核與粒子的基本特性

核與粒子的基本特性第1頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1微觀,相對(duì)論和多自由度系統(tǒng)微觀尺度—量子力學(xué)高能量—相對(duì)論力學(xué)粒子產(chǎn)生和湮滅—量子場(chǎng)論第2頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1微觀尺度－量子力學(xué)10-10mAtom10-14mNucleus10-15mNucleon10-18mquarkWave-ParticleDualityD~?/mc第3頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Sch?dinger-方程Klein-Gordon-方程Dirac-方程非相對(duì)論－相對(duì)論；時(shí)空非對(duì)稱－時(shí)空對(duì)稱；狄喇克方程，自旋自由度的引入（波函數(shù)由單分量到多分量）E=p2/2mE→i?/?t,p→-i?/?rE2=p2+m2E=±(p2+m2)1/2第4頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2高能量－相對(duì)論力學(xué)相對(duì)論粒子Lorentz-變換不變性必須滿足NucleusParticlesQ+L對(duì)于粒子：第5頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.3粒子產(chǎn)生和湮滅—量子場(chǎng)論*K-G方程和狄喇克方程是單粒子的波動(dòng)方程，

1934年，Pauli和Weisskopf賦于新的解釋：它們和麥克斯韋方程一樣是場(chǎng)方程：

K-G是描述自旋為的標(biāo)量場(chǎng)方程

Dirac-是描述自旋為的旋量場(chǎng)方程

Maxwell-是描述自旋為的矢量場(chǎng)方程*粒子是相應(yīng)的場(chǎng)的一種激發(fā)態(tài)，反粒子是相應(yīng)的復(fù)共軛場(chǎng)的一種激發(fā)態(tài)。不同的場(chǎng)（復(fù)共軛場(chǎng)）的激發(fā)態(tài)代表不同數(shù)目的粒子（反粒子）態(tài)；場(chǎng)（復(fù)共軛場(chǎng)）由激發(fā)態(tài)變到基態(tài)表示相應(yīng)粒子（反粒子）消滅（湮滅），場(chǎng)（復(fù)共軛場(chǎng)）由基態(tài)變到激發(fā)態(tài)表示相應(yīng)粒子（反粒子）產(chǎn)生*場(chǎng)論的‘真空’充滿了各種粒子（反粒子）場(chǎng)（復(fù)共軛場(chǎng)）的基態(tài)第6頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2自然單位制2.2.1基本常數(shù):用千克.米.秒.安培制,第7頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月粒子物理中的很多重要的物理量都可以用上述的基本常數(shù)表示:

電磁耦合常數(shù),

Thomson截面,Beta衰變常數(shù),第8頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)量為m的粒子的Compton波長(zhǎng),能級(jí)寬度為的壽命,相對(duì)論的質(zhì)能關(guān)系,第9頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2自然單位制

1,定義:對(duì)應(yīng)的單位制稱為自然單位制.在該單位制中第11頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2,物理量的量綱分析即用自由度為2的粒子的動(dòng)能來(lái)量溫度即用能級(jí)寬度為6.582x10-22MeV態(tài)的壽命=1秒來(lái)量時(shí)間第13頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

即用動(dòng)量為eV(MeV)的粒子的波長(zhǎng)來(lái)量距離.或者,用光傳播的距離來(lái)量時(shí)間.第14頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3,關(guān)于電荷的量綱.

電荷是電磁作用的源，是電磁作用強(qiáng)弱的一個(gè)度量，粒子或者粒子系統(tǒng)所帶的電荷均是基本電量的一個(gè)倍數(shù)。討論一個(gè)質(zhì)量為m、帶有一個(gè)基本電荷的粒子，在一個(gè)具有無(wú)限大質(zhì)量的單位點(diǎn)電荷的庫(kù)侖場(chǎng)中,當(dāng)粒子和單點(diǎn)電荷距離為粒子的康普頓波長(zhǎng)時(shí)，其庫(kù)侖能和粒子的靜止能量比為一個(gè)普適常數(shù)，與粒子的質(zhì)量無(wú)關(guān)，這個(gè)參數(shù)正是電磁相互作用的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)：第15頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月是一個(gè)無(wú)量綱的量或者說(shuō)其量綱為。因此用它來(lái)定義基本電荷是方便的。在自然單位制中，按上式的約定，電荷是一個(gè)無(wú)量綱量或者說(shuō)電荷的量綱為

mxZ,AAmp>>mx奇特原子εK=?(mxZ2α2)a0=?x(Zα)-1V=Zαe-Caμ-Caπ-Ca(keV)10-10(m)c~5~1000~1370.0251^10-49^10-5

~0.15c第16頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4,自然單位與標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際單位的換算表

在自然單位制中,一些重要的物理量的量綱均為MeV的冪次第17頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3核與粒子的質(zhì)量質(zhì)量是引力相互作用的荷。由于在亞原子世界中，引力是可以略去不計(jì)的，質(zhì)量的更重要的含意是它表示粒子的潛在能量。一個(gè)具有質(zhì)量為(這里均指靜止質(zhì)量)的粒子，表明它具有能量或者。在自然單位制中，粒子的靜止質(zhì)量(MeV)就是它的靜止能量。運(yùn)動(dòng)的自由粒子,具有總能量E動(dòng)量，存在一個(gè)Lorentz不變量，

是自由粒子的靜止質(zhì)量

第18頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1穩(wěn)定粒子和不穩(wěn)定粒子的質(zhì)量

薛定諤方程:系統(tǒng)的哈密頓量,粒子的狀態(tài)波函數(shù)求解方程得,粒子只能處于能量狀態(tài)為的一些分立的態(tài)為粒子態(tài)n的質(zhì)量第19頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在時(shí)刻t，空間位置x發(fā)現(xiàn)狀態(tài)n的幾率為:

與在t=0

時(shí)刻在空間點(diǎn)x發(fā)現(xiàn)該狀態(tài)的幾率一樣。由這種態(tài)構(gòu)成的一群全同的粒子，假定在t=0時(shí)刻有N0個(gè)粒子，即在t時(shí)刻，其總的粒子數(shù)仍然不變，即：

N(t)=N0

為描述不穩(wěn)定粒子或核素的衰變規(guī)律

,

將定態(tài)的波函數(shù)(2.16)中寫成,復(fù)數(shù).具有與相同的量綱。這時(shí)，系統(tǒng)態(tài)的波函數(shù)變成：

各粒子是獨(dú)立無(wú)關(guān)的第20頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在t時(shí)刻，在空間處發(fā)現(xiàn)該狀態(tài)存在的幾率為：與在t=0

時(shí)刻在空間點(diǎn)x發(fā)現(xiàn)該狀態(tài)的幾率相差一個(gè)指數(shù)衰減因子。由這種態(tài)構(gòu)成的一群全同的粒子，假定在t=0時(shí)刻有N0個(gè)粒子，即在t時(shí)刻，其總的粒子數(shù)隨時(shí)間按時(shí)間常數(shù)自然指數(shù)衰減，即：各粒子衰變與否是獨(dú)立的！第21頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非定態(tài)波函數(shù)(2.19)描述不穩(wěn)定粒子的衰變.比較(2.18)與(2.21),

我們來(lái)考察非定態(tài)波函數(shù)式(2.19)的物理意義:

將式(2.19)按傅立葉展開(kāi),第22頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月上式代表在態(tài)(2.19)式中，具有能量為E的幾率振幅.其幾率為

:

由規(guī)一化條件 求出不穩(wěn)定粒子態(tài)的質(zhì)量分布服從上面的Breit-Wigner分布第23頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Breit-Wigner分布分布中心值定義為粒子態(tài)的質(zhì)量,FWHM為粒子的衰變寬度穩(wěn)定粒子有確定的質(zhì)量；不穩(wěn)定粒子質(zhì)量是不確定的E0圖2.01第24頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不穩(wěn)定粒子舉例,

第25頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2質(zhì)量測(cè)量1穩(wěn)定粒子質(zhì)量,#電子質(zhì)量的精密測(cè)量:圖2.02第26頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月#奇特原子的特征X-射線的能量求粒子的質(zhì)量奇特(exotic)原子的特征射線能量的精確測(cè)定以及對(duì)奇特原子光譜項(xiàng)的各種修正和計(jì)算（特別是原子核的有限尺寸對(duì)光譜項(xiàng)的修正）從而精確給出粒子的質(zhì)量。奇特原子的軌道半徑和光譜項(xiàng)為,

上式表明,奇特原子的軌道半徑正比于被俘獲的質(zhì)量為的粒子(藍(lán)色)的Compton波長(zhǎng),其結(jié)合能正比于粒子的質(zhì)量例如,-奇特原子的玻爾半徑約為相應(yīng)的普通原子的玻爾半徑的二百分之一,其特征射線的能量為相應(yīng)的普通原子的能量的二百倍(280倍).

理論上對(duì)奇特原子的原子核(黑色)的有限尺度的效應(yīng)做細(xì)致的修正,實(shí)驗(yàn)上精確測(cè)定該奇特原子的相應(yīng)的特征射線,從而經(jīng)確定出被俘獲的質(zhì)量.第27頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Jecklmann發(fā)表了他們用π-奇特原子的特征X-射線方法測(cè)得的π-介子的質(zhì)量Phys.LetterB335(1994)326#通過(guò)粒子的產(chǎn)生閾來(lái)確定粒子的質(zhì)量

粒子的湮滅和產(chǎn)生,是粒子相互作用過(guò)程的一種普遍現(xiàn)象.在滿足特定的守恒定律的條件下,過(guò)程以一定的概率(截面)發(fā)生.其中能量守恒是一個(gè)絕對(duì)要遵守的定律,例如其產(chǎn)生截面為,第28頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

只有當(dāng)初態(tài)正負(fù)電子攜帶得質(zhì)心系總能量W等于或大于2mτ,τ-輕子對(duì)的產(chǎn)生截面由零起開(kāi)始增長(zhǎng)(β為τ-輕子的速度).閾條件是,末態(tài)輻射修正+庫(kù)倫修正圖2.03產(chǎn)生截面隨能量變化按上面公式上述兩修正+初態(tài)輻射修正第29頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)上測(cè)定τ輕子質(zhì)量的關(guān)鍵是如何精確定出其生成的閾值Wth(e-e+).BES發(fā)展了一種<Data-Driving>方法在產(chǎn)生閾附近(3552.8~3568MeV)的10個(gè)能量點(diǎn)對(duì)τ輕子對(duì)產(chǎn)生進(jìn)行掃描。采用最大似然擬合法，給出質(zhì)量的最好的測(cè)量值

第30頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2用共振態(tài)產(chǎn)生的激發(fā)曲線測(cè)定共振態(tài)的質(zhì)量和寬度:電弱理論:實(shí)驗(yàn):e-e+圖2.04第31頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月以MZ和Γz為待定參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線擬合,給出傳遞弱中性流的中間玻色子的質(zhì)量和衰變寬度分別為:

第32頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3重建粒子的衰變末態(tài)的不變質(zhì)量來(lái)測(cè)定粒子的質(zhì)量,通過(guò)反應(yīng),J-粒子衰變,能動(dòng)量守恒,J-粒子的不變質(zhì)量,利用雙臂正負(fù)電子磁譜儀測(cè)量正負(fù)電子動(dòng)量及其夾角第33頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月目前大量J/ψ的數(shù)據(jù)給出的質(zhì)量和寬度為:S.Eidelmanet.al,Phys.LettersB5921(2004)譜儀的質(zhì)量分辨率和粒子的固有衰變寬度的說(shuō)明第34頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2.05J-粒子衰變的電子對(duì)不變質(zhì)量譜第35頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4，核素的質(zhì)量BρiεiRAston質(zhì)譜儀第36頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*核素的質(zhì)量Ma(Z,A)與核素的質(zhì)量差額Δ(Z,A)第37頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第38頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*結(jié)合能和平均結(jié)合能B(Z,A)MeVε(Z,A)MeV2H2.2251.1133H8.4832.8274He28.2977.0736Li31.9955.3337Li39.2465.60712C92.1667.68116O122.8887.68190Kr773.1828.591143Ba1184.4588.283235U1824.8847.765236U1790.4967.587第39頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*核能的釋放：輕核（平均結(jié)合能?。┚酆蠟橹兄睾耍ㄆ骄Y(jié)合能大）有核能釋放，稱為聚變核能。重核（平均結(jié)合能小）裂變?yōu)橹兄睾耍ㄆ骄Y(jié)合能大）有核能釋放，稱為裂變核能。第40頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.4核與粒子的自旋2.4.1Stern-Gerlach實(shí)驗(yàn)和電子自旋銀原子束在梯度磁場(chǎng)中的分裂(1922)圖2.06?B/?ZμZF=μZ?B/?Z銀原子的電子排列第41頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電子自旋的經(jīng)典圖像,假定電子是個(gè)有一定尺度的自轉(zhuǎn)的磁陀螺–違背相對(duì)論基本原理.電子自旋是它在內(nèi)稟空間的一個(gè)自由度

圖2.07GoudsmitUhlenbeck第42頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.4.2光子的自旋電磁波理論光子理論微波馬達(dá)吸收能量和角動(dòng)量之比左圓偏右圓偏左螺度右螺度圖2.08第43頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.4.3粒子自旋與它們服從的量子統(tǒng)計(jì)

自旋為1/2的粒子,

電子,質(zhì)子(p),中子(n),μ-輕子,τ-輕子,ν(中微子),Λ-粒子,Ξ-粒子自旋為3/2的粒子

Ω-粒子,Δ(1232)….

自旋為0的粒子,π-介子,Κ(493)….

自旋為1的粒子,γ-光子ρ-介子,ω-介子,φ-介子,J/ψ-介子…..

自旋為2的介子,f(1270)等整數(shù)自旋的粒子服從玻色－愛(ài)因斯坦統(tǒng)計(jì)(B-E)

半數(shù)自旋的粒子服從費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)(F-D)第44頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.4.4核素的自旋，核素是由A個(gè)自旋為1/2的核子組成的，有角動(dòng)量相加的規(guī)則可推斷：服從B－A統(tǒng)計(jì)服從F－D統(tǒng)計(jì)14N－14N15N－15N分子光譜表現(xiàn)出同位素（14N和15N）的依賴性第45頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*鈉光譜的精細(xì)和超精細(xì)劈裂第46頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*原子光譜的精細(xì)和超精細(xì)相互作用SLIj=S+LF=I+jj取值：1，?=02,?≠0F取值：2j+1,j≤I2I+1,I≤j第47頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*根據(jù)超精細(xì)譜線的數(shù)目確定核自旋當(dāng),F的取值為2I+1,例如243Am的原子基態(tài)的自旋2I+1=6,I=5/2F＝7/2+IF＝7/2-I第48頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*根據(jù)超精細(xì)譜線的強(qiáng)度比來(lái)確定核自旋非相對(duì)論微擾論－黃金定律：R＝3/5I=3/2(Mif)3P1/2→3S1/2s?sjIj第49頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.5核與粒子的磁矩2.5.1粒子磁矩的量度-磁子,

經(jīng)典電磁理論:定義為單電荷的質(zhì)量為m的基本組分構(gòu)成的系統(tǒng)的基本磁子圖2.09第50頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磁子具有磁矩的量綱,角動(dòng)量L是不帶量綱的分立的數(shù).

電子以及電子為基本組分的系統(tǒng)-玻爾磁子,

核子以及核子為基本組分的系統(tǒng)-核磁子,

以夸克為基本組分的系統(tǒng)(強(qiáng)子)的磁矩用夸克磁子組分夸克質(zhì)量電子質(zhì)量質(zhì)子質(zhì)量第51頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.5.2粒子的內(nèi)稟磁矩,在微觀系統(tǒng)中粒子的自旋和粒子的軌道角動(dòng)量具有同樣的特性,有這兩個(gè)自由度的帶電粒子將相應(yīng)產(chǎn)生粒子的內(nèi)稟和軌道磁矩.以系統(tǒng)的磁子為單位,系統(tǒng)的內(nèi)稟和軌道以及系統(tǒng)的總磁矩分別為,g-因子稱為相應(yīng)的磁旋比.gL=1;gJ由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性(自旋軌道耦合等)確定;gs

由粒子的內(nèi)稟特性決定,對(duì)于無(wú)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的類點(diǎn)的帶電粒子(滿足最小電磁作用原理),

電子的狄拉克方程自然導(dǎo)出電子的自旋磁矩為一個(gè)玻爾磁子說(shuō)明電子的,第52頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.5.3原子核的磁矩和電四極矩。核素是由核子組成的，具有一定的電荷分布和磁矩分布。核素磁矩由中子、質(zhì)子的內(nèi)稟磁矩和質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)的軌道磁矩按一定的規(guī)則（核素的結(jié)構(gòu)模型）合成。gZA為核素（Z，A）的磁旋比，由核結(jié)構(gòu)模型計(jì)算得到，或者由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推出。核素磁矩與它的自旋I共線。自旋為零的核素，其磁矩為零。核素電四極矩由核素的電荷分布（質(zhì)子的分布）決定。具有球?qū)ΨQ電荷分布的核素只存在電單極矩，其它電多極矩均為零。核素態(tài)是有確定宇稱的，所有的核素都不存在電偶極矩。電的2L－極矩為L(zhǎng)－階張量。L＝0，電單極矩（標(biāo)量）；L＝1，電偶極矩（矢量）；L＝2，電四極矩（二階張量）。在理論和實(shí)驗(yàn)可達(dá)的精度，目前只要計(jì)及核素的電四極矩就可以了。由經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，電四極矩算符為：第53頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)電荷分布為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的均勻帶電體，只存在M＝0的分量。caQ>0Q<0第54頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.5.4粒子磁矩的實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)上測(cè)定粒子的自旋磁矩是磁矩算符在自旋一個(gè)特定投影態(tài)(SZ=SZmax)的期望值磁共振原理共振條件圖2.10第55頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如,在外加恒定磁場(chǎng)為1千高斯的條件下,調(diào)節(jié)激活電磁場(chǎng)的頻率,對(duì)于電子,質(zhì)子和中子它們的共振頻率分別為:電子磁共振、核磁共振技術(shù)在其他基礎(chǔ)學(xué)科的研究以及在工業(yè)、醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用*核素磁矩的數(shù)據(jù)粒子電子質(zhì)子中子共振頻率1.3996GHz4.2536MHz2.9119MHz第56頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.5.5電子g-因子的精確測(cè)定g-因子和2的偏離和QED(后續(xù))圖2.11電子：g=2+2ae~2.002319；質(zhì)子：gp=5.5854；中子gn=3.8322第57頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.6粒子的相互作用2.6.1相互作用的經(jīng)典描述—‘荷’,‘勢(shì)’和場(chǎng)—檢驗(yàn)荷在場(chǎng)中受力長(zhǎng)程力長(zhǎng)程力短程力圖2.12（參見(jiàn)第四章）第58頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作用荷之間的動(dòng)量交換圖2.13第59頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.6.2相互作用的量子場(chǎng)論描述

量子場(chǎng)論中粒子（反粒子）是用相應(yīng)的場(chǎng)（復(fù)共場(chǎng)）來(lái)描述。他們之間的相互作用是通過(guò)‘場(chǎng)’來(lái)傳遞的。粒子之間的相互作用表現(xiàn)為粒子之間的散射、反應(yīng)和衰變12341234圖2.14第60頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相互作用的量子場(chǎng)論圖像作用荷：g1,g2

m(質(zhì)量)，引力荷Qe（電荷），電磁力荷cgc（色荷），強(qiáng)作用荷gw（弱荷），弱作用荷傳播子：由作用荷產(chǎn)生的場(chǎng)的量子，圖中的虛線表示光子場(chǎng)膠子場(chǎng)W,Z場(chǎng)初態(tài)粒子1、2在某一時(shí)空區(qū)間交換傳播子過(guò)渡到末態(tài)粒子3、4t1234g1g2初態(tài)末態(tài)圖2.15第61頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)量交換:圖2.16第62頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*散射幅：設(shè)一個(gè)無(wú)限重的點(diǎn)荷g2,它在周圍空間產(chǎn)生的勢(shì)為，具有荷為g1的粒子向靶粒子投射，其散射幅為：散射幅就是散射勢(shì)在q-空間的傅立葉展開(kāi)。設(shè)散射勢(shì)為空間各向同性，選取動(dòng)量傳遞q為極軸極軸為q一級(jí)Born近似第63頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月將核力勢(shì)代入式(2.31)，*力程R，由作用勢(shì)的表達(dá)式，－R表示作用勢(shì)的強(qiáng)度減弱到原來(lái)的e-1

的空間點(diǎn)離源的距離。量子場(chǎng)論相互作用的中間過(guò)程不服從能、動(dòng)量守恒的虛過(guò)程（粒子1發(fā)射虛傳播子后到虛傳播子被粒子2接受之前）。這種虛過(guò)程不被觀察到的條件是：虛第64頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由式(2.33),傳播子容許存在的時(shí)間t與能量交換（能量不確定度）ε必須服從：Yukawa理論引入核力是通過(guò)傳播質(zhì)量為m的介子來(lái)實(shí)現(xiàn)的，能量交換的最小值：核力的力程定義為：對(duì)自旋為零、質(zhì)量為m的介子的場(chǎng)方程(2.02)空間部分求解得到作用力程(2.34)為傳播子的康普頓波長(zhǎng)第65頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月散射幅的物理意義：*頂點(diǎn)因子和耦合常數(shù)g1g2，粒子1和2發(fā)射和吸收傳播子的幾率振幅分別與它們的荷成正比。對(duì)于電磁作用，g1=Q1e，g2=Q2eg1g2=Q1Q2e2=Q1Q2αQ1，Q2分別為粒子1，2的電荷因子（電荷量子數(shù)）α

為電磁耦合常數(shù)*傳播子因子，具有面積的量綱，傳播子照亮作用荷的面積t1234g1g2初態(tài)末態(tài)參與作用的粒子‘看見(jiàn)’傳播子的‘面積’第66頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三種相互作用比較，

它們之間的差別來(lái)自它們不同的作用荷（耦合常數(shù)）和傳播子，因而表現(xiàn)出它們具有不同的作用截面、衰變寬度和不同的作用力程。在當(dāng)前的能標(biāo)下，在粒子物理世界中，引力是不重要的。電磁作用弱作用強(qiáng)作用作用荷QegW~ecgh耦合常數(shù)α～10-2G=1.17*10-5αs~0.1-1傳播子光子W±Zog，膠子傳播子質(zhì)量083，91GeV0作用力程長(zhǎng)程10-18m10-15m典型截面m210-3310-3910-30典型壽命s10-2010-1010-23第67頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.7粒子的分類

到目前為止,人們把粒子分為三大類。2.7.1規(guī)范矢量玻色子和標(biāo)量玻色子矢量玻色子的基本特性

BosonJPm(GeV/c2)Г(GeV)Gluon1-00Photon1-00W±1-80.2