粒子物理的发展史

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1、粒子物理的发展史粗略地说，世界是由基本粒子组成的。所谓基本粒子，就是我们不考虑它的进一步结构，而把它当成整体的东西或者说是构成世界万物的、不能再分割的最小单元。把多种多样的物质看成是由少数几个基本实体构成，并以这样一个物质基础来说明自然界的统一性和多样性，虽简单，但抓住了问题的要害。基本性是个历史的、相对的概念。不同的时代，由于人们认识的不同，基本粒子家族的内容在不断地演变。（1）希腊泰勒斯提出“水为万物之本”。（2）亚里士多得认为水、火、空气，土是构成物质的基本元素（3）460-370,德漠克利特提出了原子论。（4

2、）周代，我们的祖先就提出了五行说，即认为万物是由金、木、水、火、土五种物质原料构成。（5）《周易》中有“太极生两仪，两仪成四像，四象生八卦”的哲学思想。太极即世界的本源，两仪是天地，四象是春、夏、秋、冬四季，八卦是天、地、雷、风、水、火、山、泽，由它们衍生出世界万物；（5）战国时的老子说：“道生一、一生二、二生三、三生万物”；（6）汉代则出现了天地万物由“元气”组成的哲学观点；（7）650年，牛顿曾说：“依我看，有可能一开始上帝就以实心的、有质量的、坚硬的、不可分割的、可活动的粒子来创造物质，它有大小和外形以及其它属

3、性，并占据一定质量……”（8）1660年，英国科学家R.玻意耳提出化学元素的概念；（9）1741年，罗蒙诺索夫《数学化学原理》：“一切物质都是由极微小的和感觉不到的粒子组成，这些粒子在物理上是不可分的，并且有相互结合能力，物质的性质就取决于这些微粒的性质。”（10）1789年，英国息今斯《燃素说及反燃素说的比较研究》，提出粒子彼此相互化合的设想。（11）1844年，道尔顿学说：1/元素是由非常微小、不可再分的微粒即原子组成的，原子在化学变化中也不能再分割，并保持自己独特的性质。2/同一元素所有原子的质量完全相同，不同

4、种元素原子性质和质量各不相同。原子的质量是每一种元素基本特征。3/不同元素化合时，原子以简单整数比结合。化合物的原子叫“复杂原子”。复杂原子的质量等于它的组分原子质量之和。十九世纪末、二十世纪初，物理学基本完成了它对宏观世界的描写，开始着手向物质结构的更深层次进军。放射性和原子的碰撞，使我们认识到，原子是由原子核和电子组成的；而所有的原子核是由质子和中子组成的，光电效应告诉我们象电磁场这样一种物质形成也可看成是粒子（光子）构成的。许多人以为这已经抓到了构造世界的最小砖块，但是历史表明，这只是人们渴望得到终极真理的一种

5、热切心情罢了，30年代人们在发现中子、质子后，又发现了正电子；而到50年代，通过高能加速器，又发现了大批新粒子，数目超过了化学元素的数目，于是诞生了一门研究这些“基本粒子”结构的科学，这就是我们今天的基本粒子物理学。它是研究构成质子等的粒子（夸克），轻子（电子、中微子等）及传递相互作用的粒子（光子等）的一门科学，由于这些粒子的尺度非常小、对它们进行实验研究需要花费极高的能量，故也称为高能物理学。到今天，基本粒子物理学，已成了庞大的科学事业，全世界投入的人员近四千人，每年耗费的经费约几十亿美元。它不仅是物理学的三大科学

6、前沿（指基本粒子、天体物理、生物物理）之一，也是人类科学的前沿，许多新思想在那里迸发，许多物质世界的新规律在那里得到发掘。相应地，许多诺贝尔物理学奖也在这领域里找到了它应有的主人，近几十年来有近40位科学家因粒子物理方面研究的杰出成果荣获诺贝尔物理学奖。二、今天的基本粒子指什么：粒子物理的几个发展阶段第一、粒子物理的萌芽（1895－1932）1895年，W.K.Rontgen发现X射线(光子)，因此荣获1901年诺贝尔物理学奖，A.H.Becquerel，P.Curie和M.Curie发现了放射性，共享了1903年诺

7、贝尔物理学奖。1989年，J.J.汤姆逊(J.J.Thomson)证实了电子的存在，由于对气体导电理论的贡献及实验研究的成果，他荣获了1906年诺贝尔物理学奖。1905年，A.爱因斯坦(A.Einstein)揭示光电效应的定律，光的粒子性，即光子的概念被人们接受，他因此荣获了1921年诺贝尔物理学奖。1911年，E．卢瑟福(E.Rutherford)根据α粒子被金属箔散射的实验现象指出原子的有核结构。1913年，N.波尔(N.Bohr)建立子原子的量子理论，因此，荣获1922诺贝尔物理学奖.1930年，W.泡利(W.

8、Pauli)根据原子核β衰变的实验观察，提出中微子的假设，并由于他提出的泡利不相容原理而荣获1945年诺贝尔物理学奖.20年代末,实验上得到证实的可以称为基本粒子的有光子(γ)、电子(e-)、质子(p).当时大多数物理学家都相信,一正一负两种粒子作为原子基本成份够了,而光子作为传递相互作用的粒子.但从元素周期表发现原子量与核外电荷数并不相等,如