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1、会计学1粒子和宇宙粒子和宇宙(yzhu)人教选修人教选修第一页，共25页。第1页/共25页第二页，共25页。原子原子(yunz)化合物化合物单质单质原子核原子核电子电子负负正正质子质子中子中子不带不带夸克夸克正正第2页/共25页第三页，共25页。盖尔曼盖尔曼（夸克（夸克(ku k)）第3页/共25页第四页，共25页。道尔顿道尔顿（原子（原子(yunz)）汤姆逊汤姆逊（电子（电子(dinz)）卢瑟福（卢瑟福（质子质子(zhz)）查德威克查德威克（中子中子）盖尔曼盖尔曼（夸克夸克）发现各种微粒的科学家发现各种微粒的科学家第4页/共25页第五页，共25页。一、一、“基本粒子基本粒子(jbnlz)”不
2、基本不基本第5页/共25页第六页，共25页。粒子粒子(lz)的的分类分类分类分类自旋自旋泡利不相容原泡利不相容原理理统计规律统计规律费米子费米子 (电子电子 质子质子 中子中子 各各种重子种重子)半整数半整数1/2，3/2，服从服从费米费米狄拉克统计分狄拉克统计分布布玻色子玻色子 ( 光子光子 介子介子K介子、介子、 介子介子 ) 整数整数0 或或 1 等等不服从不服从玻色玻色 爱因斯坦统计爱因斯坦统计分布分布1、按自旋、按自旋(z xun)分类分类2、共振态粒子、共振态粒子(lz) 寿命极短（约寿命极短（约10-23s）二、发现新的粒子二、发现新的粒子第6页/共25页第七页，共25页。万有引
3、力万有引力电磁力电磁力弱相互作用弱相互作用强相互作用强相互作用引力子引力子光子光子轻子轻子强子强子4、按相互作用分类、按相互作用分类(fn li)( 参与参与)正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量理量 ( 如电荷如电荷(dinh)、磁矩等、磁矩等 ) 的符号相反的符号相反。引力子：自旋应为引力子：自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速、静止质量和电荷为零，以光速(un s)运动。运动。光子：光子：自旋为自旋为1 1，是玻色子是玻色子3、正粒子、反粒子、正粒子、反粒子第7页/共25页第八页，共25页。分类分类正反正反粒子粒子自旋自旋电荷量电荷量e重
4、子数重子数B轻子数轻子数寿命寿命10-6s轻轻 子子电子电子子子子子1/2-1 +1-1 +1-1 +10000-1 +1稳定稳定2.22.3中中微微子子稳定稳定eeeeLLLe轻子轻子(qn z)（共（共12种）种）中微子系中性粒子，质量中微子系中性粒子，质量(zhling)(zhling)为零，只参与弱相互作用。为零，只参与弱相互作用。说明说明(shumng)第8页/共25页第九页，共25页。分类分类粒子名称粒子名称自旋自旋介子介子 、 、 K介子等介子等整数整数玻色子玻色子重子重子核子核子质子、中子及其反粒子质子、中子及其反粒子1/2(超子超子 3/2)费密子费密子超子超子超子及反粒子超
5、子及反粒子强子分类强子分类(fn li)K 介子和各种超子称为奇异粒子介子和各种超子称为奇异粒子(lz)。试验中发现以下现象。试验中发现以下现象协同产生协同产生: : 一个超子一个超子(choz)(choz)总是和一个或几个总是和一个或几个K K介子同时产生介子同时产生。奇异粒子协同产生的过程极快奇异粒子协同产生的过程极快( (约为约为1010-23-23s), s), 表明是在强表明是在强 相互作用下进行的；而衰变过程很慢相互作用下进行的；而衰变过程很慢( (寿命约为寿命约为1010-8 -8 1010-10-10s)s)， 表明是在弱相互作用下进行的。表明是在弱相互作用下进行的。第9页/共
6、25页第十页，共25页。强子结构强子结构(jigu)(jigu)的夸的夸克模型克模型 下夸克下夸克(ku k) d 上夸克上夸克(ku k) u 奇夸克奇夸克(ku k) s强子结构夸克强子结构夸克(ku k)模型模型 (1964年年 ) ： 介子（夸克介子（夸克(ku k)和反夸克和反夸克(ku k)组成）组成） 重子（重子（三个夸克三个夸克(ku k)组成）组成）粲夸克粲夸克 c 底夸克底夸克 b 顶夸克顶夸克 t第10页/共25页第十一页，共25页。例如例如 质子质子 奇异粒子奇异粒子 + 介子介子夸克夸克质量质量电电荷荷e自自旋旋重重子子数数同同位位旋旋同位同位旋分旋分量量奇奇异异数数
7、超荷超荷粲粲数数底底数数顶顶数数d下夸克下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克顶夸克1742/30+1/300+1三、夸克三、夸克(ku k)模型模型第11页/共25页第十二页，共25页。1、质子、质子(zhz) (uud)0SeeeeQ313232电荷电荷(dinh)1313131B重子重子(zhn z)数数2/1I2/1J奇异数奇异数自旋自旋同位旋同位旋夸克夸克质
8、量质量电电荷荷e自自旋旋重重子子数数同同位位旋旋同位同位旋分旋分量量奇奇异异数数超荷超荷粲粲数数底底数数顶顶数数d下夸克下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克顶夸克1742/30+1/300+1第12页/共25页第十三页，共25页。2、奇异、奇异(qy)粒粒子子 （uus）eeeeQ313232电荷电荷(dinh)1313131B重子重子(zhn z)数数1S2/1J
9、奇异数奇异数自旋自旋夸克夸克质量质量电电荷荷e自自旋旋重重子子数数同同位位旋旋同位同位旋分旋分量量奇奇异异数数超荷超荷粲粲数数底底数数顶顶数数d下夸克下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克顶夸克1742/30+1/300+1第13页/共25页第十四页，共25页。夸克夸克质量质量电电荷荷e自自旋旋重重子子数数同同位位旋旋同位同位旋分旋分量量奇奇异异数数超荷超荷粲粲数数底
10、底数数顶顶数数d下夸克下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克底夸克4.7-1/30+1/30+10t顶夸克顶夸克1742/30+1/300+11/31/2-1/31/20d3.+ 介子介子)d(ueeeQ313203131B重子重子(zhn z)数数0 S电荷电荷(dinh)奇异奇异(qy)数数自旋自旋同位旋分量同位旋分量1zI2/1J第14页/共25页第十五页，共25页。类别类别相对强度相对强度力程力程(m)作
11、用时间作用时间(s)参与离子参与离子强作用强作用1 10-1510-23强子强子电磁作用电磁作用10-2长程长程10-20 10-16强子强子 轻子轻子 光子光子弱作用弱作用10-13 10-17 10-8强子强子 轻子轻子引力作用引力作用10-39长程长程一切物质一切物质四种四种(s zhn)基本相互作用基本相互作用1、四种、四种(s zhn)基本相互作用的性质基本相互作用的性质第15页/共25页第十六页，共25页。相互作用是通过交换相互作用是通过交换(jiohun)一定粒子实现的一定粒子实现的作用类型作用类型引力作用引力作用电磁作用电磁作用弱作用弱作用强作用强作用交换粒子交换粒子引力子引力
12、子光子光子玻色子玻色子 (W(W+ + 、W WZ Z0 0 粒子粒子) )胶子胶子引力引力(ynl)子尚未被实验证实子尚未被实验证实弱电弱电(ru din)(ru din)统一理论统一理论: :电磁相互作用和弱电磁相互作用和弱相互作用被看作是一种相互作用。相互作用被看作是一种相互作用。大统一理论大统一理论试图将强、电、弱三种相互作试图将强、电、弱三种相互作用统一起来。用统一起来。第16页/共25页第十七页，共25页。1983年，鲁比亚实验组在高能质子年，鲁比亚实验组在高能质子反质子对撞试验中发现反质子对撞试验中发现(fxin)了了W +、W -和和 Z0 粒子。为粒子。为60年代提出的弱电统
13、一理年代提出的弱电统一理论提供了实验上的支持。论提供了实验上的支持。欧洲欧洲(u zhu)(u zhu)核子中心高能质子同步加速器上的核子中心高能质子同步加速器上的UAI UAI 探探测器测器第17页/共25页第十八页，共25页。大爆炸是在无限大爆炸是在无限(wxin)的宇的宇宙各处同时产生宙各处同时产生时间的零点时间的零点四、宇宙的演化四、宇宙的演化第18页/共25页第十九页，共25页。 早在早在19291929年，埃德温年，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，宇宙正在不断膨胀哪
14、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。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100100亿至亿至200200亿年之前的某一时刻，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。做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。 1950 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
15、四周的空气传播开去的那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炸中每一个粒子都离开其它(qt)(qt)每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。急剧膨胀。 整个空间整个空间 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。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
16、的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，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。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。大爆炸大爆炸(bozh)宇宙宇宙论论第19页/共25页第二十页，共25页。第20页/共25页第二十一
17、页，共25页。粒子粒子(lz)物理和宇宙学殊途物理和宇宙学殊途同归同归五、恒星五、恒星(hngxng)的演化的演化第21页/共25页第二十二页，共25页。例例1、中子内有一个电荷量为、中子内有一个电荷量为+2e/3 的上夸克和两个电荷量为的上夸克和两个电荷量为的的 -1e/3 下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r 的同一的同一(tngy)圆周上，如图圆周上，如图1所示。图所示。图2给出的四幅图中，能正确给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是表示出各夸克所受静电作用力的是: A B C D第22页/共25页第二十三页，共25页。例例2、第23页/共25页第二十四页，共25页。第24页/共25页第二十五页，共25页。