-19.8-课件粒子和宇宙-2

第十九章原子核吉水二中李拥军一、“基本粒子”不基本最开始人们认为光子、电子、中子、质子是组成物质的不可再分的最基本粒子后来科学家们发现了许多不同新粒子而且质子中子本身也有复杂结构

所以，基本粒子不基本。二、发现新的粒子1932年，发现正电子1937年，发现μ子1947年，发现了K介子和π介子后来，还发现一些质量比质子大的粒子，叫做超子道尔顿（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反粒子：质量、寿命、自旋等物理性质与过去已发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这些粒子叫反粒子。例如，电子的反粒子是正电子，其电荷量与电子相同，但带正电荷;反质子电荷量与质子相同，但带负电荷。

按粒子与各种相互作用的不同关系，可分为：强子、轻子、媒介子强子参与强相互作用的粒子介子、重子（质子、中子，超子）轻子不参与强相互作用的粒子电子，电子中微子，μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子媒介子传递相互作用的粒子光子，中间波色子，胶子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+10000-1+1稳定2.2<2.3中微子稳定轻子（共12种）中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。说明中微子是一种基本粒子，不带电，质量极小，几乎不与其他物质作用，在自然界广泛存在。太阳内部核反应产生大量中微子，每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计。大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生，例如核反应堆发电（核裂变）、太阳发光（核聚变）、天然放射性（贝塔衰变）、超新星爆发等等玻色子夸克是强子的基本组分所有的中子都是由三个夸克组成的，质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。

三、夸克模型例如质子奇异粒子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0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克1742/30+1/300+1夸克有6种1.质子

(uud)电荷重子数奇异数自旋同位旋夸克质量电荷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0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克1742/30+1/300+12.奇异粒子（uus）电荷重子数奇异数自旋夸克质量电荷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0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克1742/30+1/300+1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0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克1742/30+1/300+11/31/2-1/31/203.π+介子重子数电荷奇异数自旋同位旋分量宇宙——从何而来？大爆炸理论(TheBigBangTheory)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四、宇宙的演化早在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，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。大爆炸宇宙论

“宇宙演化过程和恒星演化过程”：宇宙大爆炸后，“粒子家族”（宇宙形成之初）：10-44秒后，温度1032K，产生夸克、轻子、胶子等→10-6秒后温度1013K，夸克构成了质子和中子等（强子时代）→温度为1011K时，少量夸克，光子、大量中微子和电子存在（轻子时代）→温度109K时进入核合成时代→温度降到3000K时，电子与质子复合成氢原子→冷却，出现了宇宙尘埃密集尘埃→星云团开始发光→一颗恒星诞生。恒星收缩升温→热核反应成氦→氢大部分聚变为He收缩→氦聚合成碳→…（类似）直到产生铁元素。恒星最后的归宿：恒星质量小于太阳1.4倍→白矮星恒星质量是太阳1.4~2倍→中子性恒星质量更大时(无法抵抗)→黑洞粒子物理和宇宙学殊途同归五、恒星的演化星云团白矮星超新星SN1987黑洞1．

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．课堂练习

练习2、目前普遍认为，质子和中子都由被称为μ夸克和d夸克的两类夸克组成，μ夸克带电量为2e/3，d夸克带电量为-e/3，e为元电荷，则下列论断可能的是（）A．质子由1个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和2个d夸克组成B．质子由2个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和2个d夸克组成C．质子由1个μ夸克和2个d夸克组成，中子由2个μ夸克和1个d夸克组成D．质子由2个μ夸克和1个d夸克组成，中子由1个μ夸克和1个d夸克组成答案：B

练习3、介子衰变方程为：→π-+πo其中介子和π-介子带负的基元电荷，πo介子不带电，如图所示，一个介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁