物理好图：粒子的探索和研究 产生过程非常迅速和强烈，衰变过程却十分缓慢；总成对产生，而衰变时则可各行其事。

[PPT] PowerPoint 演示文稿
文件格式: Microsoft Powerpoint - HTML 版
标记量子数相当复杂：自旋量子数，同位旋量子数、重子数、轻子数、奇异数和粲数等等。 这452种粒子是否都是基本的？粒子中是否存在内部结构的，是否由更基本粒子所组成 ...
202.117.96.226:8090/物理学2/.../18-8对粒子的探索和研究.ppt

这是 http://202.117.96.226:8090/%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A62/%E7%AC%AC18%E7%AB%A0%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A0%B8%E5%92%8C%E7%B2%92%E5%AD%90/18-8%E5%AF%B9%E7%B2%92%E5%AD%90%E7%9A%84%E6%8E%A2%E7%B4%A2%E5%92%8C%E7%A0%94%E7%A9%B6.ppt 的 HTML 档。
G o o g l e 在网路漫游时会自动将档案转换成 HTML 网页来储存。
1


§18-8 对粒子的探索和研究


1886年戈德斯坦观察到另一种辐射沿与阴极射线相反的方向运动。汤姆孙称正射线。卢瑟福把组成正射线的粒子定名为质子，质子是氢原子核。


1876年戈德斯坦指出，真空管壁上出现的绿色辉光是由阴极产生的某种射线引起的，称阴极射线。 1897年，汤姆孙确定组成阴极射线的粒子是电子。


1919年卢瑟福用粒子轰击氮核产生一个氧核和一个质子，说明氮核中存在质子，并断定所有原子核中都存在质子。

2


质子和中子统称核子依靠核力结合成原子核。1935年汤川秀树提出核力的介子场理论。


伊凡宁柯和海森伯建立核的质子中子结构学说。


1930年博特和贝克尔在用粒子轰击铍核时，发现一种不带电粒子射线放出。1932年查德威克指出这种射线粒子是一种质量与质子相近的不带电的中性粒子，定名为中子。


1938年安德森和尼德梅耶发现介子，介子被称为介子是历史误会，后来改称为子。1947年才从宇宙射线中找到汤川预言的介子——介子 。介子最重要的不在于质量而是必须参与强相互作用。

3


1932年安德森最先观察到正电子，电子的反粒子，又先后发现了子和 介子 。


到20世纪50年代发现一些有奇特性质粒子，K介子,超子,超子,超子,超子等统称奇异粒子。


产生过程非常迅速和强烈，衰变过程却十分缓慢；总成对产生，而衰变时则可各行其事。


宇宙射线是来自外层空间的高能粒子流，粒子的最高能量可达1012GeV，主要成分是具有10亿电子伏数量级能量的高速质子。云南西藏观测站。

4


所有粒子都应有其反粒子。粒子和它的反粒子具有相同的质量、自旋量子数和寿命，而电荷则等量异号，自旋磁矩的方向相反。


1955年，塞格里和钱伯林发现了反质子，以后又相继发现了反中子、反介子和反超子等。


寻找反物质是一个需要探索的重大课题。


为描述这类粒子奇特性质引入一个新量子数，为奇异数，并假定在强相互作用过程中奇异数守恒，而奇异数不守恒的过程是弱相互作用过程。

5


把从加速器中获得的高能粒子束分成两束，改变运动方向，使它们相向运动并发生对头碰撞，以观测其次级现象，这种装置就是对撞机。


我国2.8GeV的正负电子对撞机。世界TeV级的正负质子对撞机。近年来，粒子物理中一系列重大进展几乎都是在对撞机上得到的。今后粒子物理的最前沿的研究成果将主要在对撞机上获得。


高能粒子加速器是使粒子获得高能量的大型装置，由加速器获得的高能粒子与静止靶中的粒子相碰撞，从所发生的次级现象中获得新粒子的信息。

6


由于大量共振态粒子的发现，到目前为止，粒子的总数达到452种。


处于激发态的粒子称为共振态粒子。质量比其基态粒子大得多，寿命和自旋量子数也与基态不同。与基态粒子在粒子的基本特性上有很大差异，所以不能把它们视为同一种粒子。


按照质量和是否参与强相互作用分类，质量轻且不参与强相互作用的费米子称为轻子，有电子e 、 子、 子，和与它们相对应的中微子e 、 、，以及它们的反粒子。

7


一切参与强相互作用的粒子统称为强子，强子又分为介子和重子，前者是玻色子后者是费米子。重子又包括核子和超子。


标记量子数相当复杂：自旋量子数，同位旋量子数、重子数、轻子数、奇异数和粲数等等。


这452种粒子是否都是基本的？粒子中是否存在内部结构的，是否由更基本粒子所组成？


1964年盖尔曼和兹韦格各自独立提出强子夸克模型，我国科学家曾提出层子模型。夸克模型认为，所有强子都是由夸克(quark)组成的。

8


根据强子特性的对称性提出三夸克模型，认为强子是由三种(称为三味)夸克(上夸克u、下夸克d和奇异夸克s )和它们的反夸克所组成。


1974年丁肇中等人发现J/粒子；1977年美国费米实验室发现比J/粒子重三倍的  粒子。这两种粒子的发现，是两味新夸克及其反夸克存在的实验证据，这两味新夸克就是粲夸克c和底夸克b。


理论上还预言了第六味夸克，即顶夸克t的存在。 1995年3月费米实验室发现了顶夸克存在的证据。顶夸克的发现是物理学中的重大事件。

9


在夸克组成强子时，会出现三个完全相同的夸克存在于同一个强子中的情形，作为费米子的夸克，这是违背泡利不相容原理的，


引入一个新的量子数——色荷，认为每一味夸克都有三种不同的“色”状态，即“红”、“绿”和“蓝”。


不同的夸克是如何结合在一起组成强子的呢？ 胶子是传递夸克之间相互作用的媒介粒子。1979年丁肇中小组证实了胶子的存在。


夸克的“色”和“味”都是描述夸克特性和状态的量子数，不再具有它们原先字面的涵义了。

10


夸克具有奇特的性质。任何通常条件下无法把夸克从它们的束缚态中解脱出来，六味夸克[上夸克(u)、下夸克(d)、粲夸克(c)、奇异夸克(s)、底(美)夸克(b)和顶(真)夸克(t)]都在束缚态发现。


关于夸克在核内的性质有待进一步探索。


欧洲子实验合作组发现，与在自由核子内相比，在原子核内的核子包含较多的低动量夸克，EMC效应。由EMC效应推测，在核内夸克可以在一个比在自由核子内更大的禁闭区域内活动。


夸克都被“禁闭”在束缚态中称为“夸克禁闭”。夸克间越靠近相互作用越小称为“渐近自由”。

11


传递电磁相互作用的媒介粒子是光子，而1983年发现的中间玻色子(W、W 和Z0)是传递弱相互作用的媒介粒子。传递基本相互作用的媒介粒子( 胶子、光子和中间玻色子以及引力子g )统称为规范玻色子。


粒子物理所有实验结果，都可用三类基本粒子 (即轻子、夸克和规范玻色子)和四种基本相互作用(强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用)加以解释，粒子物理的标准模型。

12


“标准模型理论令人注目地成功经受了所有实验的检验，超出标准模型理论的实验结果一个也没有找到。”从电子到顶夸克经历一世纪探索得到标准模型，粒子研究是否应该画上一个圆满的句号呢？


暗物质的发现又在晴朗的天空布上了一团乌云。


宇宙中存在螺旋状星云，是万有引力作用下的旋转星系。如果星云质量比较集中于中心区域，则外部星体的运动速度应随r的增大而减小。观测结果的确是质量分布中心密，外部疏，但v2 却几乎不随

r 变化。

13


表明在半径为r的球体内部还存在许多未被观测到的物质，数量大分布范围比观测到的星云分布还要广，对m有引力作用。这种不能提供任何直接的电磁作用信号但有引力效应的物质称为暗物质。


可观测物质与暗物质的量之比在1 : 1060， 暗物质的量至少比可观测物质大一个量级。


一类暗物质与其它星体相似，是质子、中子等重子所组成，由于演化到一定阶段，温度很低，不能输出任何可以观测的电磁信号。重子物质的暗物质。

14


另一类成分是电中性的、有静止质量的、其稳定寿命长于宇宙年龄的粒子，不直接参与电磁相互作用，允许其参与弱相互作用，自然不会放出或吸收电磁信号，非重子物质的暗物质。


只有中微子及其反粒子勉强符合这种要求。中微子的静质量接近于零。中微子只能是以高速运动的暗物质（热暗物质）的组成粒子。


低速运动暗物质(冷暗物质)的组成粒子，应是一种质量很大的中性稳定粒子，不直接参与电磁相互作用，但可参与弱相互作用和引力相互作用。这些粒子需继续探索和研究？

15


点击深色键返回原处→


( E.Segre )