粒子物理簡(jiǎn)介課件

粒子物理簡(jiǎn)介例如：質(zhì)子、中子、電子和它們的反粒子及

子、

介子、K介子等。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了400多種基本粒子(包括共振態(tài)粒子)?；玖Ｗ樱簶?gòu)成物質(zhì)世界的基本單元。1.反粒子和奇異粒子（1）反粒子

正粒子和反粒子有相同的質(zhì)量、自旋、壽命，電荷等值反號(hào)，磁矩方向相反。從理論上說(shuō)，還應(yīng)該有這些反粒子組成的反原子核、反原子、反物質(zhì)、反星體等。1932年安德遜在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了正電子,從1955年起陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子、反中子、反介子、反超子。

反粒子和奇異粒子質(zhì)子和反質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生湮沒(méi)0光子兩個(gè)空位空位自由電子的能量區(qū)域電子偶的產(chǎn)生和湮沒(méi)反粒子和奇異粒子（2）奇異粒子

在二十世紀(jì)50年代又在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了與基本粒子不同的具有以下奇怪性質(zhì)的奇異粒子。（如：K介子、超子、超子、超子和超子）b.奇異粒子總是成對(duì)地產(chǎn)生。a.奇異粒子產(chǎn)生過(guò)程非?？欤プ冞^(guò)程卻又非常慢。反粒子和奇異粒子

我們用質(zhì)量、電荷、自旋、磁矩等性質(zhì)表示基本粒子，又加入了“奇異數(shù)”這個(gè)量子數(shù)，來(lái)反映基本粒子的奇異現(xiàn)象。對(duì)于非奇異粒子，奇異數(shù)為零；對(duì)于奇異粒子，奇異數(shù)不為零。反粒子和奇異粒子（1）重子類

這類粒子質(zhì)量較大，包括核子和超子（因質(zhì)量超過(guò)核子，故稱為超子）。（2）輕子類

這類粒子質(zhì)量較小，包括電子、介子、介子及其相應(yīng)的中微子。（3）介子類

質(zhì)量介于重子和輕子之間的粒子稱為介子。包括K介子、介子、介子。（4）光子類

只有光子一種，其靜止質(zhì)量為零。2.基本粒子的分類

按質(zhì)量分為四類：

自旋是的半整數(shù)倍的基本粒子稱為費(fèi)米子。包括重子和輕子。輕子、核子的自旋為1/2，超子的自旋為1/2、3/2。（1）玻色子（2）費(fèi)米子

自旋是的整數(shù)倍的基本粒子稱為玻色子。包括光子類和介子類。光子的自旋為1，介子的自旋為0。按自旋分為兩類：基本粒子的分類

由于介子和重子參加強(qiáng)相互作用又統(tǒng)稱為強(qiáng)子。

1974年丁肇中等發(fā)現(xiàn)了J/

粒子，J/粒子也是一種介子。

丁肇中基本粒子的分類3.基本粒子的相互作用

宇宙間的一切物質(zhì)的相互作用歸結(jié)為以下四種。（1）強(qiáng)相互作用

強(qiáng)相互作用是一種原子核結(jié)合在一起的力，它的作用范圍為m

以下，故稱短程力；作用時(shí)間極短，約為s,這種相互作用強(qiáng)度大，比電磁作用強(qiáng)得多，故稱強(qiáng)作用。強(qiáng)相互作用只存在于重子和介子之間。

（2）弱相互作用

弱相互作用范圍在10-17m以下，通常也稱短程力。弱相互作用的強(qiáng)度比強(qiáng)相互作用弱得多，作用時(shí)間慢得多。參與弱相互作用的粒子：一切強(qiáng)子和輕子?；玖Ｗ拥南嗷プ饔酶窭夭袼_拉姆（3）電磁相互作用

一切具有電荷或磁矩的全部粒子包括強(qiáng)子和輕子都參與電磁相互作用。電磁相互作用通過(guò)電磁場(chǎng)交換光子來(lái)實(shí)現(xiàn)。一些基本粒子通過(guò)電磁相互作用發(fā)生衰變。電磁相互作用的強(qiáng)度比強(qiáng)相互作用弱，電磁力的大小與物體間距離的平方成反比?；玖Ｗ拥南嗷プ饔?/p>

（4）萬(wàn)有引力相互作用

所有粒子都參與萬(wàn)有引力相互作用，其強(qiáng)度比弱作用還小，與物體間距離的平方成反比。傳遞引力的粒子稱為引力子。基本粒子的相互作用表20-5四種相互作用的比較天體之間

衰變?cè)咏Y(jié)合核力舉例引力子中間玻色子光子

介子傳遞子一切物體強(qiáng)子、輕子強(qiáng)子、輕子強(qiáng)子被作用粒子作用時(shí)間(s)

作用范圍(m)1相對(duì)強(qiáng)度引力作用弱作用電磁作用強(qiáng)作用名稱基本粒子的相互作用1964年蓋爾曼等人提出強(qiáng)子由夸克組成。他認(rèn)為所有強(qiáng)子都是由三種夸克組成，這三種夸克分別稱為上夸克、下夸克、奇異夸克，分別用u、d、s表示。三種夸克都有相應(yīng)的反夸克。

實(shí)驗(yàn)證明，除輕子還未發(fā)現(xiàn)有任何內(nèi)部結(jié)構(gòu)外，核子、超子、介子即所有的強(qiáng)子都還能細(xì)分。基本粒子的相互作用蓋爾曼4.強(qiáng)子的夸克模型

原子由原子核和電子構(gòu)成，原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成，那么質(zhì)子、中子內(nèi)部是否還有內(nèi)部結(jié)構(gòu)？1932年，斯特恩測(cè)得質(zhì)子的磁2.79，后來(lái)又測(cè)得中子的磁矩為-1.91（而不是零），中子不帶電，可磁矩卻不為零，說(shuō)明中子還有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

用能打入質(zhì)子內(nèi)部的高能量輕子打擊質(zhì)子，由于輕子能量很高，能打入質(zhì)子內(nèi)部，因此可以發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的內(nèi)部是否有結(jié)構(gòu)。1956年霍夫斯塔特用高速電子轟擊質(zhì)子時(shí)，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的電荷分布半徑為0.7fm.后來(lái)又發(fā)現(xiàn)中子雖呈電中性，但內(nèi)部卻有正電和負(fù)電，電荷分布半徑為0.8fm。還發(fā)現(xiàn)核子內(nèi)部存在好多個(gè)散射中心。強(qiáng)子的夸克模型

夸克模型認(rèn)為：所有重子都是由三個(gè)夸克組成，所有介子都是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成。

夸克共有六種，其性質(zhì)如下表所示。強(qiáng)子的夸克模型夸克電荷/e自旋同位旋奇異數(shù)重子數(shù)u(上)2/31/21/201/3d(下)-1/31/21/201/3s(奇)-1/31/20-11/3c(粲)2/31/2001/3b(底)-1/31/2001/3t(定)2/31/2001/3六種夸克特性表強(qiáng)子的夸克模型

介子是由()構(gòu)成介子是由()構(gòu)成介子是由()構(gòu)成質(zhì)子p是由(uud)構(gòu)成中子n是由(udd)構(gòu)成強(qiáng)子的夸克模型

要組成自旋為半整數(shù)的重子和自旋為零的介子，夸克的自旋應(yīng)為,它的兩個(gè)分量為。如果用電子或質(zhì)子所帶電荷作為單位，為要組成電荷為正負(fù)整數(shù)或零的強(qiáng)子，夸克所帶的電荷就是分?jǐn)?shù)電荷：u夸克的電荷為，d夸克和s夸克的電荷為。

夸克通過(guò)強(qiáng)相互作用結(jié)合成強(qiáng)子。

強(qiáng)子的夸克模型

要組成自旋為半整數(shù)的重子和自旋為零的介子，夸克的自旋應(yīng)為,它的兩個(gè)分量為