8　粒子和宇宙

第十九章原子核 第八节粒子和宇宙 隐藏在原子内心的 是宇宙结构的秘密 格拉肖 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 一 基本粒子 不基本 二 发现新的粒子 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 2 发现新粒子 2 科学家通过宇宙射线和核物理实验的研究发现了哪些粒子 3 什么是反粒子 4 现在可以将粒子分为哪几类 分别包括哪些粒子 2 宇宙射线研究中1932年发现正电子 1937年发现 子 1947年发现K介子与 介子物理实验研究中发现了许多反粒子 现在发现的粒子多达400多种 3 许多粒子都存在着质量与它相同 而电荷及其他一些物理性质相反的粒子 叫做反粒子 4 按粒子与各种相互作用的关系 可分为三类 强子 轻子和媒介子强子 质子 中子 轻子 电子 电子中微子 媒介子 光子 胶子 强子 轻子 媒介子 希格斯玻色子别称上帝粒子 Godparticle 是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子 这种玻色子是物质的质量之源 是电子和夸克等形成质量的基础 其他粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性 进而形成质量 构筑成大千世界 2012年7月4日科学家宣布发现了一个新粒子 与希格斯玻色子特征有吻合之处 2013年10月8日 诺贝尔物理学奖在瑞典揭晓 比利时理论物理学家弗朗索瓦 恩格勒和英国理论物理学家彼得 希格斯因希格斯玻色子的理论预言获奖 2014年6月 上帝粒子 研究显示 宇宙是不存在的 人类对真理的追求永无止境 2 按相互作用分类 强子 轻子 媒介子 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 1 正粒子 反粒子 轻子 共12种 强子分类 1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克 TopQuark 的存在 三 夸克模型 盖尔曼 夸克 三 夸克模型 强子结构的夸克模型 粲夸克c底夸克b顶夸克t 强子结构夸克模型 1964年 介子 夸克和反夸克组成 重子 三个夸克组成 四 宇宙的演化 大爆炸理论 TheBigBangTheory 宇宙从一个 奇点 爆炸产生 6 描述宇宙演化的过程 物理学中研究微观世界的粒子物理 量子理论 与研究宇宙的理论竟然相互沟通 相互支撑 宇宙从一个 奇点 爆炸产生 5 恒星的演化 五 恒星的演化 恒星中心核可能经历的核燃烧过程及其生成物 恒星内部物理过程 核心H枯竭 壳层H燃烧 核心He燃烧 核心He枯竭 壳层He和H燃烧 核心C燃烧 核心C枯竭 壳层C He和H燃烧 O Ne Si燃烧 Fe核 巨蛇座弥漫星云M16 弥漫星云 玫瑰星云 宇宙 宇宙 星空 热力与重力的抗争红巨星的终结会因质量的不同而有不同的结果 质量为太阳三倍以下 会形成白矮星 质量为太阳三倍以上 则形成超新星 热力与重力的抗争 红巨星乃恒星的老年状态 恒星内部的核融合将氢结合成氦 氦合成碳 碳合成氧 直至产生铁后 便不能再进行核融合 核融合变少 恒星温度下降 使恒星收缩 收缩后 又因收缩产生热力 恒星再次膨胀 恒星就如此落入重力与热力的竞争中 后期因铁核增大 膨胀收缩的幅度上升 形成称为变星的亮度脉冲星体 红巨星 它 为什么称为红巨星呢 当一星球 进入 碳氮氧循环 核能反应的变星阶段 此时星球的外观充满着 快速扩散 的气体 也因此而降低了温度 呈现 红色 的低温特征 如此巨大呈现泛红的星体被称之为 红巨星 星球外层气体会膨胀而成 红巨星 白矮星为小质量恒星的死亡方式 在红巨星阶段 气体层散发后 剩下的散发淡光的铁核 这就是白矮星 白矮星温度很高 质量也大 一立方厘米约为十个人的质量 大小如同地球 白矮星最后会因能量散失 主要是光 而变为暗淡无光的黑矮星 新星 超新星的残骸 超新星为大质量恒星的死亡方式 恒星因铁核质量周过大 膨胀收缩激烈 铁核因重力使质子与电子结合 形成中子核和放出微中子 气体层收缩 冲击核心造成向外的冲击波 气体层爆发 造成超新星 超新星虽是一个恒星的死亡 但同时造就很多恒星的诞生 超新星造成的向外冲击波 使气体云压缩 形成原始星 中子星是超新星爆炸后遗留的恒星核心 由中子构成 密度为水的10 14 10的14次方 倍 仅一立方厘米的质量就足有全球人类那么重 大小仅为三十公里 中子星的两个强大磁极 带动四周带电粒子运行 放出电波 亦因自转轴与磁极不平行 电波因而呈圆周放射 地球便接收到一连串脉讯号 因此中子星亦称为脉冲星 目前发现的最大的黑洞是大熊星系中心的黑洞 质量为太阳的100亿倍 关于黑洞不得不提的科学家 霍金 霍金 全名斯蒂芬 威廉 霍金 渐冻症患者 全身瘫痪 不能发声 他是英国剑桥大学著名物理学家 被称为 宇宙之王 是黑洞研究最著名的科学家 1 从时间尺度来看 物理学研究对象的尺度从到共跨越了42 43个数量级 2 从空间尺度来看 5 科学足迹 8 华人科学家在粒子物理领域做出来哪些贡献 激发学生爱国主义的精神 培养学生热爱科学 热爱自然的高尚的道德情操 光子 传递电磁相互作用 胶子 传递强相互作用 电子电子中微子 子和 子中微子 子和 子中微子 质子中子介子超子 夸克 上夸克下夸克奇夸克粲夸克底夸克顶夸克 1 粒子的分类 例1 中子内有一个电荷量为 2e 3的上夸克和两个电荷量为的 1e 3下夸克 一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上 如图1所示 图2给出的四幅图中 能正确表示出各夸克所受静电作用力的是 A B C D 3 1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒 并由吴健雄用云6027Co放射源进行了实验验证 次年 李 杨二人为此获得诺贝尔物理奖 6027Co的衰变方程是6027Co AZNi 0 1e ve其中ve是反中微子 它的电荷为零 静止质量可认为是零 1 Co与Fe同周期 它应在周期表的第 周期 6027Co的核外电子数为