198粒子和宇宙.ppt

道尔顿道尔顿（原子）（原子）汤姆逊汤姆逊（电子）（电子）卢瑟福卢瑟福（质子）（质子）查查德德威威克克（（中中子子））盖盖尔尔曼曼（（夸夸克克））发现微粒的科学家发现微粒的科学家 1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在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反质子对撞试验中发现了现了W +、、W -和和 Z0 粒子为60年代提出的年代提出的弱电统一理论弱电统一理论提供了实验上的支持提供了实验上的支持欧洲核子中心高能质子同步加速器上的欧洲核子中心高能质子同步加速器上的UAI 探测器探测器粒子的分类粒子的分类分类分类自旋自旋泡利不相泡利不相容原理容原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 各种重各种重子子)半整数半整数1/2，，3/2，，…服从服从费米费米—狄拉克狄拉克统计分布统计分布玻色子玻色子 ( 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— 爱因爱因斯坦统计分布斯坦统计分布1. 按自旋分类按自旋分类2. 共振态粒子共振态粒子— 寿命极短寿命极短（约（约10-23s））万有引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(＋＋ —— 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、磁矩等如电荷、磁矩等 ) 的符号相反。

的符号相反• 引力子引力子 自旋应为自旋应为2 2、静止质量和电荷为零，以光速运动静止质量和电荷为零，以光速运动• 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分类分类正反正反粒子粒子自旋自旋电荷量电荷量e重子数重子数B轻子数轻子数寿命寿命10-6s轻轻 子子电子电子μ子子τ子子1/2-1 +1-1 +1-1 +10000-1 +1稳定稳定2.2<2.3中中微微子子稳定稳定轻子（轻子（共共1212种种））中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用说明说明分类分类粒子名称粒子名称自旋自旋介子介子 、、   、、 K介子介子等等整数整数玻色子玻色子重子重子核子核子质子、中子及其反质子、中子及其反粒子粒子1/2(Ω超子超子 3/2)费密子费密子超子超子ΩΣΛΞ超子及反粒超子及反粒子子强子分类强子分类 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• 协同产生协同产生: : 一个超子总是和一个或几个一个超子总是和一个或几个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强子结构的夸克模型强子结构的夸克模型 下夸克下夸克 d 上夸克上夸克 u 奇夸克奇夸克 s强子结构夸克模型强子结构夸克模型 (1964年年 ) ：： 介子（夸克和反夸克组成）介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）重子（三个夸克组成）粲夸克粲夸克 c 底夸克底夸克 b 顶夸克顶夸克 t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19.8 19.8 粒子和宇宙粒子和宇宙一、粒子的分类一、粒子的分类: :1 1、强子、强子————质子、中子质子、中子2 2、轻子、轻子————电子电子3 3、媒介子、媒介子————光子光子二、夸克和反粒子二、夸克和反粒子美丽的宇宙美丽的宇宙——是啥东西？是啥东西？ 从何而来？从何而来？ 向何处去？向何处去？地心说地心说→日心说日心说→银河系银河系→大爆炸大爆炸宇宙从一个宇宙从一个“奇点奇点”爆炸产爆炸产生生 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。

哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸地远离我们而去哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密的时刻，当时宇宙无限紧密 19501950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念 根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微观粒子根据大爆炸宇宙论，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恒星系统得以相继出现从从19481948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：大爆炸开始时大爆炸开始时 150150－－200200亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。

亿年前，极小体积，极高密度，极高温度 →1010-43-43秒秒 宇宙从量子背景出现宇宙从量子背景出现 →1010-35-35秒秒 同一场分解为强力、电弱力和引力同一场分解为强力、电弱力和引力 →1010-5-5秒秒 1010万亿度，质子和中子形成万亿度，质子和中子形成 →0.010.01秒秒 10001000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占1010亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降 →0.10.1秒后秒后 300300亿度，中子质子比从亿度，中子质子比从1.01.0下降到下降到0.610.61 →1 1秒后秒后 100100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子力尚不足束缚中子和质子 →13.813.8秒后秒后 3030亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成 →3535分钟后分钟后 3 3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。

亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子 →3030万年后万年后 30003000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统块，直至恒星和恒星系统 粒粒子子物物理理和和宇宇宙宙学学殊殊途途同同归归19.8 19.8 粒子和宇宙粒子和宇宙一、粒子的分类一、粒子的分类: :1 1、强子、强子————质子、中子质子、中子2 2、轻子、轻子————电子电子3 3、媒介子、媒介子————光子光子二、夸克和反粒子二、夸克和反粒子三、宇宙的演化三、宇宙的演化四、恒星的演化四、恒星的演化恒星的演化恒星的演化宇宙尘埃宇宙尘埃——汇集成星云汇集成星云——产生内核（具有引力）产生内核（具有引力）——体积重量变大体积重量变大——恒星内氢燃料慢慢变少恒星内氢燃料慢慢变少——产生铁元素产生铁元素——内核坍缩内核坍缩——变为超新星变为超新星——爆炸爆炸——变为白矮星（大质量和超大质量恒星变为黑洞）变为白矮星（大质量和超大质量恒星变为黑洞）——维持维持5到到30亿年亿年——爆炸消失爆炸消失 宇宇宙宙尘尘埃埃星星云云团团恒恒星星白矮星白矮星中子星中子星黑黑 洞洞m<1.4m太阳太阳1.4m太阳太阳2m太阳太阳引力引力引力引力引力恒星的演化恒星的演化聚聚变变19.8 粒子和宇宙粒子和宇宙同学们，新课结束了同学们，新课结束了练习:(2004天津天津) 中子内有一中子内有一个个电荷量荷量为+2e/3 的上夸克和的上夸克和两个电荷量为的两个电荷量为的 -1e/3 下夸克，下夸克，一简单模型是三个夸克都在半一简单模型是三个夸克都在半径为径为r 的同一圆周上，如图的同一圆周上，如图1所示。

图所示图2给出的四幅图中，给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电能正确表示出各夸克所受静电作用力的是作用力的是: A． B． C． D．。