实施概要

1 引言

基本粒子物理学

我们已经知道的知识

我们想知道的知识

研究基本粒子物理的工具

研究基本粒子物理的未来工具

2 什么是基本粒子物理

什么是基本粒子

基本粒子有多少种

基本粒子的大小

基本粒子和高能

已知的基本力与基本粒子

四种基本力

已知的基本粒子家族

传递力的粒子

轻子

夸克

强子

碰撞与衰变

粒子的碰撞

粒子和反粒子

碰撞图解

碰撞与相互作用

粒子的自发衰变

守恒定律和对称性的概念

什么是守恒定律

对称性和不变性

对称性破缺

基本粒子物理中的实验方法

在固定靶加速器上的实验

实验，加速器和粒子探测器

固定靶加速器

靶

荷电粒子的粒子探测器

次级粒子束

粒子对撞机

在粒子对撞机上的实验

粒子的衰变

基本粒子物理中不用加速器的实验

3 在过去的二十年中我们得到的知识

强子的夸克模型的进展

夸克模型的起源

粲夸克的发现

粲素态

第三代轻子和夸克的发现

τ轻子的发现

底夸克的发现

第三代

夸克如何相互作用

强子的相互作用

轻子-质子散射实验

强子喷注

弱作用和电磁作用的统一

夸克之间的强相互作用

统一理论

4 基本粒子物理学：我们想知道的知识

引言

质量的问题

所有这些质量标度起源于那里

复合夸克和复合轻子

基本力的统一

强子的相互作用

利用现有的和正在建造的加速器

对更高能量加速器的要求

一些基本问题

5 用于基本粒子物理研究的加速器

关于加速器的引言

为什么需要和需要什么样的加速器

粒子对撞机

加速器的超导磁铁

加速器的进展和能量的提高

基本粒子物理和各种加速器

已知粒子性质的研究

已知力的研究

寻找新的粒子和质量标度

新的思想和理论的检验

寻找解决难题的线索和开拓未知世界

正在运行和建造中的加速器

固定靶质子加速器

西欧核子中心的质子-质子与质子-反质子对撞机

费米实验室的2TeV质子-反质子对撞机

电子加速器，固定靶

环形正负电子对撞机

TRISTAN和LEP环形正负电子对撞机

直线正负电子对撞机

电子-质子对撞机

对撞机目标

超级超导对撞机，超高能质子-质子对撞机

物理目标

设计研究

超导磁铁

对撞机的初步设计与考虑

时间表和成本

超高能直线对撞机的研究和发展

物理动机

现有技术和概念

关于加速器和对撞机的新思想的研究

直线加速器和对撞机

对加速器和对撞机作进一步研究的必要

能量极高的环形加速器

6 基本粒子物理学使用的仪器和探测器

引言

探测器的必需条件和探测的物理原理

对撞机实验用的探测器

近区探测：顶点探测器

带电粒子径迹室

粒子类型的辨认

量能探测和能量测量

大的或复杂的固定靶实验

固定靶实验中的探测器

小的或简单的固定靶实验

泡室

数据处理和计算机

不使用加速器的实验的装置和探测器

原子的、光学的、电子学的和低温的实验

采用放射性物质或反应堆的实验

利用宇宙线的实验

太阳中微子实验

寻找质子衰变

综述和展望未来

7 同其他物理学领域和技术的相互影响

宇宙学和天体物理

宇宙线物理

原子核物理

原子物理

凝聚态理论物理

加速器的其它应用

同步辐射

加速器在医学中

加速器和等离子体物理

大规模使用超导体

高通量中子源

支持及促进新技术

8 基本粒子物理的教育、组织和决策

历史背景

1960年以前

美国，60年代以后

国外，50年代以来

加速器建造和使用的进度和计划

构想

提案

将加速器用于物理

决策

建造

加速器的关闭

总结

基本粒子物理实验的性质

研究生教育

粒子物理学界和联邦政府的相互影响

大学

加速器实验室

决策和咨询

国际合作和竞争

未来的趋势和问题

研究生的作用

粒子物理的科学人材

先进的加速器和探测器研究

实验室管理

咨询机构

9 结论和建议

过去20年中的变革

变革是怎样取得的

我们想知道什么

对设在大学里的研究机构和使用美国现有设施的建议

对美国新的加速器设施的建议

对加速器研究与发展的建议

对粒子物理理论研究的建议

对非加速器物理实验的建议

对基本粒子物理中国际合作的建议

结论

附录

A.世界上的高能加速器

B.建造中的粒子对撞机

C.美国基本粒子物理研究的统计信息

词汇注释