摘 要：粒子物理作為現(xiàn)代物理最活躍的分支，受到了廣泛的關(guān)注。它極大的豐富了理論物理學(xué)研究，同時(shí)也逐漸在生活中得到了廣泛應(yīng)用。該文將簡(jiǎn)要介紹粒子物理，同時(shí)探討粒子物理在醫(yī)學(xué)、軍事和通信上、工業(yè)三大領(lǐng)域較成熟的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：粒子物理 醫(yī)學(xué)應(yīng)用 軍事和通信應(yīng)用 工業(yè)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：O572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-0-01

歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器，通過(guò)該加速器加速后的金元素核，將會(huì)在彼此的對(duì)撞中，都被打的粉碎，這些碎片很可能就是現(xiàn)代物理所宣稱的基本粒子。一些學(xué)者曾預(yù)言這個(gè)加速器可能會(huì)產(chǎn)生微小的黑洞。在歐洲引起了部分民眾的恐慌。LHC的運(yùn)轉(zhuǎn)，讓人們對(duì)新物理很期待，不管碰撞的結(jié)果如何，最終LHC都會(huì)推進(jìn)粒子物理學(xué)的研究。下面將主要介紹粒子物理的概念與其廣泛的應(yīng)用。

1 粒子物理的概念與分類

那什么是粒子物理呢？粒子物理是指研究比原子核更深層次的微觀世界中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，和在很高能量下這些物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化及其產(chǎn)生原因和規(guī)律的物理學(xué)分支，又稱高能物理學(xué)。

在實(shí)驗(yàn)上可以把已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子分為兩大類。一類是不參與強(qiáng)相互作用的粒子，統(tǒng)稱為輕子。另一類是參與強(qiáng)相互作用的粒子統(tǒng)稱為強(qiáng)子。

強(qiáng)相互作用是目前所知的四種宇宙間基本作用力最強(qiáng)的，也是作用距離最短的（大約在10-15～10-10 m范圍內(nèi)）的力。作用于強(qiáng)子之間。最早研究的強(qiáng)相互作用是核子（質(zhì)子或中子）之間的核力，它是使核子結(jié)合成原子核的作用。兩個(gè)質(zhì)子在原子核里面的作用力大約是230 N，由此可以見(jiàn)此作用力多強(qiáng)！

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的輕子共計(jì)12種輕子。包括電子、μ子（渺子）、τ子（陶子，重輕子），電子e 中微子、μ子中微子、τ子中微子，共有六種輕子，同時(shí)以上各粒子還有反粒子，也有六種。

最為熟悉的重子是質(zhì)子和中子，其他還有Λ、Σ、Ξ、Ω等粒子，其質(zhì)量均超過(guò)質(zhì)子和中子，故又稱超子。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的數(shù)百種粒子中絕大部分是強(qiáng)子。

2 粒子物理的應(yīng)用

聽(tīng)這些詞兒覺(jué)得粒子物理覺(jué)得距離我們很遠(yuǎn)，其實(shí)它在醫(yī)學(xué)、軍事和通信上、工業(yè)三大領(lǐng)域早有用途。

2.1 在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

粒子物理學(xué)在醫(yī)學(xué)上的常見(jiàn)應(yīng)用可分為兩種：成象和治療。

在成象領(lǐng)域，最早的X攝像和彩超技術(shù)。就離不開(kāi)這些有用的粒子。現(xiàn)在成象技術(shù)發(fā)展到分子影像：可以更精確的成像和診斷。比較典型的設(shè)備有：非常正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像（PET），一種進(jìn)行功能代謝顯像的分子影像學(xué)設(shè)備。采用正電子核素作為示蹤劑，它通過(guò)病灶部位對(duì)示蹤劑的攝取了解病灶功能代謝狀態(tài)，從而對(duì)疾病作出正確診斷。不夸張的說(shuō)，沒(méi)有粒子物理的進(jìn)步，醫(yī)療技術(shù)將還會(huì)停留在19世紀(jì)的水平。

在治療領(lǐng)域，過(guò)去的50年里，醫(yī)學(xué)物理學(xué)家是發(fā)展和利用粒子加速器治療癌癥的先鋒。線性加速器能夠?qū)⒏吣芰康碾娮踊騒射線光柱傳遞到惡性腫瘤中，從而殺死癌細(xì)胞，并阻止腫瘤生長(zhǎng)。近年來(lái)，一種叫做IMRT（強(qiáng)度調(diào)節(jié)放射治療）的先進(jìn)技術(shù)，更是提升了放射療法控制腫瘤的能力。

IMRT利用計(jì)算機(jī)程序來(lái)精確確定治療范圍，并控制加速器光柱以傳遞最大劑量的射線到腫瘤中，同時(shí)將周圍健康組織的照射劑量做到最小化。IMRT已經(jīng)用于治療腦癌、頭頸和氣體等惡性疾病。

在現(xiàn)代手術(shù)室有一種特殊的刀—粒子手術(shù)刀。能把能量會(huì)聚到非常精確的小體積內(nèi)。讓手術(shù)非常精準(zhǔn)。粒子手術(shù)刀具有許多優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便、省時(shí)，不必住院，治療全部自動(dòng)化。精確度高，誤差只有0.1 mm；真正做到手術(shù)無(wú)創(chuàng)傷，病人無(wú)痛苦，不出血，而且無(wú)感染，無(wú)并發(fā)癥，治療過(guò)程無(wú)思想負(fù)擔(dān)。優(yōu)點(diǎn)大大超過(guò)實(shí)體手術(shù)刀。病人醫(yī)生護(hù)士都很滿意，越來(lái)越廣泛應(yīng)用于臨床。

2.2 在軍事和通信上的應(yīng)用

隨著核技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在發(fā)展了一種利用高能粒子的粒子束武器。用高能強(qiáng)流加速器將粒子源產(chǎn)生的電子、質(zhì)子或離子加速到接近光速；利用磁場(chǎng)聚焦成密集的粒子束流，粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)，能量高度集中，穿透力強(qiáng)，脈沖發(fā)射率高，能快速改變發(fā)射方向等，并且零噪聲。能廣泛的去摧毀敵人的飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等目標(biāo)。

光子在光纖的傳輸，極大的改善了通信，由此人類進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)社會(huì)。原香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高錕因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

另外理論學(xué)家，已經(jīng)給出中微子通信的前景。靜止質(zhì)量極小的中微子，能以近光速的速度作直線運(yùn)動(dòng)，在傳播過(guò)程不反射、不折射也不散射，穿透能力強(qiáng)，能輕而易舉地穿過(guò)地球。它將是比光子更優(yōu)良的通信微粒。理論學(xué)家同時(shí)也證明了中微子通信將有超強(qiáng)抗干擾性和保密性。大批的知名學(xué)者也投入到了，中微子的通信應(yīng)用研究上，也許在不久，我們將迎來(lái)中微子通信時(shí)代。

2.3 在工業(yè)上的應(yīng)用

利用中子和物質(zhì)相互作用的一些特點(diǎn)，可以進(jìn)行中子測(cè)水勘探石油、煤礦等。其方法一般是將中子沿井管下降到各地層，測(cè)量快中子和地層中物質(zhì)作用后產(chǎn) 生的慢中子或次級(jí)γ（伽馬）光子，以判斷該地層 中有關(guān)物質(zhì)的含量做到中子測(cè)井。

當(dāng)高能電子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生同步輻射。由幾個(gè)Gev（10億電子伏特）的電子同步回旋加速器和儲(chǔ)存環(huán)產(chǎn)生的同步輻射是最好的光刻用的X射線源。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，粒子物理將會(huì)帶來(lái)更多的精彩，小小粒子是一個(gè)個(gè)不朽的

傳奇。

參考文獻(xiàn)

[1]褚圣麟.原子物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1979-06-01.

[2]汪志誠(chéng).熱力學(xué).統(tǒng)計(jì)物理[M].北京：高等教育出版社，2008.