物質(zhì)的基本粒子

1、物質(zhì)的基本粒子我的世界是由許許多多的基本粒子構(gòu)成的.大到宇宙天體,小至細(xì)胞原子.歷史上人們?yōu)檎J(rèn)識(shí)物質(zhì)不斷努力著.古希臘哲學(xué)家指出我們的物質(zhì)世界是由許許多多”原子”組成的.(不過這里的”原子”只是一種抽象化了的概念,并非我們現(xiàn)在生活中所指原子)再如中國古代的哲人們認(rèn)為任何物質(zhì)都是由一種基本的粒子組成的.1物質(zhì)的基本粒子我的世界是由許許多多的基本粒子構(gòu)成的.大到宇宙天體,小至細(xì)胞原子.歷史上人們?yōu)檎J(rèn)識(shí)物質(zhì)不斷努力著.古希臘哲學(xué)家指出我們的物質(zhì)世界是由許許多多”原子”組成的.(不過這里的”原子”只是一種抽象化了的概念,并非我們現(xiàn)在生活中所指原子)再如中國古代的哲人們認(rèn)為任何物質(zhì)都是由一種基本的粒子組

2、成的.2這是一些樸素的基本粒子認(rèn)識(shí)觀.到十九世紀(jì)人們通過化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的分子原子數(shù)量保持不變,而認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的基本粒子.直到1897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子后,原子其實(shí)也不是組成物質(zhì)最基本的粒子它也有自己的結(jié)構(gòu).再后來隨著1919年質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)和1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子,人們才認(rèn)識(shí)到原子是由中子.電子.質(zhì)子所構(gòu)成.3 爾后，1932年發(fā)現(xiàn)正電子，1937年湯川秀樹發(fā)現(xiàn)u子，1947年科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)K介子和介子（介子是質(zhì)量介于質(zhì)子和電子之間的粒子），再到后來科學(xué)家們從宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了另外一些基本粒子，特別是粒子加速器的發(fā)明使基本粒子的數(shù)目大量增加。4 同時(shí)人們發(fā)現(xiàn)，許多粒子都有和它質(zhì)量相同但電荷相反

3、的粒子，這些粒子叫作反粒子（1927年狄拉克提出電子的方程即狄拉克方程它滿足狹義相對(duì)論且能夠解釋實(shí)驗(yàn)中已觀測(cè)到的電子自旋可取+1/2和-1/2，并預(yù)言正電子的存在并預(yù)言一切構(gòu)成物質(zhì)的粒子都有反粒子）。 5例如電子的反粒子是正電子，質(zhì)子的反粒子叫反質(zhì)子，它是科學(xué)家于1955年發(fā)現(xiàn)的。新粒子的發(fā)現(xiàn)使人們的視野不斷開闊，目前已發(fā)現(xiàn)的基本粒子達(dá)數(shù)百種，并且這一數(shù)目還在不斷的增加。6基本粒子的分類按基本粒子之間的主要相互作用，它們大體可分為三類：強(qiáng)子.輕子和媒介子。強(qiáng)子：核子之間的核力，是一種比電磁作用強(qiáng)得多的相互作用，叫強(qiáng)相互作用。凡是參加強(qiáng)相互作用的粒子都叫強(qiáng)子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子。強(qiáng)子又分重子（

4、中子.質(zhì)子.超子）和介子兩類7輕子：輕子都不參加強(qiáng)相互作用，目前只發(fā)現(xiàn)六種這六種粒子都有自己的反粒子。電子是最早發(fā)現(xiàn)的輕子。u子從它的許多性質(zhì)來看它也屬于輕子。1975年又發(fā)現(xiàn)了一種質(zhì)量很大的輕子，稱為t子，也叫重輕子。還有三種中微子（電子中微子u子中微子t子中微子）也屬于輕子。媒介子：是傳遞物質(zhì)間相互作用的粒子，例如光子.引力子弱力的媒介有Z和W,強(qiáng)力的媒介有8種顏色（這里的顏色不是我們?nèi)粘Ｉ钪兴f的顏色）的膠子。8其中這些粒子中除了質(zhì)子電子光子等少數(shù)粒子能夠穩(wěn)定存在，其它粒子大都是不穩(wěn)定的。例如中子的壽命為9.3100秒，再如u子的壽命為2.210秒，中性介子的壽命為0.8310秒。它們

5、在衰變的過程中也會(huì)產(chǎn)生一些其它粒子 9結(jié)合上面事例以及我們已掌握的大量事實(shí)我們可以斷定宇宙中這些基本粒子間存某種聯(lián)系（中子衰變產(chǎn)生質(zhì)子負(fù)電子和中微子，而質(zhì)子回釋放一個(gè)正電子同時(shí)生成中子和中微子）。10而且我們可以斷定我們宇宙中的每一個(gè)粒子都有自己特定的功能，它們各盡所能，從而使我們的宇宙在某一方程的支配下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。雖然對(duì)于這些粒中的大部分，我還不清楚它們的作用，但是每一個(gè)粒子肯定擔(dān)當(dāng)著一特定的角色。 11但我們要相信我們宇宙的能力，她絕對(duì)能確她所生產(chǎn)的東西既不是廢品，同時(shí)又是獨(dú)一無二的.12思考再如上面我提到反粒子。電子和正電子碰撞時(shí)湮滅（？）（自然界三大守恒定律）。任何粒子都有它的反粒子，而

6、我們的宇宙就是由這些基本粒子組成。或許我們的宇宙在開始時(shí)就不存在，在某一時(shí)刻（這里時(shí)刻應(yīng)是不準(zhǔn)確的，那時(shí)應(yīng)不存在時(shí)空）世上有了正反粒子的出現(xiàn)于是有了宇宙。 13粒子的反粒子的存在，一定程度上是由我們的宇宙的對(duì)稱性決定的。我們應(yīng)感嘆我們的宇宙是如此美妙，她把世上的事都安排的盡善盡美。 14任何一個(gè)細(xì)微之處都不放過。雖然我們的世界對(duì)稱中存稱不對(duì)稱但正如李政道先生所說：不對(duì)稱中存在于對(duì)稱中才更說明我們宇宙的對(duì)稱性（不對(duì)稱與對(duì)稱不就是一組對(duì)稱嗎？）。15但是隨著基本粒子數(shù)目的增加，同時(shí)由于20世紀(jì)60年代蓋爾曼夸克理論的提出及被證明使人們認(rèn)識(shí)到這些粒子也不可能是組成物質(zhì)最基本的粒子。對(duì)于以上內(nèi)容其實(shí)我

7、們可以這樣來理解。首先我們提出這樣一個(gè)問題，我們的宇宙是否有邊界?；蛘呖梢赃@樣來說我們的宇宙是否是一個(gè)孤立系統(tǒng)？16在我看來我們的宇宙應(yīng)該是一個(gè)有界系統(tǒng)，若是一個(gè)無界系統(tǒng)則它可看成一個(gè)孤立系統(tǒng)。但是我們知道一個(gè)孤立系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)總是從不均勻到均勻，最后處在均勻狀態(tài)。從現(xiàn)今主流的宇宙學(xué)說我們得知我們的宇宙起源于一次大爆炸，在宇宙的形成初期她應(yīng)該是一個(gè)各向物質(zhì)均勻的系統(tǒng)，但是隨著時(shí)間的推移，宇宙中慢慢形成太陽地球等宇宙天體， 17而這使宇宙變得不均勻，從而可知宇宙應(yīng)該不是一孤立系統(tǒng)（或許宇宙中存在著大量的中微子來平衡這一不均勻）。月亮是地月系統(tǒng)的一部分，地球?qū)儆谔栂档囊徊糠?，而太陽則是銀河系億萬顆

8、橫星中的一顆或許我們的宇宙也是某一系統(tǒng)的子系統(tǒng),而此時(shí)所說的基本粒子也應(yīng)還有它們自己的結(jié)構(gòu)（例如強(qiáng)子是由夸克組成，而電子本身存在自旋理應(yīng)它內(nèi)部也是有結(jié)構(gòu)的）。18宇宙大爆炸模型19近來物理學(xué)界傾向于把以前稱作為基本粒子的物質(zhì)，統(tǒng)稱為基本粒子。同時(shí)越來越多的物理學(xué)家認(rèn)為基本粒子的提法是不正確的。物質(zhì)結(jié)構(gòu)在不同的能量尺度有不同的層次，最終的層次很可能不存在。20u子衰變子是不穩(wěn)定的能自發(fā)衰變。當(dāng)初把宇宙射線中的u子，經(jīng)過一層密度較大物質(zhì)減弱程度，同通過單位面積中具有相同質(zhì)量的空氣的減弱程度相比較，發(fā)現(xiàn)在空氣中的減弱比較多。這兩種吸收層單位面積的質(zhì)量是相同的，但空氣層要厚的多，這就是說通過空氣層的時(shí)

9、間要要比通過密度高的吸收層的時(shí)間長。如果u子是穩(wěn)定的粒子，通過這兩種吸收層的減弱程度應(yīng)相同。事實(shí)是通過空氣層的減弱程度大 21。這說明粒子會(huì)自發(fā)發(fā)生衰變，時(shí)間越長自發(fā)衰變的越多。經(jīng)過這個(gè)原則設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得u子的平均壽命是2.210秒那麼u子衰變成什麼呢?在云室或乳膠中可以觀察到u子衰變成電子，但電子的徑跡不在u子的方向。電子從u子徑跡的末端向另一方向射出這說明u子衰變中不僅產(chǎn)生電子而且還產(chǎn)生一種中性粒子中性在云室或乳膠中是顯示不出徑跡的。 22此外又測(cè)出衰的電子的能量是連續(xù)分布的。從零到55Mev，這說明至少有兩種中性粒子產(chǎn)生，經(jīng)過一個(gè)時(shí)期的研究，知道這兩種中 性粒子的質(zhì)量差不多是零

10、，一種是同u子聯(lián)系的，用vu表示，另一種是同電子聯(lián)系的，用ve表示。u子的衰變方程可表示為： ue+vu+ve,（相當(dāng)于u+vue+ve） ue+vu+ve.（相當(dāng)于u+vue+ve）23u子有帶正電和帶負(fù)電兩種，u是u反粒子，正負(fù)子分別衰變成正負(fù)電子，正電子是負(fù)電子的反粒子。上式中v為v的反粒子，為v的v反粒子。這四種中微子分別同正負(fù)u子正負(fù)電子有一定的聯(lián)系，如上面括弧中所示。u子同原子核的相互作用:從實(shí)中我們了解原子核對(duì)正負(fù)子的俘獲完全不同。 24在吸收物中u子被原子核排斥，經(jīng)自發(fā)衰變而消失。u子能量逐漸損耗而速度變慢的情況下被原子核俘獲，進(jìn)入玻爾軌道繞核運(yùn)動(dòng)。由于u子質(zhì)量是電子質(zhì)量的207倍，其軌道半徑相應(yīng)應(yīng)比電子軌道半徑小，在軌道中的子也能通過躍遷來發(fā)射射線。（我國張文裕發(fā)現(xiàn)）u子雖被原子核俘獲，但同原子核的相互作用是十分微弱的。因此可見u子不是強(qiáng)子，它的衰變是弱相互