核与粒子物理实验方法

核与粒子物理研究涉及的微观作用机制很复杂，而各种作用过程产生的单粒子和核子性质是实验观测的出发点，其基本特性可概括为：运动规律服从量子统计规律和测不准关系；运动速度接近（或达到）光速，测量的物理量具有相对性；相互作用过程具有多重性，涉及多种相互作用机制。这些特性使得核与粒子物理实验方法有别于其它研究方法，在长期研究过程中所积累的知识也是人类智慧结晶，许多实验成果代表了当时科学技术的很高水平，学习和掌握这些知识是开展科学研究的重要基础,也是一件很有趣的过程,无论你是否从事基础物理研究。本书按照核物理和粒子物理研究生专业课授课学时（80-100学时）要求，设定章节和讲授内容。全书共分为6章，包括：1．物质放射性和粒子性质；2．辐射测量和仪器；3．核与粒子的质量和寿命测量；4．谱仪和粒子鉴别方法；5．加速器亮度和截面测量；6．非加速器物理与实验。

目录
丛书序
前言
预备知识 1
0.1 微观结构图像 1
0.2 基本相互作用 2
0.3 对称性与守恒定律 3
0.4 实验方法和探测技术 4
0.5 相互作用和费曼图 5
0.6 国际标准单位和自然单位 6
0.7 实验室参考系和动量中心系 6
章 物质放射性与粒子性质 11
1.1 物质放射性 11
1.1.1 核素衰变规律 13
1.1.2 天然放射性衰变 15
1.2 原子核一般性质 23
1.2.1 质子与中子 23
1.2.2 同位旋 26
1.2.3 电荷数和质量数 27
1.2.4 结合能 28
1.2.5 质谱测量 30
1.3 散射实验与散射截面 32
1.3.1 弹性散射和非弹性散射 33
1.3.2 散射截面和几何反应截面 34
1.3.3 电子散射和卢瑟福散射 36
1.3.4 核形状因子 40
1.4 粒子的基本性质 41
1.4.1 正反粒子 41
1.4.2 轻子和强子 44
1.4.3 π和k介子衰变 46
1.4.4 共振态粒子产生 51
1.4.5 标准模型与粒子分类 59
参考文献 65
习题 67
第2章 辐射测量与仪器 73
2.1 辐射与物质作用 73
2.1.1 电离能量损失 74
2.1.2 多次散射效应 76
2.1.3 辐射能量损失 77
2.1.4 光-核作用能损 80
2.1.5 γ射线三种效应 80
2.1.6 电磁簇射和强子簇射 83
2.1.7 切连科夫辐射和穿越辐射 86
2.2 探测器与信号 90
2.2.1 核仪器与信号读取 91
2.2.2 前端电子学与噪声 95
2.2.3 幅度和时间信号 99
2.2.4 定时方法与电路 103
2.2.5 信号传输与匹配 105
2.2.6 符合测量方法 107
2.2.7 触发与电子学系统 113
2.3 带电粒子和γ光子能谱测量 118
2.3.1 带电粒子能谱测量 118
2.3.2 γ射线能谱测量 126
2.3.3 高能光子能量测量 136
2.4 中子能量和通量测量 140
2.4.1 中子分类 140
2.4.2 中子能量测量 142
2.4.3 中子通量测量 154
2.4.4 n-γ鉴别方法 157
2.5 宇宙线μ子测量 160
2.5.1 μ子辐射来源 160
2.5.2 μ子与物质作用 161
2.5.3 μ子望远镜测试系统 163
2.5.4 宇宙线μ子成像 166
参考文献 169
习题 171
第3章 质量和寿命测量方法 178
3.1 质量与寿命 178
3.2 核素质量测量 179
3.2.1 质谱法 180
3.2.2 储存环质谱法 181
3.2.3 核反应法 185
3.3 粒子质量测量 187
3.3.1 稳定粒子质量测量 188
3.3.2 不稳定粒子质量测量 192
3.4 核素寿命测量 202
3.4.1 直接测量方法 202
3.4.2 延迟符合测量法 204
3.4.3 多普勒线移法 208
3.4.4 核能级共振法 214
3.4.5 无反冲共振吸收法 217
3.5 粒子寿命的测量 221
3.5.1 衰变时间测量方法 221
3.5.2 衰变长度测量方法 227
3.5.3 质子寿命的测量 233
参考文献 237
习题 239
第4章 粒子鉴别和谱仪 244
4.1 动量分辨与磁场 245
4.2 电离能损鉴别方法 248
4.2.1 (p,dE/dx)鉴别方法 248
4.2.2 ΔE-E鉴别法 253
4.2.3 布拉格峰鉴别法 257
4.3 飞行时间鉴别方法 259
4.3.1 TOF鉴别本领 259
4.3.2 TOF定时修正方法 261
4.3.3 dE/dx+TOF鉴别法 264
4.4 切连科夫效应鉴别方法 265
4.4.1 阈式切连科夫鉴别法 266
4.4.2 环形成像(RICH)鉴别法 267
4.4.3 内反射切连科夫光(DIRC)鉴别法 269
4.4.4 DIRC-Like鉴别法 270
4.5 穿越辐射效应鉴别方法 271
4.6 量能器鉴别方法 276
4.6.1 能量沉积鉴别法 276
4.6.2 粒子流鉴别法 279
4.7 相对论重离子物理实验与粒子鉴别 281
4.7.1 QGP产生与测量 282
4.7.2 双轻子衰变与测量 283
4.7.3 重味夸克产生与测量 286
参考文献 290
习题 291
第5章 加速器亮度和截面测量 298
5.1 粒子加速器与粒子束 298
5.1.1 加速器基本工作原理 300
5.1.2 加速器实验束 303
5.1.3 束流分离与监测 304
5.2 粒子对撞与固定靶实验 310
5.3 粒子束打靶作用截面测量 313
5.3.1 总截面测量原理 314
5.3.2 中子总截面测量 315
5.3.3 带电粒子总截面测量 317
5.3.4 带电粒子微分截面测量 320
5.4 对撞机亮度与截面测量 322
5.4.1 加速器束流亮度 323
5.4.2 正负电子对撞截面测量 325
5.4.3 质子-质子对撞截面测量 329
参考文献 335
习题 336
第6章 非加速器物理与实验 341
6.1 宇宙学基本原理 341
6.1.1 弗里德曼方程 342
6.1.2 宇宙大爆炸假说 343
6.2 宇宙线物理与实验 344
6.2.1 宇宙线起源与成分 344
6.2.2 高能γ射线的产生和传播 347
6.2.3 宇宙线γ观测方法 349
6.3 中微子质量测量与实验 356
6.3.1 中微子振荡机制 356
6.3.2 中微子源与实验 358
6.3.3 太阳中微子丢失实验 359
6.3.4 大气中微子丢失实验 362
6.3.5 加速器中微子实验 363
6.3.6 反应堆中微子实验 364
6.4 无中微子双β衰变与实验 368
6.4.1 无中微子双β衰变机制 369
6.4.2 无中微子双β衰变实验要求 371
6.4.3 无中微子双β衰变实验技术 373
6.5 暗物质与实验 377
6.5.1 暗物质观测证据 377
6.5.2 暗物质探测方法 379
参考文献 384
习题 387
附录A：粒子和天文物理常数 394
附录B：元素周期表 399
附录C：常用材料的物理参数 400
附录D：常用放射性核素 402
附录E：VME总线协议与V1718控制器简介 404
编后语 411