198粒子和宇宙.PPT

第八节 粒子和宇宙 1、知识与技能 （1）了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史； （2）初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一。 2、过程与方法 （1）感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法； （2）能够突破传统思维重新认识客观物质世界。 3、情感、态度与价值观 （1）让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性； （2）培养学生的科学探索精神。 19.8《粒子和宇宙》 1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在 一、“基本粒子”不基本 道尔顿 （原子） 汤姆逊 （电子） 卢瑟福（质子） 查德威克（中子） 盖尔曼 （夸克） 发现各种微粒的科学家 粒子的分类 分类 自旋 泡利不相容原理 统计规律 费米子 (电子 质子 中子 各种重子) 半整数 1/2，3/2，… 服从 费米—狄拉克统计分布 玻色子 ( 光子 ? 介子 K介子、?介子 ) 整数 0 或 1 等 不服从 玻色— 爱因斯坦统计分布 1. 按自旋分类 二、发现新的粒子 万有引力 电磁力 弱相互作用 强相互作用 引力子 ＋ 光子 ＋ ＋ 轻子 ＋ ＋ ＋ 强子 ＋ ＋ ＋ ＋ 3. 按相互作用分类(＋ —— 参与) 正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量 ( 如电荷、磁矩等 ) 的符号相反。 引力子 自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速运动。 光子 自旋为1，是玻色子 2. 正粒子、反粒子 相互作用是通过交换一定粒子实现的 作用类型 引力作用 电磁作用 弱作用 强作用 交换粒子 引力子 光子 玻色子 (W+ 、W– Z0 粒子) 胶子 引力子尚未被实验证实 弱电统一理论:电磁相互作用和弱相互作用被看作是一种相互作用。 大统一理论试图将强、电、弱三种相互作用统一起来。 分类 粒子名称 自旋 介子 ?、 ? 、 K介子等 整数 玻色子 重子 核子 质子、中子及其反粒子 1/2 (Ω超子 3/2) 费密子 超子 ΩΣΛΞ超子及反粒子 强子分类 K 介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象 协同产生: 一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。 奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s), 表明是在强 相互作用下进行的；而衰变过程很慢(寿命约为10-8 ～ 10-10s)， 表明是在弱相互作用下进行的。 分类 正反粒子 自旋 电荷量 e 重子数B 轻子数 寿命10-6s 轻 子 电子μ子 τ子 1/2 -1 +1 -1 +1 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1 稳定 2.2 2.3 中 微 子 稳定 轻子（共6种+反粒子） 中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。 说明 例如 质子 奇异粒子 π+ 介子 夸克 质量 电荷 e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数 d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0 u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0 s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0 c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0 b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0 t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1 三、夸克模型 1983年，鲁比亚实验组在高能质子—反质子对撞试验中发现了W +、W -和 Z0 粒子。为60年代提出的弱电统一理论提供了实验上的支持。 欧洲核子中心高能质子同步加速器上的UAI 探测器 宇宙——从何而来？ 大爆炸理论 (The Big Bang Theory) 宇宙从一个“奇点”爆炸产生 大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生 时间的零点 早在1929年，埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。 1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。整个空间可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。 根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度