高能物理課題：大型強子對撞機背后的奧秘探究

物理/高能（粒子）物理

項目背景

眾所周知，在瑞法邊境地下百米處深藏著一個全長27千米的龐然大物，那就是世界上最大最強的粒子加速器、人類有史以來建造的最大最復雜的實驗設施，也是世界上最大的機器——大型強子對撞機（LHC）。在2012年7月4日LHC成功發(fā)現(xiàn)了“上帝粒子”——希格斯玻色子，讓人們意識到那些日?？雌饋硎诌b遠的理論，可能會完全改變人們的生活。高能粒子物理的研究目前已廣泛應用于工業(yè)探傷、海關檢查、水果蔬菜保鮮、微型機械加工、生化、生物物理、癌變早期診斷、治癌等領域。目前世界粒子物理界正在合作建造超大容量、超快速的數(shù)據(jù)傳輸國際互聯(lián)網系統(tǒng) GRID。它的傳輸速度可達每秒100 Gbits，即在一秒鐘內可以傳輸一張CD盤的全部數(shù)據(jù)，七秒傳輸一張DVD盤的全部數(shù)據(jù)。比目前的寬帶網快一千倍到一萬倍。本項目旨在讓學生了解粒子物理學最先進的研究，并了解其背后的思想，為今后的研究發(fā)展提供有力的理論原理支持。

項目介紹

項目將追蹤粒子物理學的思想歷史，從粒子物理的開端入手，介紹力載玻色子的產生、原理，給學生介紹最先進的物理學研究，將遵循電磁、弱相互作用和強相互作用理論的發(fā)展，研究粒子物理電弱標準模型、物理對撞機的工作原理以及量子場論的缺點及克服方法。最終帶領學生探索新物理學（susy & 外來粒子）。學生通過本項目的學生可以對粒子物理在生活、醫(yī)學、信息等領域的應用有更為深刻的認識。在項目結束時，學生將對不同領域下新高能粒子物理技術進行分析探討，提交項目報告，進行成果展示。

個性化研究課題參考：

LHC的標準物理學模型研究

希格斯玻色子的性質研究

尋找新的物理學：SUSY和外來粒子

中微子物理學：超級神岡探測器發(fā)現(xiàn)太陽中微子失蹤的奇特現(xiàn)象

反物質實驗研究

This project will track the history of particle physics, start from the beginning of particle physics, introduce the generation and principle of force-carrying bosons, and introduce students to advanced physics research, which will follow the electromagnetic, weak interaction and strong interaction theories, and the development of the research on the standard model of particle physics, the working principle of the physical collider, the shortcomings of quantum field theory and the ways to overcome them. Finally it will lead students to explore new physics (susy & alien particles). Students can have a deeper understanding of the applications of particle physics in life, medicine, information and other fields through attending this project. At the end of this project, students should analyze and discuss new high-energy particle physics technologies in different fields, submit their project reports, and demonstrate results.

Suggested Research Fields：

Standard Model Physics at the LHC

Higgs boson properties

Search for new physics: SUSY and exotic particles

Neutrino physics：The Super Shinoka probe finds the strange phenomenon of the disappearance of neutrinos in the sun

Experiments with antimatter

Quantum computing

適合人群

高中生/大學生

理論物理、純物理、粒子物理、天體物理、粒子技術與輻射成像、量子光學與量子信息、量子力學、光電信息科學與工程等專業(yè)或者希望修讀相關專業(yè)的學生；學生需要具備粒子、量子等基礎物理知識。

導師介紹

倫敦大學學院終身正教授

Mario導師現(xiàn)任倫敦大學學院物理學教授，在歐洲核子研究中心和費米實驗室等大型國際科學實驗中擁有超過25年的研究經驗。1998年在蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH）獲得物理學博士學位，并在ETH進行了長達三年的博士后ICARUS中微子研究工作。隨后，他在日內瓦大學擔任了長期研究職位（首席助理），從事CDF對撞機探測器的研究實驗。在2007年春季，他加入歐洲核子研究中心（CERN）從事Atlas實驗，研究噴氣聚類算法和觸發(fā)閃爍體，并于2007年10月正式加入UCL擔任講師，從事Atlas中的VBF Higgs搜索和前向觸發(fā)研究。截止目前，他已經在國際知名期刊發(fā)表學術論文超過1332篇。

Prof. Mario is a professor of physics at University College London and has more than 25 years of research experience in large-scale international scientific experiments such as CERN and Fermilab. He obtained his Ph.D. in physics from the ETH in Zurich in 1998, and did a postdoctoral ICARUS neutrino research work at ETH for three years. Then, he held a long-term research position (chief assistant) at the University of Geneva, engaged in research experiments on the CDF collider detector. In the spring of 2007, he joined the European Center for Nuclear Research (CERN) to work on Atlas experiments, researching jet clustering algorithms and triggering scintillators, and formally joined UCL as a lecturer in October 2007, working on VBF Higgs search and forwarding in Atlas Trigger research. Up to now, he has published more than 1,332 academic papers in internationally renowned journals.

任職學校

倫敦大學學院（UCL）創(chuàng)建于1826年，位于英國倫敦，是一所享譽世界的綜合研究型大學，英國G5名校，羅素大學集團成員。UCL在2021年QS世界大學排名位列第10、英國Top 3。倫敦大學學院誕生了33名諾貝爾獎得主、3名菲爾茲獎得主以及眾多科學領域的名人。在REF 2014 英國大學官方排名中科研實力以及影響力均位列全英第1。

項目大綱

粒子物理學的開端&力載波色子 The beginning of particle physics & Force-carrying bosons

量子場論導論（量子電動力學基礎和弱相互作用，電弱標準模型） Introduction to quantum theory

物理對撞機（膠子的發(fā)現(xiàn)與噴流的出現(xiàn)） Physics at colliders （the discovery of the gluon and the emergence of jets）

物理學探索（標準模型的缺點，SM之外的理論，SUSY，隱藏扇區(qū)，附加對稱性）The search for new physics

希格斯粒子的性質、中微子物理學、反物質物理學 Properties of the Higgs, physics of neutrinos, antimatter physics

項目回顧與成果展示 Program review and presentation

論文輔導 Project deliverable tutoring

時間安排與收獲

7周在線小組科研學習+5周論文輔導學習 共125課時

學術報告

主導師Reference Letter

EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等級別索引國際會議全文投遞與發(fā)表（可用于申請）

結業(yè)證書

成績單