤區。

核(hé)能利用(yòng)方麵(miàn)也不像前(qián)階段(duàn)那樣迫(pò)切需要(yào)核物理提(tí)供數(shù)據(jù)，研製關(guān)鍵設備(bèi)。從(cóng)70年(nián)代起(qǐ)，核(hé)物(wù)理(lǐ)進入縱深(shēn)發展和廣泛應用的(dí)更(gēng)為成熟(shú)的階段。

核物(wù)理(lǐ)的今天

在現階段(duàn)，由於重離子加(jiā)速技術的發(fā)展(zhǎn)，已能有效(xiào)地加(jiā)速從氫到鈾(yóu)全(quán)部元(yuán)素的(dí)離子(zǐ)，能量達到每(měi)核(hé)子1×109eV，擴(kuò)充了變革(gé)原子(zǐ)核的(dí)手段，使重(zhòng)離子核(hé)物(wù)理(lǐ)研究有全麵的(dí)發(fā)展。強束(shù)流的(dí)中，高能(néng)加速器不(bù)僅(jǐn)提供直接加(jiā)速(sù)的離(lí)子(zǐ)流(liú)，還(huán)能提供(gōng)諸如(rú)π介子，Κ介子(zǐ)等次級粒子(zǐ)束，從另一方(fāng)麵擴充了研究原子(zǐ)核的(dí)手段(duàn)，加速(sù)了高(gāo)能核物理的發(fā)展(zhǎn)。超(chāo)導(dǎo)加(jiā)速(sù)器(qì)將大大縮小加速(sù)器(qì)的尺寸，降低造價(jià)和(hé)運(yùn)轉費(fèi)用，並提高束流的品(pǐn)質(zhì)。

核物理實驗(yàn)方法和(hé)射綫探測(cè)技(jì)術(shù)也有了(liǎo)新的(dí)發(fā)展。微(wēi)處理機和數據獲(huò)取與處(chǔ)理(lǐ)係統(tǒng)的(dí)改進(jìn)，影(yǐng)響深遠。過去，核過(guò)程中同時(shí)測(cè)定幾個(gè)參(cān)量就(jiù)很(hěn)困(kùn)難(nán)，當前，一(yī)次記錄(lù)幾十(shí)個參量已很普(pǔ)遍(biàn)。對一些高能重離子核(hé)反(fǎn)應(yīng)，成(chéng)千個探(tàn)測器(qì)可(kě)同(tóng)時工(gōng)作(zuò)，一次記錄(lù)和處(chǔ)理幾(jī)千(qiān)個參量(liáng)，以便(biàn)對成千個放出(chū)的粒子進行(háng)測定和(hé)鑒別。另一(yī)方麵，一(yī)些(xiē)專用(yòng)的核技(jì)術設備都附有(yǒu)自動的(dí)數據處理(lǐ)係(xì)統(tǒng)，簡化了操(cāo)作(zuò)，推(tuī)廣了使用(yòng)。

目標

核(hé)物(wù)理基礎研究的(dí)主要目標有(yǒu)兩個方(fāng)麵(miàn):①通(tōng)過核(hé)現(xiàn)象研究(jiū)粒子(zǐ)的性(xìng)質(zhì)和作(zuò)用(yòng)，特(tè)別是(shì)核(hé)子間的相互作用(yòng)。一些(xiē)重(zhòng)要問(wèn)題(tí)如(rú)中(zhōng)子的電偶極(jí)矩，中(zhōng)微(wēi)子的質量和(hé)質(zhì)子的(dí)壽(shòu)命(mìng)等(děng)都(dū)要通過(guò)低能核物(wù)理實驗測(cè)定;粒子(zǐ)間(jiān)相(xiāng)互作用(yòng)的(dí)重要知(zhī)識也可由(yóu)中高能核(hé)物(wù)理提供。②核多體係運動(dòng)的研究。核(hé)多體(tǐ)係是(shì)運動(dòng)形(xíng)態很(hěn)豐富(fù)的(dí)體係(xì)，過去主要研(yán)究了基態和低激(jī)發態(tài)的(dí)性(xìng)質(zhì)以及一(yī)些核反(fǎn)應(yīng)機製(zhì)，對於(yú)高自旋態，高激(jī)發態，大(dà)變(biàn)形(xíng)態(tài)以(yǐ)及(jí)遠離(lí)β穩定(dìng)綫(xiàn)核(hé)素等(děng)特(tè)殊運(yùn)動(dòng)形(xíng)態的(dí)研(yán)究(jiū)才(cái)剛(gāng)開始，對基(jī)態和(hé)低(dī)激發態的(dí)實(shí)驗知識(shí)也(yě)不足(zú)，遠(yuǎn)小(xiǎo)於多體波函(hán)數提(tí)供的(dí)信(xìn)息(xī)。核(hé)運(yùn)動形態的研(yán)究將(jiāng)在相當長的時期(qī)內成為(wéi)核物(wù)理基礎研(yán)究(jiū)的(dí)主要部分。

核(hé)技(jì)術(shù)的(dí)廣泛應(yīng)用(yòng)是本(běn)階段的(dí)重要特點(diǎn)。常(cháng)用的小型加(jiā)速器已投入工業生產(chǎn)，成千上(shàng)萬台加速器在研究所，大(dà)學，工廠和醫院中運(yùn)轉(zhuǎn)，鈷60放射(shè)源的使用(yòng)更為普(pǔ)遍(biàn);另一(yī)方麵，幾乎沒有一(yī)個核物(wù)理實驗室(shì)不(bù)在(zài)從(cóng)事(shì)核(hé)技(jì)術的應(yīng)用(yòng)研究(jiū)。核技術(shù)應(yīng)用(yòng)主要(yào)有以下幾個方麵(miàn):①為(wéi)核能源(yuán)的(dí)開發(fā)服(fú)務，為大(dà)型(xíng)核電站到微(wēi)型核(hé)電(diàn)池(chí)提(tí)供更(gēng)精(jīng)確(què)的數(shù)據(jù)和更有(yǒu)效(xiào)的利用(yòng)途徑。②同位(wèi)素的應用，這是(shì)應用最(zuì)廣泛(fàn)的核技(jì)術，包括(kuò)同(tóng)位素(sù)示蹤，同位素(sù)儀表(biǎo)和(hé)同位(wèi)素藥劑等。③射綫(xiàn)輻(fú)照的應用(yòng)，利(lì)用加(jiā)速(sù)器及(jí)同位(wèi)素(sù)輻射源，進(jìn)行輻(fú)照加工，食(shí)品消(xiāo)毒保鮮，輻照育(yù)種(zhǒng)，探(tàn)傷以及放(fàng)射(shè)醫療(liáo)。④中子束的應用(yòng)，除(chú)利用(yòng)中(zhōng)子(zǐ)衍射分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)外，還(huán)用於(yú)輻(fú)照，摻雜(zá)，測(cè)井，探礦及生物(wù)效(xiào)應，如治癌。⑤離子束(shù)的應(yīng)用(yòng)，大量的加速(sù)器是(shì)為了(liǎo)提供離(lí)子(zǐ)束而設計的，離子(zǐ)注(zhù)入(rù)技術是研究半(bàn)導(dǎo)體(tǐ)物(wù)理和(hé)製(zhì)備(bèi)半導體器件(jiàn)的重(zhòng)要手段(duàn)，離子束則是無(wú)損，快速(sù)，痕量(liáng)分析的主要(yào)手(shǒu)段，特別(bié)是質(zhì)子(zǐ)微(wēi)米束(shù)對(duì)表(biǎo)麵進(jìn)行(háng)掃(sǎo)描分析(xī)，對元素(sù)含量的探測極限可(kě)達1×10-15~1×10-18克，是其他(tā)方(fāng)法難以(yǐ)比擬的。

在(zài)原子核物理(lǐ)學誕(dàn)生(shēng)，壯大和鞏(gǒng)固過程中，核技(jì)術的應用(yòng)使核物理(lǐ)基(jī)礎的(dí)研(yán)究獲得廣泛的(dí)支持(chí)，後者又為(wéi)前(qián)者(zhě)不斷開辟(bì)新的途徑。這(zhè)兩(liǎng)方麵(miàn)的需(xū)要(yào)推進了粒子加速(sù)技術和(hé)核(hé)物(wù)理(lǐ)實驗(yàn)技術的發展(zhǎn);而這(zhè)兩(liǎng)門(mén)技(jì)術的新(xīn)發展，又有力地促進了(liǎo)核物理的基礎和(hé)應用的研究。這種(zhǒng)相(xiāng)互推(tuī)動(dòng)，共同發展的趨(qū)勢(shì)，將在核物(wù)理的新(xīn)階段(duàn)中發(fā)揮日(rì)益(yì)巨大(dà)的(dí)作用。

核(hé)物(wù)理學的(dí)另一個(gè)目(mù)標就是利(lì)用粒子(zǐ)反(fǎn)衝技術(shù)造福(fú)人(rén)類，若成功(gōng)研(yán)製小(xiǎo)型加(jiā)速器(qì)，人(rén)類(lèi)將(jiāng)步(bù)入一(yī)個嶄(zhǎn)新的社(shè)會階段(duàn)(可以實行共產主(zhǔ)義製(zhì)度，按需分配(pèi))。