高速粒子的運動性質

1、高速粒子的性質與運動描寫高速粒子的性質與運動描寫第第1節(jié)節(jié) 自然單位制自然單位制國際單位制中有國際單位制中有7個基本量：長度、質量、時間、電流、個基本量：長度、質量、時間、電流、溫度、光強度和物質的量。在粒子物理學中，溫度、光強度和物質的量。在粒子物理學中，利用三個利用三個普適常數(shù)來減少獨立的基本物理量的個數(shù)，把獨立的量普適常數(shù)來減少獨立的基本物理量的個數(shù)，把獨立的量綱減少到僅一種綱減少到僅一種。利用。利用 玻耳茲曼常數(shù)玻耳茲曼常數(shù) k1.3806510-23J/K 8.6173410-5 eV/K 規(guī)定其值為無量綱的規(guī)定其值為無量綱的1，這樣溫度和能量將具有同一，這樣溫度和能量將具有同一量綱

2、量綱，可用同一單位度量，可用同一單位度量，能量能量 = 溫度溫度，且原有的，且原有的時間和長度單位的換算關系為時間和長度單位的換算關系為1 eV11604.50 K，1K 8.6173410-5 eV真空光速真空光速 c2.997924581010 cm/s規(guī)定其值為無量綱的規(guī)定其值為無量綱的1，這樣時間和長度將具有同一量，這樣時間和長度將具有同一量綱綱，可用同一單位度量，可用同一單位度量，長度長度 = 時間時間，且原有的時且原有的時間和長度單位的換算關系：間和長度單位的換算關系：1s = 2.997924581010 cm 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) 6.58217310-22 MeV s規(guī)定其值

3、為無量綱的規(guī)定其值為無量綱的1這樣時間和能量的倒數(shù)具有同這樣時間和能量的倒數(shù)具有同一量綱，一量綱，可用同一單位度量，原有的時間和能量單位之可用同一單位度量，原有的時間和能量單位之間的關系為間的關系為1MeV-1 6.58217310-22 s， 1s1.51926761021 MeV-1經(jīng)以上規(guī)定，只剩下一種獨立的量綱經(jīng)以上規(guī)定，只剩下一種獨立的量綱 能量能量 = 溫度溫度 = 長度長度 -1 = 時間時間 -1 它可選作能量長度時間或其它任何一種有量綱的它可選作能量長度時間或其它任何一種有量綱的物理量。以這種物理量的單位作為基本單位導出其它物物理量。以這種物理量的單位作為基本單位導出其它物理

4、量的單位這就是自然單位制理量的單位這就是自然單位制。自然單位制中只有一。自然單位制中只有一種獨立的量綱相應地只有一種基本單位，但并未統(tǒng)一種獨立的量綱相應地只有一種基本單位，但并未統(tǒng)一規(guī)定取哪個單位為基本單位。規(guī)定取哪個單位為基本單位。 粒子物理研究的主要是微觀高速現(xiàn)象，經(jīng)常要處理粒子物理研究的主要是微觀高速現(xiàn)象，經(jīng)常要處理量子效應和相對論效應，它們分別由量子效應和相對論效應，它們分別由和和c 體現(xiàn)。因此體現(xiàn)。因此粒子物理學中采用自然單位制，可把物理量和物理規(guī)律粒子物理學中采用自然單位制，可把物理量和物理規(guī)律的意義直接地體現(xiàn)出來，并使計算過程大大簡化。的意義直接地體現(xiàn)出來，并使計算過程大大簡化。

5、例如：在自然單位制中例如：在自然單位制中一些重要物理量的表達式都不包含基本參數(shù)。一些重要物理量的表達式都不包含基本參數(shù)。速度是無量綱的量，其數(shù)值的含義是等于以真空光速速度是無量綱的量，其數(shù)值的含義是等于以真空光速為單位所得到的值。為單位所得到的值。在粒子物理中，常選能量為基本量綱，并以在粒子物理中，常選能量為基本量綱，并以eV、MeV或或GeV為能量的基本單位。為能量的基本單位。如此，質量也取如此，質量也取eV、MeV或或GeV為單位，長度和時間取為單位，長度和時間取eV-1、MeV-1或或GeV-1為單為單位，角動量為無量綱的量。有時也用位，角動量為無量綱的量。有時也用fm(10-13cm)

6、作為作為長度的單位，它與能量單位之間的關系為：長度的單位，它與能量單位之間的關系為： 1 fm5.06773 GeV-1普通單位制中的普通單位制中的1秒，相當于自然單位制中的一個能秒，相當于自然單位制中的一個能級寬度為級寬度為1MeV的粒子平均壽命的的粒子平均壽命的1.51926761021倍。倍。因此，自然單位制的時間是以能級寬度為因此，自然單位制的時間是以能級寬度為1MeV的粒子的粒子的平均壽命來量度的。的平均壽命來量度的。1m相當于自然單位制中一個質量相當于自然單位制中一個質量1MeV的粒子康普頓的粒子康普頓波長的波長的5.067731012倍。倍。 Energy of 1 GeV =

7、1.610-10 J Mass of 1 GeV = 1.810-27 kg Length of 1 GeV-1 = 0.210-15 m (fm) c = 197.32696 MeVc = 197.32696 MeV fmfm 系相對系相對系系沿沿x 軸正向軸正向以勻速以勻速u 運動，運動，由間隔不由間隔不變性及線性變換，可推變性及線性變換，可推出洛侖茲變換及逆變換出洛侖茲變換及逆變換第第2節(jié)節(jié) 高速粒子運動學高速粒子運動學一、洛倫茲變換一、洛倫茲變換1 1、特殊方向的洛侖茲變換、特殊方向的洛侖茲變換x xyy uzz OO ),(),(tzyxtzyxP 以下取自然單位制以下取自然單位制2

8、、任意方向的洛侖茲變換、任意方向的洛侖茲變換兩個參考系兩個參考系 K(x, y, z, t)和和 K(x, y, z, t)相對運動方向不平行情況下的洛侖茲變換相對運動方向不平行情況下的洛侖茲變換 設設 K系中有一矢量系中有一矢量r，變換到，變換到K系中為矢量系中為矢量r，則，則 r 與與r 之間之間的變換關系由如下步驟給出：的變換關系由如下步驟給出：1）將）將r 分解為分解為r 和和 r ，其中，其中 ( )指與指與K系相對系相對K系的運動速度系的運動速度v 平行（垂直）的方向，則平行（垂直）的方向，則(), ()xxtyyzzttx (), ()xxtyyzzttx 2, 1( 1)1vv

9、c /2()(A1)rr v v v vv v /(A2)rrr /22,(A3)11rvttv rrtrrrrvv 2）依據(jù)相對平行運動的兩個慣性系間的洛侖茲變換，有）依據(jù)相對平行運動的兩個慣性系間的洛侖茲變換，有同理可得四動量同理可得四動量p 和和p 之間的變換關系為之間的變換關系為 2222()1(1),111 r v vvttv rrrtvvvv3）最終將（）最終將（A1）、（）、（A3）代入（）代入（A2），有），有 2222()1(1),111 p v vvEEv pppEvvvv3、粒子運動方向在兩個慣性系間、粒子運動方向在兩個慣性系間的變換，也即方位角的變換的變換，也即方位角的

10、變換 ( , ) ( , ) ：(), ()xxyyzzxppEppppEEp cos,coscoscos,sinsinsinsintg, tg(cos)(co)()sxxpppppppppEppEpE tgtgzzyypppp (), ()xxyyzzxppEppppEEp 二、粒子的能量和動量二、粒子的能量和動量1、回顧：、回顧：設設u為物體在為物體在 系中系中的運動速度的運動速度22222400;,mmpmum cEmcEp cm c 自然單位制下：自然單位制下：0,upmEmm 2220Epm 0,pEEm 21( 1), ( 1)1uc 2、質殼條件：、質殼條件：E2 - -p2 =

11、 m02自由粒子滿足自由粒子滿足質殼條件；質殼條件；非自由粒子，參與相互作用，非自由粒子，參與相互作用，E2 - -p2 m02 3、動量分解：動量分解：取兩參考系相對運動方向為縱向取兩參考系相對運動方向為縱向縱動量縱動量p/：粒子動量在縱向的分量：粒子動量在縱向的分量橫動量橫動量p：粒子動量在橫向的分量，因與縱向垂直，：粒子動量在橫向的分量，因與縱向垂直，則其在縱向則其在縱向Lorentz 變換下不變變換下不變三、閔科夫斯基四維空間（復習）三、閔科夫斯基四維空間（復習） 原來的三維空間原來的三維空間( (x1 , x2 , x3 ) )，擴展為一個四維空，擴展為一個四維空間間(x1 , x2

12、 , x3 , x4)，即，即（復）（復）閔科夫斯基四維空間。閔科夫斯基四維空間。1231234(,)(,)xxxxxxxxxict 四、運動學關系四、運動學關系1、四矢量，度規(guī)張量與標量積：、四矢量，度規(guī)張量與標量積： 虛分量：虛分量：12341234(,);1, xxxxxictitcipppppEiEc 逆變式：逆變式：p =(p0 , p1 , p2 , p3)=( E, px , py , pz )x =(x0 , x1 , x2 , x3)=( t , x , y , z ) 協(xié)變式：協(xié)變式： p =(p0 , p1 , p2 , p3)=( E, -px , -py , -pz

13、) x =(x0 , x1 , x2 , x3)=( t , -x , -y , -z ) 定義度規(guī)張量定義度規(guī)張量10000100,00100001ggx gxgxx 符號約定（愛因斯坦約定）：符號約定（愛因斯坦約定）：當表達式中出現(xiàn)重復下標當表達式中出現(xiàn)重復下標時，代表對該指標求和。要求和的兩個相同指標必須是時，代表對該指標求和。要求和的兩個相同指標必須是一個上標和一個下標；若指標同在上或同在下，則表達一個上標和一個下標；若指標同在上或同在下，則表達式是錯的！式是錯的！1niiiiiA BA BA B 31iiiiiAa ea e 定義四矢量的標量積定義四矢量的標量積洛侖茲不變量洛侖茲不變

14、量對任意四矢量對任意四矢量 00000022222220(,)(,)(,)(,)|iiVVVVVWWWWWV WV WV WV WV WxtxpEPm 2000VV V 四矢量分類：四矢量分類：類光矢量類光矢量類空矢量類空矢量類時矢量類時矢量2、快度與洛侖茲變換快度與洛侖茲變換 快度定義：快度定義：以代替粒子速度以代替粒子速度v 2( 1), 1( 1)1VVc sh2ch2thYYYYYYYYeeYeeYeeYee 快度范圍：快度范圍： ：- 1 0 +1 Y：- 0 + 快度表示的特殊快度表示的特殊Lorentz 變換變換若參考系運動速度為若參考系運動速度為V，其對應的快度為，其對應的快度

15、為Y；粒子運；粒子運動速度為動速度為v，其對應的快度為，其對應的快度為y，則有，則有 chsh1shchvVttYxYvvVxtYxYyyY 快度差是洛倫快度差是洛倫茲不變量！茲不變量！11212122yyYyyyyyyY 橫質量：橫質量：洛倫茲不變量洛倫茲不變量若主要觀察粒子的縱向運動性質，則可將其等效看若主要觀察粒子的縱向運動性質，則可將其等效看作沒有橫向運動，質量需增加為作沒有橫向運動，質量需增加為m22mmp 快度表示粒子的能動量快度表示粒子的能動量 /ch ,sh ,thEmypmyy 贗快度贗快度2/1ln2yEpEpeyEpEp若粒子靜質量若粒子靜質量 m0 = 0 或大小相比動

16、量可忽略時，則有或大小相比動量可忽略時，則有 22/,cos ,1111coslnlnln2221 cosEpppppEpyEppp 角度角度 是實驗容易測量的量，可由徑跡探測器得到是實驗容易測量的量，可由徑跡探測器得到 將將 定義為贗快度定義為贗快度11cos1lnlntg21cos2 在快度為在快度為0（粒子靜止）附近，快度與贗快度二者差別（粒子靜止）附近，快度與贗快度二者差別大一些；其它時候（高速運動粒子，靜質量可忽略）則大一些；其它時候（高速運動粒子，靜質量可忽略）則差別不大。實驗分析常應用差別不大。實驗分析常應用 ，而理論則用，而理論則用y。3、兩個常用的慣性系間的變換、兩個常用的慣

17、性系間的變換1）兩個常用的慣性系：）兩個常用的慣性系：在處理粒子碰撞過程中，常遇在處理粒子碰撞過程中，常遇到兩個慣性系，實驗室系到兩個慣性系，實驗室系(LAB)和動量中心系和動量中心系(CMS)質量為質量為m的粒子，以速度的粒子，以速度 相對探測器運動，探測器相對探測器運動，探測器固定在實驗室中，是實驗室系固定在實驗室中，是實驗室系K的觀察者。的觀察者。在運動粒子上建立慣性系在運動粒子上建立慣性系K，粒子相對，粒子相對K靜止靜止p=0，稱為，稱為單粒單粒子動量中心系（質心系）子動量中心系（質心系）K以速度以速度 相對實驗室系相對實驗室系K運動（沿粒子運動方向），在運動（沿粒子運動方向），在K系

18、中，系中，粒子四動量為粒子四動量為(E, p)，在，在K系中為系中為(m, 0)，由洛侖茲逆變換得：，由洛侖茲逆變換得：,pmEm 0iip 系統(tǒng)的動量中心系定義為粒子系統(tǒng)系統(tǒng)的動量中心系定義為粒子系統(tǒng)的總動量為零的參考系的總動量為零的參考系，即，即從從K到到K系只是系統(tǒng)的動量中心發(fā)生平移，而動量平移不會影響系只是系統(tǒng)的動量中心發(fā)生平移，而動量平移不會影響過程的動力學特征。因此，實驗室系過程的動力學特征。因此，實驗室系K觀察的現(xiàn)象包括了觀察的現(xiàn)象包括了K系的系的運動學效應和過程的動力學結果。為尋找物理過程的固有特征，運動學效應和過程的動力學結果。為尋找物理過程的固有特征，在分析中必須消除運動學

19、的效應，所以動量中心系得到的粒子行在分析中必須消除運動學的效應，所以動量中心系得到的粒子行為才真正包含了相互作用的動力學機制。為才真正包含了相互作用的動力學機制。2）幾個重要的運動學關系式：）幾個重要的運動學關系式：一個碰撞過程的作用截面、粒子一個碰撞過程的作用截面、粒子發(fā)射方向等動力學特性，可據(jù)相互作用的性質、機制來作理論預發(fā)射方向等動力學特性，可據(jù)相互作用的性質、機制來作理論預言，這種預言一般是在系統(tǒng)的動量中心系進行。而實驗的研究，言，這種預言一般是在系統(tǒng)的動量中心系進行。而實驗的研究，如測量過程的微分截面、相應的角分布等都是在實驗室系進行的。如測量過程的微分截面、相應的角分布等都是在實驗

20、室系進行的。因此，為進行實驗和理論的比較，必須尋找這兩個參考系間重要因此，為進行實驗和理論的比較，必須尋找這兩個參考系間重要物理量的變換關系。物理量的變換關系。（多粒子）系統(tǒng)不變質量（多粒子）系統(tǒng)不變質量單粒子的四動量標積就是單粒子的四動量標積就是其靜止質量的平方：其靜止質量的平方：22220|pEPm 實驗室系的系統(tǒng)四動量實驗室系的系統(tǒng)四動量 iiiipE ,p 動量中心系的系統(tǒng)四動量動量中心系的系統(tǒng)四動量 0iiiipE ,p 多粒子系統(tǒng)四動量標積等于系統(tǒng)的不變質量的平方多粒子系統(tǒng)四動量標積等于系統(tǒng)的不變質量的平方s：222iiiiiisp pppEpE Ecm =s1/2即系統(tǒng)的質心系總

21、能量。系統(tǒng)的不變質量大于系統(tǒng)各即系統(tǒng)的質心系總能量。系統(tǒng)的不變質量大于系統(tǒng)各粒子靜止質量之和，除非各粒子在動量中心系中都是靜止的。粒子靜止質量之和，除非各粒子在動量中心系中都是靜止的。粒子物理學中經(jīng)常要考慮兩個粒子組成的系統(tǒng)，例如兩個粒子的粒子物理學中經(jīng)常要考慮兩個粒子組成的系統(tǒng)，例如兩個粒子的碰撞，一個粒子衰變成兩個粒子等。這時兩個粒子組成的系統(tǒng)質碰撞，一個粒子衰變成兩個粒子等。這時兩個粒子組成的系統(tǒng)質心系總能量為洛倫茲不變量（不需做洛倫茲變換）。若考慮的是心系總能量為洛倫茲不變量（不需做洛倫茲變換）。若考慮的是兩個粒子的碰撞，兩個粒子的碰撞，Ecm是碰撞后產生的全部粒子質量和的上限；是碰撞

22、后產生的全部粒子質量和的上限；兩個粒子在質心系都靜止最省能量；若這兩個粒子是由一個粒子兩個粒子在質心系都靜止最省能量；若這兩個粒子是由一個粒子衰變而來的，衰變而來的，Ecm就是初態(tài)粒子的質量。就是初態(tài)粒子的質量。證明：證明：對稱的兩個粒子對撞，對稱的兩個粒子對撞，Ecm = 2E；若粒子；若粒子2為靜止的靶，為靜止的靶，且被加速粒子且被加速粒子1的能量很高，則近似有的能量很高，則近似有122cmEE m 據(jù)反應閾能定義和四動量守恒要求，當末態(tài)粒子在動量中心系中據(jù)反應閾能定義和四動量守恒要求，當末態(tài)粒子在動量中心系中都靜止時，其不變質量最小，所以求最小入射能量的條件為：都靜止時，其不變質量最小，

23、所以求最小入射能量的條件為： 22222202iiiiifinalbbbiiibaAiaminAabaminiApE ,pm ,mmmEmpmEm 系統(tǒng)反應閾能：系統(tǒng)反應閾能：固定靶反應的入射粒子的最小能量固定靶反應的入射粒子的最小能量12iaAbb.b. aaapE , p initialaAapEm , p 0AApm , iiibbbpE , p iifinalbbiipE ,p ma、 mA為靜質量為靜質量微分截面微分截面d /d ：微分截面是理論模型推出的某個反應過程發(fā)微分截面是理論模型推出的某個反應過程發(fā)生幾率在空間的分布。生幾率在空間的分布。ddd 表示在某個反應過程中，某一末態(tài)

24、粒子進入特定立表示在某個反應過程中，某一末態(tài)粒子進入特定立體角體角d 的幾率。的幾率。一個過程發(fā)生的幾率應與慣性系一個過程發(fā)生的幾率應與慣性系的選擇無關，也即具有洛倫茲不的選擇無關，也即具有洛倫茲不變性變性dddddd 331cos /ccddpddp 若動量中心系若動量中心系K相對于實驗室系相對于實驗室系K的運動速度為的運動速度為 c，方向沿著，方向沿著x軸；軸； 為末態(tài)粒子在為末態(tài)粒子在K系中的速度，則微分截面在系中的速度，則微分截面在K系和系和K系間的系間的變換關系為：變換關系為：第第3節(jié)節(jié) 描述粒子性質的基本量描述粒子性質的基本量一、質量與壽命一、質量與壽命1、質量：、質量：1）宏觀物

25、理：質量是一個常量，數(shù)值變化是連續(xù)的；量子物理：）宏觀物理：質量是一個常量，數(shù)值變化是連續(xù)的；量子物理：微觀粒子的質量是量子化的，同種微觀粒子的質量嚴格相等，不微觀粒子的質量是量子化的，同種微觀粒子的質量嚴格相等，不同粒子的質量譜是分立的。同粒子的質量譜是分立的。2）穩(wěn)定粒子的質量是定值；不穩(wěn)）穩(wěn)定粒子的質量是定值；不穩(wěn)定粒子的質量具有定粒子的質量具有Breit-Wigner分分布，該分布布，該分布半高寬為半高寬為 ，稱為分布，稱為分布寬度或衰變寬度寬度或衰變寬度2201()2()(/ 2)P mmm 2/1/m03）質量測定：測定粒子質量是辨認粒子的基本途徑）質量測定：測定粒子質量是辨認粒子

26、的基本途徑穩(wěn)定粒子質量：穩(wěn)定粒子質量：精確的粒子質量通常不都是由質譜儀精確的粒子質量通常不都是由質譜儀來測定，而是用其它一些精度更高的辦法。例如，在來測定，而是用其它一些精度更高的辦法。例如，在粒子反應過程中來推算未知粒子的質量；電子的最精粒子反應過程中來推算未知粒子的質量；電子的最精確質量是比較它和確質量是比較它和12C6離子在離子阱中的回旋頻率之比離子在離子阱中的回旋頻率之比來測定。來測定。通過共振態(tài)形成的激發(fā)曲線，求共振態(tài)的質量通過共振態(tài)形成的激發(fā)曲線，求共振態(tài)的質量例如，例如，LEP 實驗在質心能量為實驗在質心能量為88 94GeV 區(qū)間逐點掃區(qū)間逐點掃描，得到粒子形成的描，得到粒子形

27、成的Breit-wiger 形共振激發(fā)曲線形共振激發(fā)曲線由電弱理論可推出由電弱理論可推出Z0粒子的產生截面隨質心能量變換的公式，其粒子的產生截面隨質心能量變換的公式，其中包含參數(shù)中包含參數(shù)MZ 和衰變寬度和衰變寬度 。將該理論公式和上面的實驗曲線。將該理論公式和上面的實驗曲線擬合，從而給出擬合，從而給出Z0粒子的質量參數(shù)粒子的質量參數(shù)MZ =91.188 0.007 GeV ， = 2.491 0.007GeV根據(jù)粒子產生閾來確定粒子的質量根據(jù)粒子產生閾來確定粒子的質量不變質量法不變質量法1974年，丁肇中實驗組用年，丁肇中實驗組用28GeV 質子轟擊質子轟擊鈹靶，找到一種新粒子，精確測定其衰

28、變鈹靶，找到一種新粒子，精確測定其衰變的正負電子對的能量和動量發(fā)現(xiàn)，其不變的正負電子對的能量和動量發(fā)現(xiàn)，其不變質量譜有峰結構，是典型的質量譜有峰結構，是典型的Breit-Wiger 分分布。這意味著布。這意味著e+e來自一個中間態(tài)粒子的來自一個中間態(tài)粒子的衰變。用參數(shù)擬合即可得到該粒子衰變。用參數(shù)擬合即可得到該粒子J / 的的質量和衰變寬度。質量和衰變寬度。1976諾貝爾物理學獎諾貝爾物理學獎2、壽命、壽命1）大多數(shù)已發(fā)現(xiàn)的粒子是不穩(wěn)定的，即存在一段時間）大多數(shù)已發(fā)現(xiàn)的粒子是不穩(wěn)定的，即存在一段時間后會衰變。后會衰變。粒子的壽命是指其靜止時的壽命，相對論粒子的壽命是指其靜止時的壽命，相對論造成

29、運動的粒子壽命延長，效果顯著，可延長很多造成運動的粒子壽命延長，效果顯著，可延長很多。2）與質量類似，不穩(wěn)定粒子的壽命是個分布函數(shù)，因）與質量類似，不穩(wěn)定粒子的壽命是個分布函數(shù)，因此通常用大量粒子的平均壽命。此通常用大量粒子的平均壽命。半衰期：半衰期：t1/2 =ln2 / ；平均壽命：平均壽命： =1 / = t1/2 / ln2 = / 衰變寬度越大，平均壽命越短衰變寬度越大，平均壽命越短( )(0)tN tNe 衰變規(guī)律：衰變規(guī)律：3）分支衰變與分支比）分支衰變與分支比對不穩(wěn)定粒子，對不穩(wěn)定粒子， 一般有不止一種衰變方式，稱為不同一般有不止一種衰變方式，稱為不同的的衰變道（分支衰變）衰變

30、道（分支衰變）。部分寬度部分寬度 i ：第第 i 種衰變道的衰變寬度種衰變道的衰變寬度粒子的總衰變寬度是各衰變道分寬度之和：粒子的總衰變寬度是各衰變道分寬度之和： = i 某衰變道的分寬度與總寬度的比，某衰變道的分寬度與總寬度的比，Ri = i / ，稱為該稱為該衰變道的衰變道的分支比分支比粒子雖然有不同的衰變方式，粒子雖然有不同的衰變方式，但只有唯一的壽命但只有唯一的壽命 ，其決定于其決定于總衰變寬度總衰變寬度 。4）測量壽命）測量壽命對長壽命粒子對長壽命粒子( 1010s) ，在探測器中留下徑跡，在探測器中留下徑跡， 可測量壽命。例如，粒子產生后至最后衰變的軌跡長可測量壽命。例如，粒子產生

31、后至最后衰變的軌跡長 L，動量動量P，則，則 L = (P/m) = v 0，若，若 0 = 10-10s，L = c 0 = 3cm。但實際上由于運動粒子的壽命延長效應，探測器。但實際上由于運動粒子的壽命延長效應，探測器中的中的L大得多。大得多。對短壽命粒子對短壽命粒子( 1016s1024s) ，可測量寬度，可測量寬度 對對壽命壽命不長不短的粒子，先測量分支比不長不短的粒子，先測量分支比Ri ，理論上再，理論上再計算計算 i ，加起來得，加起來得 ；再；再利用利用 i / Ri = ，實驗和理論聯(lián)實驗和理論聯(lián)系起來比較。系起來比較。5）討論）討論目前實驗認為，除光子、正負電子、正反質子及中

32、微目前實驗認為，除光子、正負電子、正反質子及中微子外，其它各種粒子都要衰變。子外，其它各種粒子都要衰變。常把不通過強作用衰變常把不通過強作用衰變的粒子的粒子( 1020s)稱作穩(wěn)定粒子稱作穩(wěn)定粒子，它們絕大部分要通過，它們絕大部分要通過弱作用或電磁作用衰變成更低能態(tài)弱作用或電磁作用衰變成更低能態(tài)。各種粒子的壽命相差很大，這是由引起衰變的相互作各種粒子的壽命相差很大，這是由引起衰變的相互作用類型、衰變前后粒子的靜質量差、衰變末態(tài)粒子數(shù)目用類型、衰變前后粒子的靜質量差、衰變末態(tài)粒子數(shù)目等因素決定的。例：等因素決定的。例：1. 強相互作用強相互作用2. 電磁相互作用電磁相互作用3. 弱作用弱作用00

33、1.pp 1. 1023s2. 1016s3. 1010sQuestion：o 壽命的比值是否能粗略反映相互作用強度的比值？壽命的比值是否能粗略反映相互作用強度的比值？ 是！是！o 能否認為更穩(wěn)定的粒子就更基本？能否認為更穩(wěn)定的粒子就更基本？ 否！例：質子和中子組成的氘核穩(wěn)定不衰變，不否！例：質子和中子組成的氘核穩(wěn)定不衰變，不能說它比中子更基本。能說它比中子更基本。在沒有更低能態(tài)可躍遷，或在沒有更低能態(tài)可躍遷，或存在某種禁戒規(guī)則時，粒子才是穩(wěn)定的。存在某種禁戒規(guī)則時，粒子才是穩(wěn)定的。o 衰變過程由哪種相互作用起作用，是否完全取決于衰衰變過程由哪種相互作用起作用，是否完全取決于衰變前后粒子種類？

34、變前后粒子種類？ 否！還與衰變過程所遵守的選擇定則有關（輕子否！還與衰變過程所遵守的選擇定則有關（輕子數(shù)、重子數(shù)守恒等）。例如，質子不能衰變，是由數(shù)、重子數(shù)守恒等）。例如，質子不能衰變，是由于于重子數(shù)守恒重子數(shù)守恒的限制。的限制。二、粒子的電荷二、粒子的電荷1、電荷的量子化：、電荷的量子化：電子電荷電子電荷e = 1.6 10 19 C 為基本電荷單位為基本電荷單位2、夸克分數(shù)電荷、夸克分數(shù)電荷 2/3 e, 1/3 e 3、已發(fā)現(xiàn)粒子的最大電荷、已發(fā)現(xiàn)粒子的最大電荷 Q=2，如，如 +三、粒子的自旋與統(tǒng)計性三、粒子的自旋與統(tǒng)計性1、電子自旋：、電子自旋：電子存在自旋的電子存在自旋的內稟自由度

35、內稟自由度，是人們對大量實驗，是人們對大量實驗的分析提出的。最早的實驗證據(jù)是的分析提出的。最早的實驗證據(jù)是1922 年年 Stern-Gerlach實驗實驗，其它大量證據(jù)來自其它大量證據(jù)來自原子光譜的實驗原子光譜的實驗，如，如1925 年實驗觀察到氫原年實驗觀察到氫原子和很多子和很多堿金屬原子堿金屬原子(如如Na )的光譜線都有精細分裂現(xiàn)象的光譜線都有精細分裂現(xiàn)象，這類，這類金屬原子的主光譜線是金屬原子的主光譜線是P 軌道的電子躍遷到軌道的電子躍遷到S 軌道。在精密的光軌道。在精密的光譜儀中，這一譜線劈裂為兩條。譜儀中，這一譜線劈裂為兩條。古茲密特和烏倫貝克引入電子的古茲密特和烏倫貝克引入電子

36、的新自由度新自由度自旋角動量自旋角動量S來解釋這種劈裂來解釋這種劈裂。電子自旋的假設是如何提出的，烏倫貝克當時的一段敘述電子自旋的假設是如何提出的，烏倫貝克當時的一段敘述 古茲密特和我本人是在研究了泡利的一篇文章后形成了這一想法的。在古茲密特和我本人是在研究了泡利的一篇文章后形成了這一想法的。在泡利文章中，構思了著名的不兼容原理，該原理第一次賦予電子四個量子數(shù)，泡利文章中，構思了著名的不兼容原理，該原理第一次賦予電子四個量子數(shù)，對第四個量子數(shù)并沒有具體的描繪，而只是形式上引進，對我們來講，這是對第四個量子數(shù)并沒有具體的描繪，而只是形式上引進，對我們來講，這是一個費解的問題。我們很熟悉這樣一個命

37、題，每一個量子數(shù)是和一個自由度一個費解的問題。我們很熟悉這樣一個命題，每一個量子數(shù)是和一個自由度相對應相對應(即一個獨立的坐標即一個獨立的坐標)，另一方面當時認為電子是一個點粒子，點粒子顯，另一方面當時認為電子是一個點粒子，點粒子顯然只有三個自由度，因此我們沒有提出第四個量子數(shù)。然只有三個自由度，因此我們沒有提出第四個量子數(shù)。我們把電子看成是轉我們把電子看成是轉動的小球，只是在這個意義上來理解第四個量子數(shù)。過一些時間，我們得到動的小球，只是在這個意義上來理解第四個量子數(shù)。過一些時間，我們得到阿伯汗的一篇文章，是伊侖法斯特提醒我們的，文章談到阿伯汗的一篇文章，是伊侖法斯特提醒我們的，文章談到帶有

38、面電荷的轉動帶有面電荷的轉動的球的球，磁矩公式前面要加一個因子，磁矩公式前面要加一個因子2(gs=2)，這可用經(jīng)典的方法來說明。這，這可用經(jīng)典的方法來說明。這對我們是一個鼓勵。對我們是一個鼓勵。但是當我們注意到在但是當我們注意到在電子表面轉動的速度要比光速大很多倍電子表面轉動的速度要比光速大很多倍，我，我們的熱情又受到很大的挫傷。我記得大部分想法產生于們的熱情又受到很大的挫傷。我記得大部分想法產生于1925年年9月底的一天下午。我們很激動，但當時并沒有想發(fā)表什么東西，月底的一天下午。我們很激動，但當時并沒有想發(fā)表什么東西，心里覺得有點玄。好象必定有什么不對的地方，特別是偉大權威心里覺得有點玄。

39、好象必定有什么不對的地方，特別是偉大權威玻爾、海森堡和泡利還從來沒有提出這類假設。玻爾、海森堡和泡利還從來沒有提出這類假設。 當我們把這事告訴伊侖法斯特，立即引起他的興趣。我感覺當我們把這事告訴伊侖法斯特，立即引起他的興趣。我感覺這是因為這個假設很直觀，合他的意。他提醒我們注意幾點，例這是因為這個假設很直觀，合他的意。他提醒我們注意幾點，例如，事實上如，事實上1921 年康普頓已經(jīng)建議過旋轉電子的構思，用它來年康普頓已經(jīng)建議過旋轉電子的構思，用它來解釋磁性的自然單位，最后他說這種假設要么意義十分重大，要解釋磁性的自然單位，最后他說這種假設要么意義十分重大，要么完全是無稽之談。并讓我們寫一個簡信

40、，把信交給他。最后他么完全是無稽之談。并讓我們寫一個簡信，把信交給他。最后他告訴我們：告訴我們：“應去問一下洛倫茲應去問一下洛倫茲”。我們去找洛倫茲，他很熱情。我們去找洛倫茲，他很熱情地接待了我們，他非常有興趣，雖然我感到他有點懷疑。地接待了我們，他非常有興趣，雖然我感到他有點懷疑。他答應他答應“考慮考慮考慮考慮”。實際上隔了一周，他給我們一份手稿，書。實際上隔了一周，他給我們一份手稿，書法很漂亮，其中有很長的關于旋轉電子電磁特性的計算，我們沒法很漂亮，其中有很長的關于旋轉電子電磁特性的計算，我們沒有完全搞清楚，但結論很清楚，旋轉電子的圖象遇到了嚴重困難。有完全搞清楚，但結論很清楚，旋轉電子的

41、圖象遇到了嚴重困難。例如磁能是如此之大，以致于電子的等效質量比質子質量還大，例如磁能是如此之大，以致于電子的等效質量比質子質量還大，或者說，若你保持電子為已知質量，電子將比整個原子大。無論或者說，若你保持電子為已知質量，電子將比整個原子大。無論如何，旋轉電子假設好象是荒唐的。如何，旋轉電子假設好象是荒唐的。 古茲密特及我本人都認為，最好簡信先不要發(fā)表，但當我們古茲密特及我本人都認為，最好簡信先不要發(fā)表，但當我們去找伊侖法斯特要回簡信時，他回答：去找伊侖法斯特要回簡信時，他回答：“我已早寄出去了，你們我已早寄出去了，你們都還年青，允許干點蠢事都還年青，允許干點蠢事”（選自（選自The Conce

42、ptual Development of Quantum Mechanics；Max Jammer，Mc Grraw-H.11 1966）。）。有了電子自旋的假設，泡利的不兼容原理很快被人們接受。有了電子自旋的假設，泡利的不兼容原理很快被人們接受。2、光子自旋：、光子自旋：1）光子的自旋相對其傳播方向只有兩種取向，和運動光子的自旋相對其傳播方向只有兩種取向，和運動方向同向的稱為右螺旋光子，方向同向的稱為右螺旋光子，Sz = 1；和運動方向反向；和運動方向反向的稱為左螺旋光子，的稱為左螺旋光子，Sz = -1。2）光子自旋取為）光子自旋取為1，具有矢量變換特性，并服從玻色，具有矢量變換特性，并服

43、從玻色-愛因斯坦統(tǒng)計。愛因斯坦統(tǒng)計。3）自然界原來就安排得如此完美，光子自旋為）自然界原來就安排得如此完美，光子自旋為1，電子，電子自旋為自旋為1/2，我們才有今天這樣一個和諧多彩的生活。，我們才有今天這樣一個和諧多彩的生活。很難想象，如果光子自旋不是很難想象，如果光子自旋不是1，而是，而是1/2，這就意味著，這就意味著用來傳遞各種信息的電磁波會變成另外一番情景，此時用來傳遞各種信息的電磁波會變成另外一番情景，此時同一狀態(tài)只能有一個光子占有，那么電視、微波通訊等同一狀態(tài)只能有一個光子占有，那么電視、微波通訊等也就無法實現(xiàn)了。也就無法實現(xiàn)了。 同樣，若電子的自旋不是同樣，若電子的自旋不是1/2而

44、是而是1，原子的電子都，原子的電子都將填充在最低軌道，成為一種封閉電子殼的惰性原子，將填充在最低軌道，成為一種封閉電子殼的惰性原子，景象將如泡利所說的：景象將如泡利所說的：“如果電子不服從泡利不兼容原如果電子不服從泡利不兼容原理，整個宇宙將完全是另一個樣子。例如沒有分子，宇理，整個宇宙將完全是另一個樣子。例如沒有分子，宇宙中也沒有生命！宙中也沒有生命！”。其它粒子的自旋將在它們參與一些具體相互作用過程中其它粒子的自旋將在它們參與一些具體相互作用過程中確定。確定。已發(fā)現(xiàn)的粒子最大的自旋是已發(fā)現(xiàn)的粒子最大的自旋是 J = 11/2。下面列出。下面列出一些常見粒子的自旋一些常見粒子的自旋粒子自旋粒子

45、自旋粒子種類粒子種類交換任意兩全同粒交換任意兩全同粒子時波函數(shù)的行為子時波函數(shù)的行為統(tǒng)計規(guī)律統(tǒng)計規(guī)律例子例子整數(shù)整數(shù)玻色子玻色子不變號，對稱不變號，對稱玻色愛因斯玻色愛因斯坦統(tǒng)計坦統(tǒng)計光子和介子光子和介子半整數(shù)半整數(shù)費米子費米子變號，反對稱變號，反對稱費米狄拉克費米狄拉克統(tǒng)計統(tǒng)計輕子和重子輕子和重子3、自旋與統(tǒng)計性、自旋與統(tǒng)計性1）泡利最先指出：對于半整數(shù)自旋的全同費米子系統(tǒng)，交換其）泡利最先指出：對于半整數(shù)自旋的全同費米子系統(tǒng)，交換其中任意兩個粒子時，系統(tǒng)總波函數(shù)是反對稱的；對于整數(shù)自旋中任意兩個粒子時，系統(tǒng)總波函數(shù)是反對稱的；對于整數(shù)自旋的全同玻色子系統(tǒng)，交換其中任意兩個粒子時，系統(tǒng)總波函

46、數(shù)的全同玻色子系統(tǒng)，交換其中任意兩個粒子時，系統(tǒng)總波函數(shù)是對稱的。是對稱的。1122221111222211( ,;,)(,;,)( ,;,)(,;,)r s rsrsr sr s rsrsr s 1212( ,.,) (,.,)nnr rrs ss 2）若不考慮自旋和軌道之間的相互作用時，可將幾個）若不考慮自旋和軌道之間的相互作用時，可將幾個粒子的總系統(tǒng)波函數(shù)寫為粒子的總系統(tǒng)波函數(shù)寫為空間部分和自旋部分的乘積空間部分和自旋部分的乘積費米子系統(tǒng)的總波函數(shù)對于交換其中任意兩個粒子是費米子系統(tǒng)的總波函數(shù)對于交換其中任意兩個粒子是反對稱的，因此必須要求反對稱的，因此必須要求 和和 兩個部分波函數(shù)中，

47、有兩個部分波函數(shù)中，有一個是對稱的，另一個是反對稱的一個是對稱的，另一個是反對稱的；而玻色子系統(tǒng)，交換其中任意兩個粒子時，系統(tǒng)總波而玻色子系統(tǒng)，交換其中任意兩個粒子時，系統(tǒng)總波函數(shù)是對稱的，因此要求函數(shù)是對稱的，因此要求 和和 兩個部分波函數(shù)，兩個部分波函數(shù)，同時同時是對稱的，或同時是反對稱的是對稱的，或同時是反對稱的。3）泡利不相容原理）泡利不相容原理對于全同費米子系統(tǒng)，一個量子力學狀態(tài)只能被一個對于全同費米子系統(tǒng)，一個量子力學狀態(tài)只能被一個費米子占據(jù)。費米子占據(jù)。解釋解釋*：在兩個全同粒子體系中，兩者具有完全相同：在兩個全同粒子體系中，兩者具有完全相同的量子數(shù)，即兩粒子處于相同的狀態(tài)，那么

48、在交換兩的量子數(shù)，即兩粒子處于相同的狀態(tài)，那么在交換兩個粒子的位置時，系統(tǒng)的波函數(shù)應該不變號。若兩全個粒子的位置時，系統(tǒng)的波函數(shù)應該不變號。若兩全同粒子為費米子，則費米同粒子為費米子，則費米-狄拉克統(tǒng)計要求，在兩者交狄拉克統(tǒng)計要求，在兩者交換位置時，波函數(shù)應改變符號，兩者矛盾。因此具有換位置時，波函數(shù)應改變符號，兩者矛盾。因此具有完全相同的量子數(shù)的兩個費米子系統(tǒng)的波函數(shù)必須為完全相同的量子數(shù)的兩個費米子系統(tǒng)的波函數(shù)必須為零，即兩個全同費米子不能處于同一狀態(tài)。零，即兩個全同費米子不能處于同一狀態(tài)。4）統(tǒng)計性守恒規(guī)律：統(tǒng)計性守恒規(guī)律：在原子核或粒子反應中，反應前后費米子和反費米子在原子核或粒子反應

49、中，反應前后費米子和反費米子的差數(shù)不變，因此的差數(shù)不變，因此反應前后粒子系統(tǒng)所遵守的統(tǒng)計規(guī)反應前后粒子系統(tǒng)所遵守的統(tǒng)計規(guī)律也不變律也不變。這一規(guī)律和重子數(shù)守恒及輕子數(shù)守恒定律一致，因為這一規(guī)律和重子數(shù)守恒及輕子數(shù)守恒定律一致，因為重子和輕子都是費米子。重子和輕子都是費米子。正反費米子只能成對產生或正反費米子只能成對產生或消失消失，這與，這與玻色子（玻色子（ , K, 等等）可以任意數(shù)目產生或）可以任意數(shù)目產生或消失消失完全不同。完全不同。偶數(shù)個費米子可組成玻色子，玻色子則不能組成費米偶數(shù)個費米子可組成玻色子，玻色子則不能組成費米子。從這點看費米子可能更基本些。子。從這點看費米子可能更基本些。四

50、、軌道角動量與總角動量四、軌道角動量與總角動量1、軌道角動量：、軌道角動量：描寫粒子相對運動的量描寫粒子相對運動的量2、無論數(shù)值還是空間取向，都只能取分立值。、無論數(shù)值還是空間取向，都只能取分立值。軌道角軌道角動量的量子數(shù)只能取整數(shù)，自旋量子數(shù)則可以取整數(shù)和動量的量子數(shù)只能取整數(shù)，自旋量子數(shù)則可以取整數(shù)和半整數(shù)。半整數(shù)。3、總角動量：總角動量：粒子的自旋角動量粒子的自旋角動量S和軌道角動量和軌道角動量L的耦的耦合，合，J = L+SLrp sljPPP1 , 1 , 1lsjPl lPs sPj jj 的取值：的取值： slslslj, 1,五、宇稱五、宇稱1、定義：定義：微觀粒子狀態(tài)波函數(shù)在

51、空間反演（將空間坐微觀粒子狀態(tài)波函數(shù)在空間反演（將空間坐標對坐標系原點進行反射）變換下的特性。在經(jīng)典物理標對坐標系原點進行反射）變換下的特性。在經(jīng)典物理中沒有與之對應的物理量。中沒有與之對應的物理量。( , )(, )Pr tr t2、宇稱本征值：宇稱本征值：( , )(, )( , )Pr tr tr t ( , )(, )( , )Pr tr tr t ( , )(, )( , )Pr tr tr t 正（偶）宇稱正（偶）宇稱負（奇）宇稱負（奇）宇稱無宇稱（混合宇稱）無宇稱（混合宇稱）2( )()( )PrPrr 宇稱算符的本征值是宇稱算符的本征值是 13、軌道宇稱：、軌道宇稱：1）球坐標

52、系的空間反演）球坐標系的空間反演,rr (cos)(cos)( 1)(cos)( 1)( 1)mmlmmlllimmimlnlmnlmPPPeeP 2）中心力場的）中心力場的l 宇稱：宇稱：中心力場中粒子的能量本征波函中心力場中粒子的能量本征波函數(shù)一般可寫為數(shù)一般可寫為( )(cos )mimnlmnlRr Pe l 為軌道量子數(shù)，為軌道量子數(shù)，m 為磁量子數(shù)為磁量子數(shù)在中心力場中，粒子相對在中心力場中，粒子相對運動波函數(shù)的宇稱取決于運動波函數(shù)的宇稱取決于軌道量子數(shù)軌道量子數(shù) l，即有，即有l(wèi) 宇稱宇稱3）多粒子的組合態(tài)波函數(shù)可寫為各粒子波函數(shù)的乘積，）多粒子的組合態(tài)波函數(shù)可寫為各粒子波函數(shù)的

53、乘積，則系統(tǒng)的總宇稱可看作是諸粒子的軌道宇稱之積，則系統(tǒng)的總宇稱可看作是諸粒子的軌道宇稱之積，即宇稱為即宇稱為相乘性量子數(shù)相乘性量子數(shù)。( 1)ill i 3、內稟宇稱、內稟宇稱1）定義：定義：粒子的內部波函數(shù)在空間反演下，也應具有粒子的內部波函數(shù)在空間反演下，也應具有確定的變換性質，據(jù)此可定義粒子的內稟宇稱。確定的變換性質，據(jù)此可定義粒子的內稟宇稱。2）只有純中性的粒子（如光子、）只有純中性的粒子（如光子、 0 等電荷、輕重子數(shù)、等電荷、輕重子數(shù)、奇異數(shù)等相加性量子數(shù)均為奇異數(shù)等相加性量子數(shù)均為0的粒子），才有絕對確定的粒子），才有絕對確定的內稟宇稱；對于非純中性粒子，只有通過實驗、宇稱的內

54、稟宇稱；對于非純中性粒子，只有通過實驗、宇稱守恒及人為規(guī)定來確定，它只有相對意義。守恒及人為規(guī)定來確定，它只有相對意義。3）光子、）光子、 0 的內稟宇稱為的內稟宇稱為-14）非純中性粒子的內稟宇稱規(guī)定）非純中性粒子的內稟宇稱規(guī)定核子（質子、中子）內稟宇稱為核子（質子、中子）內稟宇稱為+1；對于一組同位旋多重態(tài)的成員，內稟宇稱相同，如對于一組同位旋多重態(tài)的成員，內稟宇稱相同，如 、 0 的的內稟宇稱相同，均為內稟宇稱相同，均為-1；對于奇異粒子：對于奇異粒子：K 粒子內稟宇稱為粒子內稟宇稱為-1； 為為+1；正反費米子內稟宇稱相反；正反玻色子內稟宇稱相同正反費米子內稟宇稱相反；正反玻色子內稟宇

55、稱相同一對正反粒子組成的純中性系統(tǒng)的宇稱如下：正反費一對正反粒子組成的純中性系統(tǒng)的宇稱如下：正反費米子系統(tǒng)米子系統(tǒng) P = (-1)l+1，正反玻色子系統(tǒng)，正反玻色子系統(tǒng) P = (-1)l，其中，其中 l 為正反粒子相對運動的角動量；為正反粒子相對運動的角動量；由于弱作用中宇稱不守恒，則只參加該反應的中微子由于弱作用中宇稱不守恒，則只參加該反應的中微子內稟宇稱無法確定。內稟宇稱無法確定。4、宇稱守恒、宇稱守恒1）定義：定義：若量子系統(tǒng)的哈密頓量若量子系統(tǒng)的哈密頓量H，在空間反演下不，在空間反演下不變，則該系統(tǒng)的總宇稱值在狀態(tài)變化前后不變，即系統(tǒng)變，則該系統(tǒng)的總宇稱值在狀態(tài)變化前后不變，即系統(tǒng)

56、在運動變化過程中，宇稱不隨時間變化。在運動變化過程中，宇稱不隨時間變化。2）以上說明，哈密頓算符）以上說明，哈密頓算符H與宇稱算符與宇稱算符P對易，二者有對易，二者有共同的本征函數(shù)，也即系統(tǒng)的能量本征函數(shù)具有確定的共同的本征函數(shù)，也即系統(tǒng)的能量本征函數(shù)具有確定的宇稱。宇稱。 ( )( )PH rH r P 3）實驗表明：強、電磁作用中宇稱守恒，弱作用中不）實驗表明：強、電磁作用中宇稱守恒，弱作用中不守恒，也即弱作用中哈密頓量不具有空間反演不變性。守恒，也即弱作用中哈密頓量不具有空間反演不變性。六、粒子的磁矩六、粒子的磁矩1、定義：、定義：包括包括自旋在內的總角動量自旋在內的總角動量為為J的、質

57、量為的、質量為m的系統(tǒng)的磁矩的系統(tǒng)的磁矩2egJm e 為單位正電荷，為單位正電荷， g 是與系統(tǒng)結構性質有關的因子，也是與系統(tǒng)結構性質有關的因子，也稱為粒子的迴磁比稱為粒子的迴磁比。2429.2740 102BeeA mm玻爾磁子：玻爾磁子： 核磁子：核磁子： 27215.0508 1021836NBPeA mm2、對自旋對自旋 S 不為零的帶電點粒子，有如下普遍關系：不為零的帶電點粒子，有如下普遍關系：|S g| = 1。例如，類點的無內部結構的電子，。例如，類點的無內部結構的電子，g = 2。3、反常磁矩反常磁矩1）定義：實驗上給出的并不是以上的正常磁矩，而是）定義：實驗上給出的并不是以

58、上的正常磁矩，而是g 與與1的差別，稱為反常磁矩。的差別，稱為反常磁矩。電子電子 g = 1.0011596522209(31) 子子 g = 1.001165923(9)質子質子 g = 2.7928444(11)中子中子 g = -1.91304308(54)2）電子、）電子、 子的反常磁矩來源于電磁場的自作用，與子的反常磁矩來源于電磁場的自作用，與量子電動力學的計算完全符合；而對于質子和中子，問量子電動力學的計算完全符合；而對于質子和中子，問題來源于其內部結構，應由夸克模型來解釋。題來源于其內部結構，應由夸克模型來解釋。第第4節(jié)節(jié) 粒子的分類粒子的分類一、已發(fā)現(xiàn)粒子的簡單分類一、已發(fā)現(xiàn)粒

59、子的簡單分類按它們參與各種相互作用的性質分為以下幾類按它們參與各種相互作用的性質分為以下幾類1、規(guī)范玻色子：、規(guī)范玻色子：傳遞相互作用的媒介粒子，已發(fā)現(xiàn)的有傳遞相互作用的媒介粒子，已發(fā)現(xiàn)的有4種，即種，即光子和三種中間玻色子，它們的自旋都是光子和三種中間玻色子，它們的自旋都是12、輕子：、輕子：不直接參與強相互作用，可直接參與電磁相互作用和不直接參與強相互作用，可直接參與電磁相互作用和弱相互作用?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)的輕子共弱相互作用。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)的輕子共6種，連同相應的反粒子共種，連同相應的反粒子共12種，種，自旋都是自旋都是1/2。3、強子：、強子：直接參與強相互作用的粒子，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的粒子絕大多直接參與強相互

60、作用的粒子，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的粒子絕大多數(shù)是強子，又分為兩類：數(shù)是強子，又分為兩類：1）介子：自旋為整數(shù)，重子數(shù)為零的強子；）介子：自旋為整數(shù)，重子數(shù)為零的強子；2）重子：自旋為半整數(shù)，重子數(shù)為）重子：自旋為半整數(shù)，重子數(shù)為1的強子的強子二、穩(wěn)定粒子和共振態(tài)二、穩(wěn)定粒子和共振態(tài)1、現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的、現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的776 種粒子中，種粒子中，只有只有11種可能是真正穩(wěn)種可能是真正穩(wěn)定粒子定粒子，即光子，三種中微子及其反粒子，正負電子，即光子，三種中微子及其反粒子，正負電子，質子和反質子質子和反質子2、粒子物理學中并未按粒子是否真正穩(wěn)定來對粒子進粒子物理學中并未按粒子是否真正穩(wěn)定來對粒子進行分類行分類，因為雖然粒子