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人类凭自己的感官功能认识世界的水平是很有限的，只能认识一些宏观的
物体。显微镜的发明将眼睛的观察能力延伸到细胞的尺度，但是受光波波长的局
限，光学显微镜的分辨率在理论上不可能小于 0.2μm。这促使人们去寻找更短
波长的“照明”物质。根据波动学说，运动着的电子可以看作是一种电子波，而
且能量越大，波长越短，电子波波长相比于可见光波波长要小得多，据此人们制
造了电子显微镜。如果要观测更小尺寸的原子结构，则需要能量更高的粒子束流， 例如，卢瑟福散射实验利用 α 射线打击原子，可以对原子结构进行研究，观察工
具也从眼睛改进为专门的物理仪器。同样，对更精细的物质结构的“观察”或更
大质量的粒子进行研究则需要更高能量的粒子束流
二十世纪三十年代以后，粒子加速器的发明使得人们可以“生产”出高能
量的粒子流，以撞击微小的紧密结合在一起的原子核，来探测稳定的原子核结构
成分。四十年代，人们发现同步稳相原理，制造出数亿电子伏的加速器。五十年
山东大学博士学位论文
高能物理发展和 LHC
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代，强聚焦原理的发现使建造 GeV（109电子伏特）以上的高能加速器成为可能，
从而将人们的视野大大扩展到 10－16cm 的夸克层次。高能物理学也开始成为物理
学中一个独立的分支，当代高能物理学则泛指能量超过１TeV(万亿电子伏特)的
粒子实验物理。
自然界看来远比人类的想象力丰富。1931 年，查德威克发现中子后，原子
核的研究得到了迅速的发展。在原子核的研究中，发现了 β 衰变，表明一种新
的基本相互作用—弱相互作用的存在；核子力的发现则使强相互作用进入了人们
的视野。这样，加上引力相互作用、电磁相互作用，科学家共发现有四种基本相
互作用
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