粒子物理简介课件.ppt

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1、*粒子物理简介（碳原子核的夸克结构）1*本章目录§5.1粒子的分类§5.2反粒子§5.3场和媒介子§5.4相互作用和守恒定律，宇称§5.5更深的层次——夸克模型注：本章内容参看书第一册P1P12“基本粒子”2§5.1粒子的分类1.轻子①不参与强相互作用②自旋现有400多种粒子可按寿命、自旋、质量、参与的相互作用分为轻子、强子和媒介子。带电的轻子还可参与电磁相互作用3轻子m(MeV)Q(e)J()4轻子质量不一定小，1992年以前测得MeV▲精确测定的意义：电磁作用耦合常数是e弱作用耦合常数是g按92年以前数据得到1992年BEPC结果：这样三个g就一致了，支持了粒子的标准模型。g(e

2、,)g(e,)g(,)5李政道：1991—1992年高能物理最重要的▲m是否为0？这涉及宇宙前途！1998年日本实验发现和e之间有振荡，结果就是m的精确测量。表明m≠0（<10-2eV）。中性，穿透力极强。1956年首次探测到。太阳辐射大量，每秒能有1014个穿过人体。1982年苏联实验发现：14eVmp）73.媒介子（传

3、播子）媒介子传播相互作用，是相互作用的媒介。粒子种类J(h)m(GeV)传播相互作用类型光子10中间+W玻色-W子Z0111180.2291.173（1967预言，弱1983发现，1984Nob）胶子10强引力子20引力电磁8§5.2反粒子正能解，粒子E>0；负能解，粒子E<0。1928年Dirac由出发，有两类解：得出相对论波动方程（Dirac方程）若动量p=0，两个能区被2m0c2则能量E=m0c2，所隔开。0（最小正能量）（最大负能量）负能态E正能态+m0c2-m0c29Dirac的“空穴”理论：构成了一个无所不在的背景，故感受不到。—把负能态的电子激发到正能态。负能态上就少

4、了负能量和负电荷。于是就出现了正能量和正电荷。电子负能态都填满了，真空：负能态填满，正能态无电子。真空被激发，0正能态负能态E+e空穴-e激发：复合：101931发现了e+，1955产生了p，以后：K+，K，+，…1959产生了每种粒子都有反粒子，光子的反粒子就是自身。反粒子反核→反原子→反世界1995年9月欧洲核子研究中心，制造了9个反氢原子，存在了4×10-8s。+e●●-ep反氢原子（自旋与磁矩同向），2002年8月欧洲核子研究中心成功地制造出了约5万个低能状态的反氢原子，这是人类首次在受控条件下大批量制造反物质。1956产生了n11Dirac的空穴理论并不完整（对玻色

5、子），但有启发——真空是场的基态。按照量子场论：每种粒子都相应一种物质场（电子场、光子场、介子场…）场处于基态—无粒子§5.3场和媒介子场的基态构成真空，某种场被激发®产生某种粒子光子——电磁场的激发态+介子——介子场的激发态12＋e+e＋e+e介子场处于激发态，表现为有一个介子。通过相互作用，介子场把激发能传给正电子和中微子场使其激发。介子消失，产生了正电子和中微子。是+和e+、e间的弱作用引起的。+e++e13传递相互作用的场被激发→媒介子。▲电子—电子相互作用交换电磁场（放出、吸收光子）▲n—p通过核力相互作用交换介子npnp(m)交换中多了能

6、量E=mc2，若传递时间为t，按不确定关系估算（量级）：e-e-e-e-14所以t应非常小，则应能观察到交换的粒子（E.M）、，…则应观察不若t非常小，以至若t足够小，则E足够大，以至使E=mc2，实际上是观察不到交换的粒子，且满足关系这说明交换的是“虚粒子”（交换，但看不到）按作用速度为c来估计作用力程：可认为力程数量级为到交换的粒子。15电磁∞长程力强短程力由此估算出后来实验发现弱短程力由此估算出实验给出中间玻色子引力∞长程力由此反推出21015mm102MeV10181017mm=139MeVm10100GeVm8090GeV相互作用

7、R（作用力程）m引=016四种作用强弱比较17§5.4相互作用和守恒定律，宇称这就使我们可以通过守恒定律来揭示粒子由于对粒子间作用的规律不完全清楚，∴不可能建立粒子的动力学规律。因此，寻找粒子在反应过程中的守恒量，就成为了一项重要的研究方法。正是由于粒子的反应过程必须遵从一系列守恒定律，才限制了某些过程的发生。的某些内禀性质。18除此之外，对于粒子还有一些与内禀性质相联系的的守恒定律，如宇称，同位旋，奇异数、重子数、轻子数等守恒定律，实验证明，