物质的基本粒子

关于物质的基本粒子物质的基本粒子我的世界是由许许多多的基本粒子构成的.大到宇宙天体,小至细胞原子.历史上人们为认识物质不断努力着.古希腊哲学家指出我们的物质世界是由许许多多”原子”组成的.(不过这里的”原子”只是一种抽象化了的概念,并非我们现在生活中所指原子)再如中国古代的哲人们认为任何物质都是由一种基本的粒子组成的.第2页,共28页，2024年2月25日，星期天这是一些朴素的基本粒子认识观.到十九世纪人们通过化学反应中物质的分子原子数量保持不变,而认为原子是组成物质的基本粒子.直到1897年汤姆逊发现电子后,原子其实也不是组成物质最基本的粒子它也有自己的结构.再后来随着1919年质子的发现和1932年查德威克发现中子,人们才认识到原子是由中子.电子.质子所构成.第3页,共28页，2024年2月25日，星期天尔后，1932年发现正电子，1937年汤川秀树发现u子，1947年科学家又发现K介子和介子（介子是质量介于质子和电子之间的粒子），再到后来科学家们从宇宙射线中发现了另外一些基本粒子，特别是粒子加速器的发明使基本粒子的数目大量增加。第4页,共28页，2024年2月25日，星期天同时人们发现，许多粒子都有和它质量相同但电荷相反的粒子，这些粒子叫作反粒子（1927年狄拉克提出电子的方程即狄拉克方程它满足狭义相对论且能够解释实验中已观测到的电子自旋可取+1/2和-1/2，并预言正电子的存在并预言一切构成物质的粒子都有反粒子）。第5页,共28页，2024年2月25日，星期天例如电子的反粒子是正电子，质子的反粒子叫反质子，它是科学家于1955年发现的。新粒子的发现使人们的视野不断开阔，目前已发现的基本粒子达数百种，并且这一数目还在不断的增加。第6页,共28页，2024年2月25日，星期天基本粒子的分类按基本粒子之间的主要相互作用，它们大体可分为三类：强子.轻子和媒介子。强子：核子之间的核力，是一种比电磁作用强得多的相互作用，叫强相互作用。凡是参加强相互作用的粒子都叫强子，质子是最早发现的强子。强子又分重子（中子.质子.超子）和介子两类第7页,共28页，2024年2月25日，星期天轻子：轻子都不参加强相互作用，目前只发现六种这六种粒子都有自己的反粒子。电子是最早发现的轻子。u子从它的许多性质来看它也属于轻子。1975年又发现了一种质量很大的轻子，称为t子，也叫重轻子。还有三种中微子（电子中微子u子中微子t子中微子）也属于轻子。媒介子：是传递物质间相互作用的粒子，例如光子.引力子弱力的媒介有Z和W,强力的媒介有8种颜色（这里的颜色不是我们日常生活中所说的颜色）的胶子。第8页,共28页，2024年2月25日，星期天其中这些粒子中除了质子电子光子等少数粒子能够稳定存在，其它粒子大都是不稳定的。例如中子的寿命为9.3×100秒，再如u子的寿命为2.2×10秒，中性介子的寿命为0.83×10秒。它们在衰变的过程中也会产生一些其它粒子第9页,共28页，2024年2月25日，星期天结合上面事例以及我们已掌握的大量事实我们可以断定宇宙中这些基本粒子间存某种联系（中子衰变产生质子负电子和中微子，而质子回释放一个正电子同时生成中子和中微子）。第10页,共28页，2024年2月25日，星期天而且我们可以断定我们宇宙中的每一个粒子都有自己特定的功能，它们各尽所能，从而使我们的宇宙在某一方程的支配下正常运转。虽然对于这些粒中的大部分，我还不清楚它们的作用，但是每一个粒子肯定担当着一特定的角色。

第11页,共28页，2024年2月25日，星期天但我们要相信我们宇宙的能力，她绝对能确她所生产的东西既不是废品，同时又是独一无二的.第12页,共28页，2024年2月25日，星期天思考再如上面我提到反粒子。电子和正电子碰撞时湮灭（？）（自然界三大守恒定律）。任何粒子都有它的反粒子，而我们的宇宙就是由这些基本粒子组成。或许我们的宇宙在开始时就不存在，在某一时刻（这里时刻应是不准确的，那时应不存在时空）世上有了正反粒子的出现于是有了宇宙。第13页,共28页，2024年2月25日，星期天粒子的反粒子的存在，一定程度上是由我们的宇宙的对称性决定的。我们应感叹我们的宇宙是如此美妙，她把世上的事都安排的尽善尽美。

第14页,共28页，2024年2月25日，星期天任何一个细微之处都不放过。虽然我们的世界对称中存称不对称但正如李政道先生所说：不对称中存在于对称中才更说明我们宇宙的对称性（不对称与对称不就是一组对称吗？）。第15页,共28页，2024年2月25日，星期天但是随着基本粒子数目的增加，同时由于20世纪60年代盖尔曼夸克理论的提出及被证明使人们认识到这些粒子也不可能是组成物质最基本的粒子。对于以上内容其实我们可以这样来理解。首先我们提出这样一个问题，我们的宇宙是否有边界。或者可以这样来说我们的宇宙是否是一个孤立系统？第16页,共28页，2024年2月25日，星期天在我看来我们的宇宙应该是一个有界系统，若是一个无界系统则它可看成一个孤立系统。但是我们知道一个孤立系统内的物质总是从不均匀到均匀，最后处在均匀状态。从现今主流的宇宙学说我们得知我们的宇宙起源于一次大爆炸，在宇宙的形成初期她应该是一个各向物质均匀的系统，但是随着时间的推移，宇宙中慢慢形成太阳地球等宇宙天体，第17页,共28页，2024年2月25日，星期天而这使宇宙变得不均匀，从而可知宇宙应该不是一孤立系统（或许宇宙中存在着大量的中微子来平衡这一不均匀）。月亮是地月系统的一部分，地球属于太阳系的一部分，而太阳则是银河系亿万颗横星中的一颗……或许我们的宇宙也是某一系统的子系统,而此时所说的基本粒子也应还有它们自己的结构（例如强子是由夸克组成，而电子本身存在自旋理应它内部也是有结构的）。第18页,共28页，2024年2月25日，星期天宇宙大爆炸模型第19页,共28页，2024年2月25日，星期天近来物理学界倾向于把以前称作为基本粒子的物质，统称为基本粒子。同时越来越多的物理学家认为基本粒子的提法是不正确的。物质结构在不同的能量尺度有不同的层次，最终的层次很可能不存在。第20页,共28页，2024年2月25日，星期天u子衰变子是不稳定的能自发衰变。当初把宇宙射线中的u子，经过一层密度较大物质减弱程度，同通过单位面积中具有相同质量的空气的减弱程度相比较，发现在空气中的减弱比较多。这两种吸收层单位面积的质量是相同的，但空气层要厚的多，这就是说通过空气层的时间要要比通过密度高的吸收层的时间长。如果u子是稳定的粒子，通过这两种吸收层的减弱程度应相同。事实是通过空气层的减弱程度大第21页,共28页，2024年2月25日，星期天。这说明粒子会自发发生衰变，时间越长自发衰变的越多。经过这个原则设计的实验进行测量，测得u子的平均寿命是2.2×10秒那麽u子衰变成什麽呢?在云室或乳胶中可以观察到u子衰变成电子，但电子的径迹不在u子的方向。电子从u子径迹的末端向另一方向射出这说明u子衰变中不仅产生电子而且还产生一种中性粒子中性在云室或乳胶中是显示不出径迹的。第22页,共28页，2024年2月25日，星期天此外又测出衰的电子的能量是连续分布的。从零到55Mev，这说明至少有两种中性粒子产生，经过一个时期的研究，知道这两种中性粒子的质量差不多是零，一种是同u子联系的，用vu表示，另一种是同电子联系的，用ve表示。u子的衰变方程可表示为：

u→e+vu+ve,（相当于u+vu→e+ve）

u→e+vu+ve.（相当于u+vu→e+ve）第23页,共28页，2024年2月25日，星期天u子有带正电和带负电两种，u是u反粒子，正负子分别衰变成正负电子，正电子是负电子的反粒子。上式中v为v的反粒子，为v的v反粒子。这四种中微子分别同正负u子正负电子有一定的联系，如上面括弧中所示。u子同原子核的相互作用:从实中我们了解原子核对正负子的俘获完全不同。第24页,共28页，2024年2月25日，星期天在吸收物中u子被原子核排斥，经自发衰变而消失。u子能量逐渐损耗而速度变慢的情况下被原子核俘获，进入玻尔轨道绕核运动。由于u子质量是电子质量的207倍，其轨道半径相应应比电子轨道半径小，在轨道中的子也能通过跃迁来发射射线。（我国张文裕发现）u子虽被原子核俘获，但同原子核的相互作用是十分微弱的。因此可见u子不是强子，它的衰变是弱相互作用的效果，它是轻子。第25页,共28页，2024年2月25日，星期天问题我们是否能够让光子的运动速度变慢。电子为什麽会绕着原子核运动，而且永远落不到原子核上。（我们知道原子中的电子永远都在不停地绕核高速运转，原子核对它们有一一个吸引作用，它就有一个和