4.1.基本粒子.pptx

基本粒子BY 新子星1.什么是基本粒子如上图，这就是世界的基石。

我们这里，取最狭隘的定义，认为基本粒子就是不可再分的粒子。

那么至今为止，发现的基本粒子就是这个图中的16六个格子。

2.为什么说基本粒子是世界的基石？世界的一切除了时空本身，都可以分为两类：物质，力基本粒子也有两类：一类：组成了物质，组成了我们，叫做费米子，是紫色和绿色的方格代表的部分。

另一类：传递了相互作用力，叫做玻色子，是红色的方格代表的部分它们合在一起，就是世界的基石。

3.物质的基础——费米子不考虑电荷、自旋、颜色，只考虑味道，我们可以认为，物质是由12种基本粒子组成的。

而太阳系内最普通最常见，几乎一切物质的组成则更为简单，只是第一纵列的四个格子。

u与d组成了核子，进而组成了原子核。

电子e绕着原子核运动，就构成了我们见到的几乎一切。

电子中微子ve，反正也看不见，就不说了。

4.传递力——玻色子力的本质是粒子性的。

这些粒子就是玻色子。

对应于四种基本力——引力，电磁力，弱力，强力——存在四大类的玻色子。

这一点是最近才搞明白的。

至于如何传递，我不想跟你们讲数学。

5.介绍物质的基石我只介绍第一纵列的四个粒子。

u：上夸克，名称来自英文up的首字母。

d：下夸克，名称来自down的首字母u+d构成了原子核内的核子，什么质子啊，中子啊。

质子=2u+1d，中子=1u+2d。

e：电子，名称来自electric的首字母电子绕核运动，构成原子，原子构成我们所见的一切物质。

ve：电子中微子。

中微子，事实上跟“中子”毫无关系，是完全不同的粒子。

它是一种极轻的基本粒子，几乎没有质量，可以以近光速运动。

几乎不参与一切相互作用，只参与微弱的弱力。

其他的8种呢？这个表是有规律的。

费米子的三个纵列，代表了三代。

同一行的格子代表的基本粒子属性相似。

区别就是，一代比一代重，质量大。

介绍了一个纵列，你就知道了其他的八种。

6.介绍力的基础力的基础是玻色子。

有四种力，因此有四类玻色子。

基本粒子基本粒子，即在不改变物质属性的前提下的最小体积物质。

它是组成各种各样物体的基础。

并不会因为小而断定它不是某种物质。

现在科学家利用粒子加速器加速一些粒子，有时候用粒子相撞的方法，来研究基本粒子。

基本粒子费米子 夸克 ▪ 上夸克 ▪ 反上夸克 ▪ 下夸克 ▪ 反下夸克 ▪ 粲夸克▪ 反粲夸克 ▪ 奇夸克 ▪ 反奇夸克 ▪ 顶夸克 ▪ 反顶夸克▪ 底夸克 ▪ 反底夸克轻子▪ 电子 ▪ 正电子 ▪ μ子 ▪ 反μ子 ▪ τ子▪ 反τ子 ▪ 电子中微子 ▪ 反电子中微子 ▪ μ子中微子 ▪ 反μ子中微子▪ τ子中微子 ▪ 反τ子中微子 玻色子 规范玻色子 ▪ 光子▪ 胶子 ▪ W 玻色子 ▪ Z 玻色子简介基本粒子名称：基本粒子英语名称：elementary particle基本粒子如此之多，难道它们真的都是最基本、不可10飞米原子核的特写从汤姆孙发现电子到1932年发现中子，人们认识到质子、中子、电子和光子可以称为基本粒子。

当时一度认为一切都已搞清楚：质子和中子构成一切原子核；原子核和电子则构造了自然界的一切原子和分子，而光子仅仅是构成光与电磁波的最小单元。

然而好景不长，对物质结构的这样一种“圆满”的解释并没能持续多久，人们很快发觉当时所发现的基本粒子不能圆满地解释核力。

第一代35岁著名的日本物理学家汤川秀树（1907～1981年）大胆假设，很可能还有未曾发现的新粒子。

汤川秀树认为，就像电磁相互作用是通过交换光子而实现的那样，核力是通过核子间交换一种介子而实现的。

他还估算出了这种粒子的质量大约是电子质量的200倍。

两年之后，美国物理学家卡尔·戴维·安德孙（1905～年）在宇宙射线中发现了一种带电粒子，它的质量是电子的200倍左右，被命名为“m（缪）介子”。

理论预言的成功使人们倍感欣慰，但进一步的考察却令人十分扫兴。

因为这种m介子根本不与核子相互作用，很明显，它不可能是汤川秀树所预言的粒子。

第四讲 基本粒子§4、1、基本粒子4．1．1、 什么是基本粒子在古代就有一些哲学家认为物质是由原子组成的,原子是组成物质的最小颗粒,不可再分，有基本的涵义,可称为基本粒子，自19世纪初,英国科学家道尔顿以化学反应为依据,提出物质是由原子组成的学说以来,人们相继发现了电子、质子、中子、正电子、中微子、介子等大量的基本粒子,基本粒子数目的大量增加,使人们认识到它们也不可能是最基本的组分,所以有“基本料子不基本”的说法，中微子的发现,中子不是稳定粒子,它衰变为质子和电子：e P n 01111-+→,实验发现此衰变中动量不守恒，经不断实验发现,中子衰变的正确反应应为v e P n ++→-011110，v 为中微子的符号,v 为v 反粒子的符号，4．1．2、 粒子的自旋 到本世纪30年代末,加上在宇宙射线中发现的μ子,人们认为,电子、质子、中子、中微子、μ子和光子都是基本粒子，除中子和μ子是不稳定粒子外,其余都是稳定的，基本粒子的主要特征除质量的电荷外,还有自旋,这是一个量子力学概念,表征粒子的内部属性,相当于经典物概念是微粒的自转，它遵从量子力学的规律,以π2h 为单位,只能取整数0、1、2……,或半整数1/2、3/2……，上述6种粒子,除光子自旋为1外,其余都是自旋为1/2的粒子，自旋为整数的粒子又称为玻色子；自旋为半整数的粒子又称为费米子，4．1．3、 粒子和反粒子 经实验发现,每一种粒子都存在相应的反粒子，反粒子和粒子的质量、自旋都相同,电量相同而符号相反，对不带电的粒子,粒子和反粒子有其它的区分标志,这里不具体描述，在粒子的符号上加一横,代表反粒子,如v 是反中微子，也有的粒子的反粒子就是自身,而无区别,如光子，1932年安得森发现了正电子,使反粒子的存在第一次得到了证实，其他反粒子也先后被发现，如反质子和反中子分别是1955年和1956年在加速器中发现的，粒子和反粒子是互为反粒子的,只是当初称呼电子、质子等为粒子而已，我们这个世界是由粒子组成的,而不是由反粒子组成的，4．1．4、 强子——介子和重子 本世纪40年代到50年代,从宇宙射线中又发现了一批粒子，比如发现了π介子和K 介子,它们的自旋为零；又发现了与核子（质子和中子）属于同一类而质量更大的粒子,称为超子,有Λ超子、∑超子和Ξ超子,它们都是不稳定粒子，核子和超子统称为重子，介子和重子又统称为强子，因为它们之间的相互作用强大，4．1．5、 粒子的奇异性 仔细地分析新发现的各种粒子的衰变反应,以及它们参与的其它反应,发现K 介子和超子具有产生快,衰变慢和同时产生两个或多个粒子的新特性,与π介子和核子所有的性质不同,当时认为有些奇异,引入了一个称为奇异数的量子数来标志这种奇异性， +K 介子和0K 介子的奇异数为1;+-∑∑∑Λ,0,1,0超子的奇异数为-1;0,ΞΞ-超子的奇异数为-2，具有奇异数的粒子,如其奇异数为s,则其反粒子的奇异数为-s ，π介子和核子的奇异数为0，在强相互作用中,奇异数守恒，4．1．6、 基本粒子分类 按照基本粒子之间的相互作用可分为三类：①强子：凡是参与强相互作用的粒子,分为重子和介子两类，②轻子：都不参与强相互作用,质量一般较小，③光子：静质量为零,是传递电磁相互作用的粒子，4．1．7、 夸克模型 原子不再是基本粒子,原子核一不是基本粒子,介子和重子是否也由更为基本的粒子组成的呢？1964年,美国物理学家盖尔曼和以色列物理学家兹韦格分别提出了夸克模型，按照夸克理论,一切强子（参与强相互作用的粒子）都是由夸克组成的，初期提出的夸克有三种,分别称为上夸克u ,下夸克d 和奇夸克s ，它们的自旋都是1/2, 属于费米子，夸克的重要特征之一是带有分数电荷，以电子电荷为单位,u 的电荷为2/3,d 的电荷为-1,s 的电荷也是-1/3，此外,s 的奇异数为-1，对于重子,有重子数作为标志,上节所述的重子的重子数为1,反重子的重子数为-1，夸克的重子数为1/3，对于每一种夸克,都存在相应的反夸克，反夸克的质量、自旋同于夸克,而电荷、奇异数和重子数的数值相同,符号相反，夸克之间存在着强相互作用,靠这种相互作用,每一个介子由一个夸克和一和反夸克组成；每一个重子由三个夸克组成,每一个反重子由三个反夸克组成，比如,+π介子是由u 夸克和反下夸克d 组成的、质子是由u 、u 和d三个夸克组成的；0Λ超子是由u 、d 和s 三个夸克组成的,余此类推，图4-1-1为P 、 +Λπ和0三个强子的结构示意图，目前已被科学家证实的夸克有：上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底图4-1-1夸克和顶夸克等6种，为了符合泡利不相容原理,物理学家还发现了夸克的一种更为深刻的性质：每种夸克都具有（颜）色,可以用红、黄、兰（或红、绿、兰）三种加以区分,这只不过是借光的颜色名字,夸克的色与光波的色完全是两回事，就像粒子带电称为电荷一样,夸克带色,也可以称为色荷，正是色荷间的相互促进作用,才使强子中的夸克互相吸引而束缚在一起，三种不同色的夸克组成不带色的重子,好像三原色组成白色一样，同样,夸克和反色夸克的色互补,它们组成的介子也不带色，这就是为什么强子不带色的原因，在当今看来,强子基础是夸克,夸克是基本粒子，此外,基本粒子族还存在轻子一类，最早发现了电子和电中微子；后来发现了μ子和μ中微子；70年代,又发现了τ子和τ中微子.τ子的质量比核子质量还大,它不能由轻重来区它们了，虽然τ子的质量大,但从其性质上看,仍属于轻子一类，这样,轻子也分6种,类似于夸克的味，时至今日,实验研究还没有发现轻子的内部结构，也就是说,这6种轻子也属于基本粒子，。