《现代科学技术导论(第四版)》电子教案-第1篇第4章宇宙的结构层次和物质课件

《现代科学技术导论(第四版)》电子教案-第1篇第4章宇宙的结构层次和物质课件第四章宇宙的结构层次和物质的根本单元作者宗世哲第四章宇宙的结构层次和物质的根本单元作者宗世哲宇宙是物质的。宇宙的结构层次是怎么样的？构成物质的根本单元是什么？这是自然科学中的重大根本问题。从亘古开始，人类就开始探索，至今，人们仍在不停地研究，从来没有停止过。现在人们按照空间尺度和质量大小，粗略地把世界分为宇观、宏观和微观三个层次。从研究晶体开始，经过了分子、原子、核、核子和介子、一直到夸克这样一个连续的研究过程，人们的认识逐渐深化，现在确信构成物质的根本单元是夸克、轻子和传播子。引言宇宙是物质的。宇宙的结构层次是怎么样的？构成物质的根本单元第一节宇宙的宇观、宏观和微观三个层次宇宙按其空间尺度和质量大小可分为宇观、宏

观和微观三个层次。一、微观层次：通常又分为粒子亚原子和原子分子两个层次。二、宏观层次：宏观物质是由大量原子分子形成的凝聚体系，其稳定条件，是电子受原子核的为库仑吸引与电子之间因泡利不相容而有的排斥之间的平衡。三、宇观层次：宇观与宏观之间也没有明显界限。从与宏观层次相接的阿波罗神小行星附近开始，经过行星、恒星、星系、星系团、超级星系，直到可观测的宇宙，构成一个系列。第一节宇宙的宇观、宏观和微观三个层次宇宙按其空间尺度和质第二节古代人和早期的物质观世界万物是由什么构成的?构成物质的根本单元是什么？或者说它有最小结构吗?如果有，那是什么呢?古代，人们是如何看的？现代科学家对这个问题研究到什么程度，是怎么样认识的?第二节古代人和早期的物质观世界万物是由什么构成的?构早在周代，我们的祖先就提出了五行说，认为万物都是由金、木、水、火、土这五种物质原料构成。早在周代，我们的祖先就提出了五行说，认为万物都是由金、木、水?周易?中有“太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦〞的哲学思想。?周易?中有“太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦〞的哲学思想大约在公元前400多年，古希腊哲学家德谟克利特把构成物质的最小单元叫做“原子〞，认为宇宙万物乃至灵魂都是由这种不可分割的原子构成的。大约在公元前400多年，古希腊哲学家德谟克利特把构成物质的最古代思想家和哲学家对物质结构的认识，只是靠思辩和猜测，他们没有想到或没有条件用实验去检验他们的假说，也没有用这些假说所预言的情况来验证假说本身。因此，古代人关于物质根源的假说，只能当作近代科学研究的一种背景，而不能视为科学真谛。真正对物质构成进行科学的研究和解释，是从17世纪开始的。古代思想家和哲学家对物质结构的认识，只是靠思辩和猜测，他们没1661年，英国科学家玻意耳(R.Boyle1627-1691)提出了化学元素概念，为科学地研究化学奠定了根底。1661年，英国科学家玻意耳(R.Boyle1627-161803年，英国化学家和物理学家道尔顿用原子的观念说明化合物的组成及其所服从的定量规律，并通过实验来测量不同元素的原子质量之比。这种始于化学的原子假说叫做“化学原子论〞。1803年，英国化学家和物理学家道尔顿用原子的观念说明化合物1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出了分子假说，弥补了道尔顿原子学说中无视了原子和分子区别的缺陷，两者结合成为“原子—分子学说〞。1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出了分子假说，弥补了道尔1869年，俄国科学家门捷列夫(Д.И.МеНделеев1834-1907)发现了元素的周期性递变规律制成了元素周期表，这在人类认识物质结构的进程中，是一个重大的成就。1869年，俄国科学家门捷列夫(Д.И.МеНделеев第三节物质结构的根本单元很久以来,人们一直在探索物质结构的根本单元，最初把元素的最小单元-原子-看作不可分的，是各种物质结构的根本单元。20世纪初期,认识到原子是由原子核和电子构成的,1932年中子被发现以后,进一步认识到原子核还有内部结构,是由质子和中子构成的。这以后，人们发现，原来看作是根本粒子不再是根本的了。1964年，盖尔曼提出了夸克模型，认为强子，包括质子和中子，都是由夸克组成的。第三节物质结构的根本单元很久以来,人们一直在探索物质结构一、第一个粒子—电子的发现1897年，汤姆孙(J.J.Thomson1856—1940)根据带电粒子在电场和磁场中的运动规律，利用阴极射线管测量了阴极射线粒子速度以及该粒子的荷质比。这样就完全弄清了阴极射线粒子的存在和性质，汤姆孙称这种粒子为“微粒〞，把它所带的电荷称为“电子〞。后来，人们把阴极射线粒子本身称为“电子〞。一、第一个粒子—电子的发现1897年，汤姆孙(J.J.Tho二、质子的发现1909年~1911年，英国物理学家卢瑟福〔E.Rutherford,1871-1937〕用一束α粒子轰击金箔，发现有大角度散射，因而提出原子的有核模型，认为原子是由非常小的原子和核外电子组成，原子核集中了原子的全部正电荷和绝大局部质量，卢瑟福将之命名为质子。二、质子的发现1909年~1911年，英国物理学家卢瑟福〔三、中子的发现卢瑟福的一位学生查德威克(J.Chadwick1891—1974年)就在卡文迪许实验室里寻找电中性粒子。1932年，见到德国和法国同行的实验结果后，查德威克意识到这种新射线很可能就是多年来苦苦寻找的中子。他立即着手实验，花了不到一个月的时间，就发表了“中子可能存在〞的论文。三、中子的发现卢瑟福的一位学生查德威克(J.Chadwic四、反粒子—正电子的发现中子发现不久，安德逊〔C.D.Anderson，1905-〕通过观测云室照片,发现了正电子e+，正电子的发现具有十分重要的意义，它是人类认识反粒子的开端。正反粒子相互作用的重要特征是它们碰撞时显现湮灭，生成相加量子数为零的态。四、反粒子—正电子的发现中子发现不久，安德逊〔C.D.A五、原子核结构模型与π介子的发现1947年，英国物理学家鲍威尔(C.F.Powell,1903-1969年)用乳胶研究宇宙射线终于发现了π介子,其质量是电子的273倍。经反复检测，确定是汤川秀树所预言的介子，被命名为π介子。人们发现，以π介子传递方式产生的相互作用具有这样的特点：强度极大、独立于电荷、作用距离和作用时间均极短。这种相互作用被称为强相互作用。五、原子核结构模型与π介子的发现1947年，英国物理学家鲍六、第一代“根本粒子〞汤川秀树的理论被确立之后，原子核内相互作用的理论研究开始活泼起来。π介子发现以后,许多物理学家认为,组成物质的根本单元〔称为第一代根本粒子〕都找到了。物理学家立即认识到原子核由质子p和中子n组成，通常就把质子和中子称为核子。核子由比电磁相互作用〔电磁力〕更强的相互作用——核相互作用〔核力〕结合成原子核，否那么，原子核就会因为带正电荷的质子间的斥力而崩解。核力就是强相互作用力。核力仅在原子核线度〔约10-13cm〕范围内呈现，它是短程力，粗略地说，核力是一种强吸引的短程力。六、第一代“根本粒子〞汤川秀树的理论被确立之后，原子核内相七、夸克模型1964年，盖尔曼〔M.Gell－Mann,1929-〕和兹瓦格〔G.Zweig〕分别独立提出了形象的、易于理解的强子结构模型—夸克模型,该模型认为“强子是由三个更根本的粒子(现记为上夸克、下夸克、奇异夸克)组成〞。七、夸克模型1964年，盖尔曼〔M.Gell－Mann,八、物质的根本单元在70年代建立起来的描述强力、电磁力和弱力的标准模型中，是把夸克和轻子放在同一物质结构层次上来看待的。在这个层次上，构成物质的根本单元只有如下几种根本粒子：

①六种轻子:电子、缪子、陶子、电子中微子、缪子中微子、陶子中微子；

②六种夸克：上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克、底夸克；

③五种传播子：光子、带电中间玻色子、中性中间玻色子、胶子、引力子；

④希格斯粒子。八、物质的根本单元在70年代建立起来的描述强力、电磁力和第四节微观粒子的性质一、参与四种根本的相互作用

1、万有引力

2、电磁相互作用力

3、弱相互作用力

4、强相互作用力第四节微观粒子的性质一、参与四种根本的相互作用

1、万二、微观粒子的尺度

一些粒子要比原子、分子小得多，用现有最高倍的电子显微镜也不能观察到。原子的尺度为10-8cm，质子、中子的尺度为10-13cm，也就是说，只有原子的十万分之一。轻子和夸克的尺寸更小，都小于10-17cm，即不到质子、中子的万分之一。二、微观粒子的尺度

一些粒子要比原子、分子小得多，用现有最三、微观粒子的质量

微观粒子的质量是粒子的主要特征量。现有的粒子质量范围很大从0到90GeV。光子、胶子是无静止质量的；电子质量很小，只有0.5MeV；π介子质量为电子质量的280倍；质子、中子都很重，接近电子质量的2000倍，约为1GeV；最重的粒子是Z0，其质量为90GeV。三、微观粒子的质量

微观粒子的质量是粒子的主要特征量。现有的四、微观粒子的寿命

粒子的寿命也不尽相同。从质子和中子这个物质结构层次来看，微观粒子数目多达几百种。在这几百种粒子当中，只有电子、质子、中微子和光子及其各自的反粒子的寿命长，它们被称为稳定粒子，也叫“长寿命〞粒子〞，而其他绝大多数的粒子是不稳定的粒子。不稳定的意思是指这些粒子存在的时间很短四、微观粒子的寿命

粒子的寿命也不尽相同。从质子和中子这个物五、正、反粒子对称

1932年发现了一个与电子质量相同但带一个正电荷的粒子，称为正电子。从大量实验测量和理论分析中得知：每一个粒子都有相应的反粒子。反粒子的反粒子就是它的本身。有些电中性的粒子，如光子，是它们自已的反粒子。五、正、反粒子对称

1932年发现了一个与电子质量相同但带一六、微观粒子的自旋

粒子还有另一种属性——自旋。微观粒子一个非常重要的区别是它们的自旋角动量〔简单地称之为自旋〕不同。自旋是在数值上描述粒子绕自己的轴旋转的快慢。六、微观粒子的自旋

粒子还有另一种属性——自旋。微观粒子一个七、微观粒子的荷电量

微观粒子的荷电量是微观粒子的重要属性。以电子最荷为单位，质子带电为+1，电子、缪子和陶子带电为-1，中子、胶子、引力子、希格斯粒子和中微子不带电，上夸克、粲夸克和顶夸克带电+2/3，下夸克、奇异夸克和底夸克带电－1/3。七、微观粒子的荷电量

微观粒子的荷电量是微观粒子的重要属八、微观粒子具有波粒二象性

微观世界的粒子具有双重性——粒子性和波动性，所有微观粒子都有波动微粒二象性。例如，电子束和中子束不但有粒子性，而且，具有波动性，在一定条件下都可以形成衍射图像。衍射是波动的特有现象。八、微观粒子具有波粒二象性

微观世界的粒子具有双重性——粒子九、守恒律和对称性

物质是不断运动和变化的。在变化中也有些东西不变，即守恒。粒子的产生和衰变过程都要遵循能量守恒定律。自然界许多图像表现了某种对称性，物理规律也有这种对称性。1956年，李政道、杨振宁根据某些实验的迹象大胆提出在弱作用下宇称可以不守恒，后来被β衰变左右不对称实验所证实。

对称性还包括时间反演、粒子与反粒子变换等。实验上也发现了粒子、反粒子变换与宇称联合反演对称性(CP对称性)在弱作用下同样可以被破坏，但其原因尚不清楚，是粒子物理学家正在研究的一个重要课题。九、守恒律和对称性

物质是不断运动和变化的。在变化中也有些十、粒子物理面临的挑战

20世纪60年代以来，粒子物理学有很大进展，但仍有许多根本问题需要解决。如：为什么看不见夸克？夸克和轻子有没有结构?难道它们是最根本的吗?标准模型预言的希格斯粒H子为什么至今尚未发现?弱作用下粒子反粒子变换—宇称联合反演对称性〔CP)破坏的来源是什么?这些问题都是今后粒子物理要研究的课题。标准模型仍存在着问题，人们希望能在理论和实验上取得新的结果，使标准模型有所突破。物理学的根底是实验，因此，人们寄希望于未来的超高能和高亮度加速器。十、粒子物理面临的挑战

20世纪60年代以来，粒子物理学有第五节粒子探测器和粒子加速器研究微观粒子离不开粒子探测器和粒子加速器，这一节我们就来介绍粒子探测器和粒子加速器。第五节粒子探测器和粒子加速器研究微观粒子离不开粒子探测器一、粒子探测器粒子探测器主要用来探测天然放射性物质、宇宙射线和其它微观粒子。宇宙射线是来自宇宙深处的各种高能射线的总称，实际上是存在于宇宙空间的各种高能粒子。常用的粒子探测器有：

1、威尔孙云室

2、照像乳胶

3、气泡室

4、多丝正比室

5、硅微条探测器一、粒子探测器粒子探测器主要用来探测天然放射性物质、宇宙射二、粒子加速器我们知道，许多粒子如电子、质子、α粒子等等都是带电的，它们可在电磁场中被加速而获得很高的能量。这种能够使带电粒子在电磁场作用下加速并获得很高能量的机器就是粒子加速器。粒子加速器按带电粒子所走的轨迹来分，有直线型、圆型和螺旋型；按加速器所利用的电场分类，有直流高压电场加速、有高频谐振电场加速和磁场变化所产生的感应电场加速等等；按被加速的带电粒子种类来分，那么有电子、质子、氘核和各种重元素离子加速器。二、粒子加速器我们知道，许多粒子如电子、质子、α粒子等等粒子加速器主要由3局部组成：

(1)带电粒子源，如电子枪和离子源等，是粒子加速器的源头，用以提供所需的各种带电粒子。

(2)真空加速系统，是装有加速电场产生机构的真空室，如加速管、加速枪等，用以向带电粒子施加一定形态的加速电场，同时保证带电粒子在加速的过程中不至于受到空气分子碰撞的影响。

(3)带电粒子束的导引和聚焦系统，应用某种形式的电磁场来引导和约束被加速的粒子束，使之沿着既定轨道加速和前进。粒子加速器主要由3局部组成：

(1)带电粒子源，如电子枪和离我国用在根底研究的粒子加速器的典型代表是北京正－负电子对撞机(BEPC)和国家同步辐射实验室(NSRF).北京正－负电子对撞机(BEPC),是国际上在该能区工作的最先进的粒子探测器之一,主要用在高能物理实验并兼顾同步辐射应用,最正确时每年正常运行时间平均约为5500h,运行效率可达95%.运行十年来,获得的物理结果受到国际上的关注。在高能物理实验方面,如τ轻子质量的测量精度提高了10倍，胶子球候选者(2230)粒子确实认和新的衰变道的发现及研究,粲介子DS衰变的研究,J／ψ粒子共振参数的测定等方面都取得了令人瞩目的结果。我国用在根底研究的粒子加速器的典型代表是北京正－负电子对撞机北京正负电子对撞机的电子束流输运线。

北京正负电子对撞机的电子束流输运线。

《现代科学技术导论(第四版)》电子教案-第1篇第4章宇宙的结构层次和物质课件第四章宇宙的结构层次和物质的根本单元作者宗世哲第四章宇宙的结构层次和物质的根本单元作者宗世哲宇宙是物质的。宇宙的结构层次是怎么样的？构成物质的根本单元是什么？这是自然科学中的重大根本问题。从亘古开始，人类就开始探索，至今，人们仍在不停地研究，从来没有停止过。现在人们按照空间尺度和质量大小，粗略地把世界分为宇观、宏观和微观三个层次。从研究晶体开始，经过了分子、原子、核、核子和介子、一直到夸克这样一个连续的研究过程，人们的认识逐渐深化，现在确信构成物质的根本单元是夸克、轻子和传播子。引言宇宙是物质的。宇宙的结构层次是怎么样的？构成物质的根本单元第一节宇宙的宇观、宏观和微观三个层次宇宙按其空间尺度和质量大小可分为宇观、宏

观和微观三个层次。一、微观层次：通常又分为粒子亚原子和原子分子两个层次。二、宏观层次：宏观物质是由大量原子分子形成的凝聚体系，其稳定条件，是电子受原子核的为库仑吸引与电子之间因泡利不相容而有的排斥之间的平衡。三、宇观层次：宇观与宏观之间也没有明显界限。从与宏观层次相接的阿波罗神小行星附近开始，经过行星、恒星、星系、星系团、超级星系，直到可观测的宇宙，构成一个系列。第一节宇宙的宇观、宏观和微观三个层次宇宙按其空间尺度和质第二节古代人和早期的物质观世界万物是由什么构成的?构成物质的根本单元是什么？或者说它有最小结构吗?如果有，那是什么呢?古代，人们是如何看的？现代科学家对这个问题研究到什么程度，是怎么样认识的?第二节古代人和早期的物质观世界万物是由什么构成的?构早在周代，我们的祖先就提出了五行说，认为万物都是由金、木、水、火、土这五种物质原料构成。早在周代，我们的祖先就提出了五行说，认为万物都是由金、木、水?周易?中有“太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦〞的哲学思想。?周易?中有“太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦〞的哲学思想大约在公元前400多年，古希腊哲学家德谟克利特把构成物质的最小单元叫做“原子〞，认为宇宙万物乃至灵魂都是由这种不可分割的原子构成的。大约在公元前400多年，古希腊哲学家德谟克利特把构成物质的最古代思想家和哲学家对物质结构的认识，只是靠思辩和猜测，他们没有想到或没有条件用实验去检验他们的假说，也没有用这些假说所预言的情况来验证假说本身。因此，古代人关于物质根源的假说，只能当作近代科学研究的一种背景，而不能视为科学真谛。真正对物质构成进行科学的研究和解释，是从17世纪开始的。古代思想家和哲学家对物质结构的认识，只是靠思辩和猜测，他们没1661年，英国科学家玻意耳(R.Boyle1627-1691)提出了化学元素概念，为科学地研究化学奠定了根底。1661年，英国科学家玻意耳(R.Boyle1627-161803年，英国化学家和物理学家道尔顿用原子的观念说明化合物的组成及其所服从的定量规律，并通过实验来测量不同元素的原子质量之比。这种始于化学的原子假说叫做“化学原子论〞。1803年，英国化学家和物理学家道尔顿用原子的观念说明化合物1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出了分子假说，弥补了道尔顿原子学说中无视了原子和分子区别的缺陷，两者结合成为“原子—分子学说〞。1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出了分子假说，弥补了道尔1869年，俄国科学家门捷列夫(Д.И.МеНделеев1834-1907)发现了元素的周期性递变规律制成了元素周期表，这在人类认识物质结构的进程中，是一个重大的成就。1869年，俄国科学家门捷列夫(Д.И.МеНделеев第三节物质结构的根本单元很久以来,人们一直在探索物质结构的根本单元，最初把元素的最小单元-原子-看作不可分的，是各种物质结构的根本单元。20世纪初期,认识到原子是由原子核和电子构成的,1932年中子被发现以后,进一步认识到原子核还有内部结构,是由质子和中子构成的。这以后，人们发现，原来看作是根本粒子不再是根本的了。1964年，盖尔曼提出了夸克模型，认为强子，包括质子和中子，都是由夸克组成的。第三节物质结构的根本单元很久以来,人们一直在探索物质结构一、第一个粒子—电子的发现1897年，汤姆孙(J.J.Thomson1856—1940)根据带电粒子在电场和磁场中的运动规律，利用阴极射线管测量了阴极射线粒子速度以及该粒子的荷质比。这样就完全弄清了阴极射线粒子的存在和性质，汤姆孙称这种粒子为“微粒〞，把它所带的电荷称为“电子〞。后来，人们把阴极射线粒子本身称为“电子〞。一、第一个粒子—电子的发现1897年，汤姆孙(J.J.Tho二、质子的发现1909年~1911年，英国物理学家卢瑟福〔E.Rutherford,1871-1937〕用一束α粒子轰击金箔，发现有大角度散射，因而提出原子的有核模型，认为原子是由非常小的原子和核外电子组成，原子核集中了原子的全部正电荷和绝大局部质量，卢瑟福将之命名为质子。二、质子的发现1909年~1911年，英国物理学家卢瑟福〔三、中子的发现卢瑟福的一位学生查德威克(J.Chadwick1891—1974年)就在卡文迪许实验室里寻找电中性粒子。1932年，见到德国和法国同行的实验结果后，查德威克意识到这种新射线很可能就是多年来苦苦寻找的中子。他立即着手实验，花了不到一个月的时间，就发表了“中子可能存在〞的论文。三、中子的发现卢瑟福的一位学生查德威克(J.Chadwic四、反粒子—正电子的发现中子发现不久，安德逊〔C.D.Anderson，1905-〕通过观测云室照片,发现了正电子e+，正电子的发现具有十分重要的意义，它是人类认识反粒子的开端。正反粒子相互作用的重要特征是它们碰撞时显现湮灭，生成相加量子数为零的态。四、反粒子—正电子的发现中子发现不久，安德逊〔C.D.A五、原子核结构模型与π介子的发现1947年，英国物理学家鲍威尔(C.F.Powell,1903-1969年)用乳胶研究宇宙射线终于发现了π介子,其质量是电子的273倍。经反复检测，确定是汤川秀树所预言的介子，被命名为π介子。人们发现，以π介子传递方式产生的相互作用具有这样的特点：强度极大、独立于电荷、作用距离和作用时间均极短。这种相互作用被称为强相互作用。五、原子核结构模型与π介子的发现1947年，英国物理学家鲍六、第一代“根本粒子〞汤川秀树的理论被确立之后，原子核内相互作用的理论研究开始活泼起来。π介子发现以后,许多物理学家认为,组成物质的根本单元〔称为第一代根本粒子〕都找到了。物理学家立即认识到原子核由质子p和中子n组成，通常就把质子和中子称为核子。核子由比电磁相互作用〔电磁力〕更强的相互作用——核相互作用〔核力〕结合成原子核，否那么，原子核就会因为带正电荷的质子间的斥力而崩解。核力就是强相互作用力。核力仅在原子核线度〔约10-13cm〕范围内呈现，它是短程力，粗略地说，核力是一种强吸引的短程力。六、第一代“根本粒子〞汤川秀树的理论被确立之后，原子核内相七、夸克模型1964年，盖尔曼〔M.Gell－Mann,1929-〕和兹瓦格〔G.Zweig〕分别独立提出了形象的、易于理解的强子结构模型—夸克模型,该模型认为“强子是由三个更根本的粒子(现记为上夸克、下夸克、奇异夸克)组成〞。七、夸克模型1964年，盖尔曼〔M.Gell－Mann,八、物质的根本单元在70年代建立起来的描述强力、电磁力和弱力的标准模型中，是把夸克和轻子放在同一物质结构层次上来看待的。在这个层次上，构成物质的根本单元只有如下几种根本粒子：

①六种轻子:电子、缪子、陶子、电子中微子、缪子中微子、陶子中微子；

②六种夸克：上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克、底夸克；

③五种传播子：光子、带电中间玻色子、中性中间玻色子、胶子、引力子；

④希格斯粒子。八、物质的根本单元在70年代建立起来的描述强力、电磁力和第四节微观粒子的性质一、参与四种根本的相互作用

1、万有引力

2、电磁相互作用力

3、弱相互作用力

4、强相互作用力第四节微观粒子的性质一、参与四种根本的相互作用

1、万二、微观粒子的尺度

一些粒子要比原子、分子小得多，用现有最高倍的电子显微镜也不能观察到。原子的尺度为10-8cm，质子、中子的尺度为10-13cm，也就是说，只有原子的十万分之一。轻子和夸克的尺寸更小，都小于10-17cm，即不到质子、中子的万分之一。二、微观粒子的尺度

一些粒子要比原子、分子小得多，用现有最三、微观粒子的质量

微观粒子的质量是粒子的主要特征量。现有的粒子质量范围很大从0到90GeV。光子、胶子是无静止质量的；电子质量很小，只有0.5MeV；π介子质量为电子质量的280倍；质子、中子都很重，接近电子质量的2000倍，约为1GeV；最重的粒子是Z0，其质量为90GeV。三、微观粒子的质量

微观粒子的质量是粒子的主要特征量。现有的四、微观粒子的寿命

粒子的寿命也不尽相同。从质子和中子这个物质结构层次来看，微观粒子数目多达几百种。在这几百种粒子当中，只有电子、质子、中微子和光子及其各自的反粒子的寿命长，它们被称为稳定粒子，也叫“长寿命〞粒子〞，而其他绝大多数的粒子是不稳定的粒子。不稳定的意思是指这些粒子存在的时间很短四、微观粒子的寿命

粒子的寿命也不尽相同。从质子和中子这个物五、正、反粒子对称

1932年发现了一个与电子质量相同但带一个正电荷的粒子，称为正电子。从大量实验测量和理论分析中得知：每一个粒子都有相应的反粒子。反粒子的反粒子就是它的本身。有些电中性的粒子，如光子，是它们自已的反粒子。五、正、反粒子对称

1932年发现了一个与电子质量相同但带一六、微观粒子的自旋

粒子还有另一种属性——自旋。微观粒子一个非常重要的区别是它们的自旋角动量〔简单地称之为自旋〕不同。自旋是在数值上描述粒子绕自己的轴旋转的快慢。六、微观粒子的自旋

粒子还有另一种属性——自旋。微观粒子一个七、微观粒子的荷电量

微观粒子的荷电量是微观粒子的重要属性。以电子最荷为单位，质子带电为+1，电子、缪子和陶子带电为-1，中子、胶子、引力子、希格斯粒子和中微子不带电，上夸克、粲夸克和顶夸克带电+2/3，下夸克、奇异夸克和底夸克带电－1/3。七、微观粒子的荷电量

微观粒子的荷电量是微观粒子的重要属八、微观粒子具有波粒二象性

微观世界的粒子具有双重性——粒子性和波动性，所有微观粒子都有波动微粒二象性。例如，电子束和中子束不但有粒子性，而且，具有波动性，在一定条件下都可以形成衍射图像。衍射是波动的特有现象。八、微观粒子具有波粒二象性

微观世界的粒子具有双重性——粒子九、守恒律和对称性

物质是不断运动和变化的。在变化中也有些东西不变，即守恒。粒子的产生和衰变过程都要遵循能量守恒定律。自然界许多图像表现了某种对称性，物理规律也有这种对称性。1956年，李政道、杨振宁根据某些实验的迹象大胆提出在弱作用下宇称可以不守恒，后来被β衰变左右不对称实验所证实。

对称性还包括时间反演、粒子与反粒子变换等。实验上也发现了粒子、反粒子变换与宇称联合反演对称性(CP对称性)在弱作用下同样可以被破坏，但其原因尚不清楚，是粒子物理学家正在研究的一个重要课题。九、守恒律和对称性

物质是不断运动和变化的。在变化中也有些十、粒子物理面临的挑战

20世纪60年代以来，粒子物理学有很大进展，但仍有许多根本问题需要解决。如：为什么看不见夸克？夸克和轻子有没有结构?难道它们是最根本的吗?标准模型预言的希格斯粒H子为什么至今尚未发现?弱作用下