《大学物理学电子教案》第章粒子物理简介.ppt

第十七章 粒子物理简介 §17-1 基本粒子 §17-2 守恒定律 §17-3 夸克 标准模型 * * 17-1-1 基本粒子 —— 一个历史的概念 1803年，英国科学家道尔顿指出： 所有物质都是由“单质原子”或“复合原子”（分子）组成。 1897年汤姆孙发现电子，人们开始意识到原子具有结构。 1919年，卢瑟福发现了质子。 1932年，查德威克发现了中子。 进入20世纪，人们开始把质子、中子、电子和光子一起称为基本粒子。 1932年，安德森发现了正电子。 相对论能量与动量关系： 能量 E 可取负号！ 负能态 正能态 0 + - 正负电子总是成对出现。 湮没： 电子跃入负能态的空穴中，正、负电子将消失，同时放出光子的现象。 结论：“基本粒子”可以相互转化，物质的各种形态可以相互转化。 “基本粒子”一词是一个发展着的历史概念！ 铅板 e+ e- 17-1-2 粒子的相互作用 四种基本相互作用： 引力相互作用：长程力。在质量巨大的天体之间表现得十分强大，在微观领域却是微不足道。 电磁相互作用：长程力。除了万有引力，几乎是所有宏观力的缔造者。强度是强力的10-2倍。 弱相互作用：短程力（10-16 m）。它的主要作用表现在支配一些粒子的衰变和俘获。 强相互作用：短程力（10-15m）。作用强度最强。 四种基本相互作用: 引力子 长程力，∞ 10-39 引相互作用 W±，Z0玻色子 短程力，10-16 m 10-5 弱相互作用 光子 长程力，∞ 10-2 电磁相互作用 胶子 短程力，10-15 m 1 强相互作用 场粒子 力程 相对强度 相互作用 17-1-3 粒子的分类 强子：一切参与强相互作用的粒子，它又可分为介子和重子。 介子：自旋为 0 或 1，衰变的最终产物是电子、正电子、中微子和光子。 重子：自旋为半整数，1/2 或 3/2。最终的衰变物都包含有质子。 轻子：不参与强相互作用的粒子，自旋为1/2。 场粒子：粒子与粒子相互作用时的交换粒子。 共振态：粒子与粒子相互碰撞时出现极其短暂（10-23 s ）的结合。 稳定 +1 24 τ中微子 稳定 +1 0.27 μ中微子 稳定 +1 7.3 电中微子 4×10-13 +1 1784 τ+ τ- τ子 2.19703×10-6 +1 105.7 μ+ μ- μ子 稳定 +1 0.511 e+ e- 电子 轻子 寿命/s 奇 异 数 S 重 子 数 B 轻子数 Le Lμ Lτ 质 量 /MeV 反粒子 符号 粒子 类别 5.18×10-8 +1 0 497.7 1×10-18 548.8 自身 η η介子 2.2×10-21 958 自身 η′ 0.89×10-10 +1 0 497.7 1.24×10-8 +1 0 493.7 Κ介子 0.83×10-16 0 0 135.0 自身 2.60×10-8 0 0 139.6 π介子 介子 强子 寿命/s 奇 异 数 S 重 子 数 B 轻子数 Le Lμ Lτ 质 量 /MeV 反粒子 符号 粒子 类别 0.82×10-10 -3 +1 1672.5 Ω- Ω超子 1.64×10-10 -2 +1 1321.3 Ξ- 2.9×10-10 -2 +1 1314.9 Ξ0 Ξ超子 1.48×10-10 -1 +1 1197.4 Σ- 6×10-20 -1 +1 1192.5 Σ0 0.8×10-10 -1 +1 1189.4 Σ+ Σ超子 2.6×10-10 -1 +1 1115.7 Λ0 Λ超子 920 0 +1 939.6 n 中子 稳定 0 +1 938.3 P 质子 重子 寿命/s 奇 异 数 S 重 子 数 B 轻子数 Le Lμ Lτ 质 量 /MeV 反粒子 符号 粒子 类别 17-2-1 重子数和轻子数 重子数（B） 其他粒子：B = 0 重子：B = 1 反粒子：B = -1 重子数守恒定律：粒子在衰变或反应前后，总重子数相等。 轻子数 （L） 电子、μ子、τ子以及相应的中微子： L = 1； 电子、μ子、τ子和中微子等反粒子： L = -1。 其他粒子：L = 0 轻子数守恒定律：粒子在衰变或反应前后总轻子数相等。 1