中高能核物理
正文
原子核-內部結構模型表 上表註解: 1.強子族-分為以「膠子」連結三個「價夸克」組成之重子族(質子、中子、超子)及以「膠子」連結二個「價夸克」組成之介子族(介子、各種重介子)。
組成:介子的笫一族夸克及笫三族夸克與其自身左右二邊組成:中子及質子的同族
之笫一族夸克及笫三族夸克為“自鏇反轉排列(即上下顛倒排列)”,如此方能以 “相反電菏”拉住(結合)其自身左右二邊的中子及質子,並疊加於各類強子內。
核內非核子自由度 自從1932年發現中子以來，人們認為原子核是由中子和質子組成的，並把中子和質子(統稱為核子)當做點粒子來處理。由於核子在原子核中速度不高，它們應遵從非相對論性的量子力學規律。且認為核子和核子之間由介子場作媒介存在著強相互作用，在非相對論近似下一般可以用一個位勢來描述。從以上幾點出發，建立起來的核結構理論，稱為傳統的核理論。
顯然,上述的理論框架與實際情況有出入。首先,核子不是點粒子，而是複合粒子，它可以有許多的激髮狀態，例如 Δ(1232)共振態。其次, 核子通過介子場來傳遞核子之間的作用,因此介子場也是核內的客觀存在。那么，這些非核子自由度（膠子、夸克、介子以及核子共振態等的空間位置、自鏇、同位鏇等）到底在原子核內是否重要，它們起什麼樣的作用，研究表明，即使對於原子核的基態，傳統的核理論與實驗也有不完全符合的地方。對於高動量（或高能量）傳遞的情況，傳統的核理論與實驗的偏離就更大了。例如,3 He的電形狀因子,在動量傳遞小的情況下，理論與實驗基本是一致的；但當動量傳遞超過3fm-1 時，理論值比實驗值小几倍至幾十倍。這些結果都表明核理論的研究需要深入一步，這也正是中高能核物理研究中需要解決的主要問題之一。
β衰變-內部結構模型圖奇特原子和奇特核 在中高能核物理的研究中，還可以利用各種次級粒子束流，生成新型的原子或原子核，分別稱之為奇特原子和奇特核。
由其他帶負電荷的粒子取代核外電子,所形成的"原子"稱為奇特原子。例如μ-子原子、μ介子原子以及反質子原子等等。由於這些粒子的質量都比電子的質量大得多，所以它們在原子內的軌道更加靠近原子核，甚至有很大的幾率穿越原子核。可以利用它們做為探針，來探測原子核的一些基態性質。
類似的，由其他重子進入到原子核中所形成的新的核多體系統稱為奇特核。例如Λ 超核、Σ超核以及反質子核等等。目前只有Λ 超核為實驗所肯定，並已開展了一些Λ 超核譜學及生成Λ 超核機制的研究(見超核)。這些新的核多體系統，一方面由於增加了一類粒子，所以比原子核具有更多的激發方式，從而開擴了核結構的研究；另一方面,對於研究核子與其他重子的相互作用,也有重要的意義。
介子核物理 用介子做為探針，研究介子與核碰撞的各種機制，將增進對於介子與核作用的認識。為研究核內介子自由度的影響提供直接的知識。目前，主要是研究μ介子同核的作用（稱μ核反應或μ核作用）,也有少量K介子方面的工作。自從μ介子工作建成以後，對於入射 μ介子的能量主要在低能區及共振區(約300MeV以下)的情況，開展了大量的μ介子-核散射（包括彈性散射和非彈性散射）、μ核吸收和各種μ核反應的研究工作。
由光學勢阱的衝量近似已經可以相當好地解釋 π核彈性散射的實驗。然而對於μ核反應過程(包括非彈性散射),則需要考慮原子核的多體效應；尤其對於共振區,μ介子進入原子核以後，可以使得核子激發為核子共振態Δ(1232)，並在核內傳播，這是 μ 核作用中一個相當重要的機制。
隨著對μ核反應機制了解的深入，利用μ介子作為探針，來探索原子核結構的工作越來越多。它不僅可以做為研究核內μ介子及Δ 粒子自由度的主要探針,而且由於μ介子具有一些獨特的特性,從而豐富了研究核結構的手段。例如它是玻色子，可以完全被吸收，有助於了解核子在核內的短程關聯;又例如它有三種電荷態μ±及μ0 ,不僅可以發生單電荷交換,還可以發生雙電荷交換反應。利用這些特點，可以獲得原子核結構的新知識。
高能電子及高能質子與核的作用 用高能電子或高能質子轟擊原子核時，由於入射能量高，有助於了解原子核核心子運動的高動量狀況。尤其是高能電子同核作用的實驗，由於電子同原子核之間只有電磁作用，可以避免強相互作用的影響，因而電子是一個很有用的工具。例如，從電子散射可以定出原子核的密度分布，並且隨著入射電子能量的加高，將對原子核核心部位的密度分布有更精確的了解。又例如,從敲出反應（入射粒子,一般為電子、質子、α 粒子等，與原子核碰撞後，敲出另外一個粒子或一個粒子集團的反應）(e,e┡p),可以了解質子在核內的能級特性。
高能重離子反應 由於高能重離子反應的彈核既重又快，轟擊原子核可以將靶核或彈核完全打碎，產生許多產物，或放出許多介子（即散裂反應）等等。因此這是一個新現象十分豐富的領域，它有許多很難處理的問題，目前的研究尚處於唯象的階段。有人期望利用兩大塊核物質高速碰撞的途徑，獲得超過正常核密度的核物質,從而形成不平常核態。這是一個很有意義的課題,但尚有待實驗證實。
重子－重子相互作用 核子之間的相互作用（見核力）問題一直是原子核物理中的一個基本問題。長期以來,它藉助一個符合二體散射實驗的唯象位勢來描述。60年代發展了單玻色子交換理論。近幾年來,通過π-N散射振幅，建立了2μ交換理論，成功地解釋了核力的中程性質。然而對於核力的短程性質，還只能用一個唯象的排斥芯來描述。另一方面，由於核子是由夸克組成的複合粒子，原則上講，核子之間的作用應該可以由夸克之間的作用得出。這是強相互作用研究中一個十分困難的問題。目前的理論尚處於探索階段。主要有兩個模型：一個是袋模型，另一個是勢模型。隨著對核內非核子自由度以及奇特核方面研究的深入，越來越需要了解其他重子（例如Λ 超子、核子激發態Δ等）同核子之間的相互作用的知識。這方面的工作也在逐步開展。
中高能核物理的研究領域比較寬，涉及的問題也很多。例如還有原子核中的弱相互作用問題，高能強子與核碰撞引起的多重產生現象等等。
