粒子图文资料[科学书苑]

1、 粒 子简介概括粒子：能够以自由状态存在最小物质组分。最早发现的粒子是电子和质子，目前已发现的粒子累计超过几百种。粒子简介需要说明的是，粒子并不是像中子、质子等实际存在的具体的物质， pvc粒子而是它们的统称，是一种模型理念。就好比说“动物”，有狮子、老虎等，但并没有“动物”这种生物，所以“动物”一词是一个统称，“粒子”也一样包括电子和质子等。粒子之间的作用Y光子粒子之间存在着相互作用，有强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用，其中引力相互作用非常弱，可以忽略。通过这些相互作用，产生新粒子或发生粒子衰变等粒子转化现象。按照参与相互作用的性质将粒子分成以下几类：规范粒子。即传递相互作

2、用的媒介粒子，已发现的有传递电磁作用的光子和传递弱作用的W、Z粒子。轻子。不直接参与强作用可直接参与电磁作用和弱作用的粒子，已发现的有电子、子、子和相伴的电子中微子ve、子中微子、子中微子及它们的反粒子共12种。强子。直接参与强作用，也参与电磁作用和弱作用的粒子。其中自旋为整数的强子称为介子，自旋为半整数的强子称为重子。强子的数目众多，其中大部分是通过强作用衰变的粒子，其寿命极短，是不稳定的粒子，也称为共振态。 当前了解的物质的所有粒子结构W+, W-, Z0弱玻色子图粒子的性质各种粒子分别有各自的内禀性质，有粒子的质量m（静质量，以能量表示）、寿命（平均寿命，指静止系的平均寿命）、电荷Q（以

3、质子的电荷为单位）、自旋J（以为单位）、宇称P、同位旋I、同位旋第3分量I3、重子数B、轻子数Le、Lr、奇异数S、粲数C 、底数d等等。下面给出部分稳定粒子及其性质一览表在现有实验的精度下，轻子的行为类似点粒子，没有显示出具有内部结构，而强子显示是复合粒子，具有一定的结构。按照现代粒子物理的观点，介子由一对正反夸克构成，重子由3个夸克构成，轻子和夸克属于同一层次。基本粒子Elementary particles基本粒子简介构成一切物质实体的基本成分；也指量子理论中有基本力的粒子。 质子图中子图严格地说，基本粒子是不能再分解为任何组成部分的粒子。在这一定义下，只有夸克和轻子两族基本粒子。但是，

4、虽然质子和中子由夸克组成，这两类重子都不可能分解为它们的夸克成分，因为独立的夸克是不能存在的。所以，尽管质子和中子以及其他重子由夸克组成，它们常被看成是基本粒子。电子的发现直到19世纪末，原子一直被认为是物质的基本建筑砌块。后来，英国粒子物理学先驱、剑桥卡文迪什实验室的约瑟夫约翰汤姆逊(Joseph John Thomson，18561944)，发现原子产生的一种辐射能够用原子自身分裂出来的带电微粒流来解释，现在知道这种带电微粒就是电子。原子核的研究原子核组成之基本粒子图既然电子带负电荷，而原子呈电中性，很明显，原子内部必然有另外的带原子核结构正电荷的粒子，以抵消电子的负电荷。20世纪初叶，工

5、作于曼彻斯特的新西兰裔物理学家欧内斯特卢瑟福(Ernest Rutherford，18711937) (后来继汤姆孙任卡文迪什实验室主任)证明，这一正电荷与原子的大部分质量一起，都集中在很小的中心核内。起初人们认为，原子核是电子与荷正电的质子的混合物。到了1932年，也在卡文迪什实验室工作的詹姆斯查特威克(James Chadwick，18911937)才发现了不带电的质量几乎与质子一样的中子。于是原子核被解释成由强核相互作用，或强力，维持在一起的质子和中子的集合。那时，这三种粒子电子、质子和中子似乎是构成一切物质的仅有基本粒子，但宇宙射线研究和粒子加速器中高能粒子束互相轰击的实验却表明，还存

6、在其他类型亚原子粒子；不过这些新粒子是不稳定的，它们将迅速衰变成其他粒子簇射，以我们熟悉的电子、质子和中子告终。重要的是应该懂得，这些新粒子根本不是存在于粒子加速器中互相轰击的粒子(如质子)的内部；它们是从注入加速器的能量中，按照阿尔伯特爱因斯坦的公式 (或者，在所讨论的情况下，更恰当的是)创造出来的。然而，在它们的短暂寿命期间，它们是具备质量和电荷等特征的真正粒子。这样的粒子，应该曾经在大爆炸的高能条件下大量出现。介子的研究物理学家不知道如何将这些粒子纳入一个圆满的物理理论，他们试图解释这些粒子之间基本力的作用方式。他们这样做时，仿效光子携有带电粒子之间的电磁力，想借助另一类携带着力的粒子介

7、子。但介子又是用什么东西制造的呢？夸克理论三色夸克结构模型图有一段时期，局面极其混乱。但1960和1970年代发展的夸克理论使局面趋于明朗。夸克理论认为，所有已知粒子可以分成两族。一族由夸克组成，能够感知只在夸克之间起作用的强力，叫做强子。另一族叫做轻子，它们不能感知强力，但参与以所谓的弱力做媒介的相互作用(或称弱相互作用)，比如，放射衰变(包括衰变)过程就是弱相互作用引起的。强子既能参与强相互作用，也能感知弱力。轻子轻子-结构模型图是名副其实的基本粒子，它们不由任何别的东西构成。典范的轻子就是电子，电子与另一种叫做中微子(严格说应是电子中微子)的轻子相伴生。当电子参与放射衰变这类过程时，总有

8、中微子卷入。由于一些无人知晓的原因，这一基本图像已经复制了两次，产生了三代轻子。除电子本身外，还有比较重的叫做介子，它们除了比电子重207倍外，完全像是电子；还有一种甚至更重的粒子叫做粒子，它的质量接近质子的两倍。这两种重电子各有其自己的中微子，所以轻子族有六种(三对)粒子。虽然介子和粒子都能在粒子加速器中用能量制造或从宇宙线产生，但它们很快衰变，转化成电子或中微子。强子族各种费米子图强子族本身又再分为两类。由三个夸克构成的粒子叫做重子，就是我们常说的物质粒子，包括质子和中子(重子和轻子都是费米子族的成员，费米子实际上是普通物质粒子的别称)。由成对的夸克构成的粒子叫做介子，它们是携带基本力的粒

9、子，尽管还有其他的介子(这些力的载体和其他介子又称为玻色子)。只需要两种夸克(它们的名字很怪，叫做上夸克和下夸克)就能解释质子和中子的结构。一个质子由通过强力维持在一起的两个上夸克和一个下夸克构成，而一个中子由通过强力维持在一起的两个下夸克和一个上夸克构成。力本身可视为胶子的交换，而胶子本身又由夸克对组成，因而是介子。 胶子之内部结构模型图正如轻子族复制了三代，夸克族也如此。虽然只需要两种夸克来解释质子和中子的本质，但复制的两代夸克却一代比一代重，其中一代叫做奇夸克和粲夸克，最重的一代叫做底夸克和顶夸克。和重轻子一样，这些粒子能够在高能实验中产生(因而大爆炸时必定大量存在过)，但迅速衰变成它们

10、的较轻对应物。虽然不可能分离出单个夸克，但粒子加速器实验已经提供了夸克族所有这六个成员存在的直接证据；最后一种(顶)夸克是芝加哥费密实验室的科学家于2007年找到的。对夸克的质量和其他性质的研究表明，不可能有更多代的夸克，只能有三族夸克和三族轻子。幸而标准大爆炸模型也认为不可能存在多于三代的粒子；不然的话，极早期宇宙中额外中微子造成的压力应该驱动宇宙过快地膨胀，从 三族夸克与三族轻子之模型图而使留存下来的氦含量与极年老恒星的观测结果不符(见理论、核合成)。这是最美妙的证据之一，表明粒子物理学和宇宙学两者的标准模型对宇宙行为的描述，都同基本真理相去不远。但是，除了大爆炸的最早片刻之外，第二和第三

11、代粒子在宇宙的演化或其内容物的行为中基本不起作用。我们在宇宙中看到的每样东西都能用两种夸克(上和下)和两种轻子(电子和电子中微子)加以说明；确实，由于单个的夸克不能独立存在，我们看到的每样东西的行为，仍然能够用1932年就已经知道的电子、中子和质子再加上电子中微子，以及四种基本力，相当准确地予以近似说明。最新进展电子可分裂电子内圈为-磁自旋子.外圈为-电空穴子新华社伦敦09年8月2日电（记者黄堃）英国研究人员最近通过实验证实了电子可分裂为自旋子和空穴子的理论假设，这一进展将有助于研制下一代量子计算机。英国剑桥大学日前发布新闻公报说，该校研究人员和伯明翰大学的同行合作完成了这项研究。公报称，电子

12、通常被认为不可分。但1981年有物理学家提出，在某些特殊条件下电子可分裂为带磁的自旋子和带电的空穴子。剑桥大学研究人员将极细的“量子金属丝”置于一块金属平板上方，控制其间距离为约30个原子宽度，并将它们置于约零下273摄氏度的超低温环境下，然后改变外加磁场，发现金属板上的电子在通过量子隧穿效应跳跃到金属丝上时分裂成了自旋子和空穴子。研究人员说，人们对电子性质的研究曾掀起了半导体革命，使计算机产业飞速发展，现在又出现了实际研究自旋子和空穴子性质的机会，这可能会促进下一代量子计算机的发展，带来新一轮的计算机革命。费米实验室发现新粒子费米国家加速器实验室2009年03月27日搜狐科学消息1：据美国国

13、家地理杂志报道，科学家这周宣布，他们在美国伊利诺斯州的费米国家加速器实验室里发现了一种奇异的新粒子，完全无法用现有理论对它进行解释，它将可能打破现有物质构成的所有已知规则。这个新发现的粒子称为Y(4140)，它不符合二种物质构成的已知模式，甚至科学家还没有确定Y(4140)是由什么组成的。科学家一直认为夸克能以各种行之有效的方式结合在一起形成其他较大的亚原子粒子，一种模式是由夸克-反夸克对形成的介子，另一种模式是由3个夸克组成的重子，如质子和中子。“但我们发现的这种新粒子不属于这些夸克组合，这令人惊奇，”美国佛州大学的雅各布科尼格斯伯格说，“据我们所知，如果你试图将夸克-反夸克对组合在一起，你

14、不可能建造出这种粒子。”粒子物理学家表示，此次发现的Y(4140)粒子是这些实验室观察到的具有类似非常规属性的粒子家族成员之一，是由二束粒子以近光速的速度彼此剧烈碰撞产生的，这样发现新粒子Y(4140)的机率大约为百亿亿分之二十。费米实验室的科学家发现，Y(4140)粒子在衰变过程中常常产生包含有一个底夸克(称为B+介子)的粒子。对费米实验室的数万亿次质子和反质子碰撞进行筛选后，科学家们确定了一个以非常规方式衰变的B+介子的小样本。进一步分析表明，这些B+介子可衰变成Y(4140)。此外，科学家还发现Y(4140)粒子可衰变成一对其他粒子J/psi和phi粒子，物理学家认为它可能是一个粲数和反

15、粲数夸克组合。但是，对于这样的一个构成来说，其衰变特性有违常规。日本高能实验室发言人、物理学家山内正则说，这是首次证实一个新的意想不到的Y态新粒子可衰变为J/psi和phi粒子。这个Y态可能和之前他们发现的Y(3940)有关，也可能是含有粲数夸克的外来强子的又一个例证。这些外来的夸克组合不属于目前已知的介子和重子，理论物理学家正在对它们的真实性质进行破解，实验人员也在继续努力寻找更多这样的粒子。这一新粒子的发现向那些深谙夸克如何结合形成物质的粒子物理学家发出了挑战。加上不久前美国刚刚宣布发现了罕见的单顶夸克和其它几项最近发现，物理学家实际上离寻获希格斯玻色子（所谓的上帝粒子）已越来越近了，但他

16、们现在不得不重新思考物质是如何构成的。此研究成果发表在最新一期出版的物理评论快报上。自11维大霹雳奇异点衰变到3维的原子及反原子结构模型表空间超弦，粒子11维时空超重力场大霹雳奇异点TOEE8E8混成型杂弦10维时空起源10秒GUTE型杂弦GUTO型杂弦10维空间大统一场五种超弦型弦重力子。衰变如下：E型杂弦Y玻色子。衰变如下：A型左旋闭弦（反）阴磁单极子。衰变如下：B型右旋闭弦（正）阳磁单极子。衰变如下：O型杂弦X玻色子。衰变如下：型弦重力子。衰变如下：9维空间希格斯场第5,4,3期重力子-传递各维空间重力第5,4,3期中性希格斯玻色子第5,4,3期Z弱玻色子（同右）第5,4,3期引力型-及

17、磁力型-中性胶子第5,4,3期Z弱玻色子衰变成-10,9,8,7,6,5代（正负）t,t,m阳阴电子加nt,nt,nm正反微中子及磁力型中性胶子第5,4,3期W弱玻色子衰变成-第10,9,8,7,6,5代（负阴）电子加反微中子及阴电胶子。第5,4,3期阴电希格斯玻色子衰变成10,9,8,7,6,5代反上夸克及下夸克（下夸克由3/4阴磁单极子加1/4阳磁单极子组成）第5,4,3期中性希格斯玻色子(1/2阴磁单极子加1/2阳磁单极子组成)10,9,8,7,6,5代反微中子磁力型-中性胶子（加阳磁单极子）.第5,4,3期阳电希格斯玻色子衰变成10,9,8,7,6,5代上夸克及反下夸克（反下夸克由3/

18、4阳磁单极子加1/4阴磁单极子组成）第5,4,3期中性希格斯玻色子(1/2阳磁单极子加1/2阴磁单极子组成)10,9,8,7,6,5代微中子磁力型-中性胶子（加阴磁单极子）.第5,4,3期Z弱玻色子衰变成-10,9,8,7,6,5代（负正）t,t,m阴阳电子加nt,nt,nm反正微中子及磁力型中性胶子第5,4,3期W弱玻色子，衰变成-第10,9,8,7,6,5代（正）阳电子加微中子及阳电胶子。第5,4,3期重力子-传递各维空间重力第5,4,3期中性希格斯玻色子第5,4,3期Z弱玻色子（同左）第5,4,3期引力型-及磁力型-中性胶子8维空间至4维空间第2,1期重力子-传递各维空间重力第2,1期中

19、性希格斯玻色子。第2,1期Z弱玻色子（同右）.第2,1期引力型-及磁力型-中性胶子第2,1期Z弱玻色子衰变成-第4,3,2代（正负）t,t,m阳阴电子加nt,nt,nm正反微中子及磁力型中性胶子第2,1期W弱玻色子衰变成-第4,3,2代（负）t,t,m阴电子加nt,nt,nm反微中子及阴电胶子g光子（加t,t,m正电子）第2,1期阴电希格斯玻色子衰变成第4,3,2代t,t,c反上夸克及b,b,s下夸克，再由第4,3,2代夸克组成反超子及反介子nt,nt,nm反微中子。第2,1期中性希格斯玻色子（组成同第5,4,3期）磁力型-中性胶子（加阳磁单极子）.第2,1期阳电希格斯玻色子衰变成第4,3,2代t,t,c上夸克及b,b,s反下夸克，再由第4,3,2代夸克组成之超子及介子。nt,nt,nm微中子。第2,1期中性希格斯玻色子（组成同第5,4,3期）磁力型-中性胶子（加阴磁单极子）.第2,1期Z弱玻色子衰变成-第4,3,2代（负正）t,t,m阴阳电子加nt,nt,nm反正微中子及磁力型中性胶子第2,1期W弱玻色子，衰变成-第4,3,2代（正）t,t,m阳电子加nt,nt,nm微中子及阳电胶子。g光子（加t-,t-,m-电子）第2,1期重力子-传递各维空间重力第2,1期中性希格斯玻色子。第2