《粒子和宇宙》.ppt

第八节第八节 粒子和宇宙粒子和宇宙v1、知识与技能、知识与技能v（（1）了解构成物质的）了解构成物质的“基本粒子基本粒子”及粒子物理的发展史；及粒子物理的发展史；v（（2）初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一v2、过程与方法、过程与方法v（（1）感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法；）感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法；v（（2）能够突破传统思维重新认识客观物质世界能够突破传统思维重新认识客观物质世界v3、情感、态度与价值观、情感、态度与价值观v（（1）让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐）让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性；社会的必要性；v（（2）培养学生的科学探索精神培养学生的科学探索精神19.8《粒子和宇宙》 1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在一、一、“基本粒子基本粒子”不基本不基本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 中中子子 各种重子各种重子)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二、发现新的粒子二、发现新的粒子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＋＋＋＋＋＋＋＋3. 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，但某些正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量物理量 ( 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2. 正粒子、反粒子正粒子、反粒子相互作用是通过交换一定粒子实现的相互作用是通过交换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子光子光子玻色子玻色子 (W(W+ + 、、W W–Z Z0 0 粒子粒子) )胶子胶子• 引力子引力子尚未被实验证实尚未被实验证实• 弱电统一理论弱电统一理论: :电磁相互作用和弱相互作电磁相互作用和弱相互作用被看作是一种相互作用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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(Ω超子超子 3/2)费密子费密子超子超子ΩΣΛΞ超子及反粒子超子及反粒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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6 6种种+ +反粒子反粒子））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例如例如 质子质子 奇异粒子奇异粒子 π+ 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、夸克模型三、夸克模型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了反质子对撞试验中发现了W +、、W -和和 Z0 粒子。

为粒子为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宇宙宇宙——从何而来？从何而来？v大爆炸理论 (The Big Bang Theory)v宇宙从一个“奇点”爆炸产生Ø大大爆爆炸炸是是在在无无限限的的宇宇宙宙各各处处同同时时产产生生Ø时时间间的的零零点点粒粒子子物物理理和和宇宇宙宙学学殊殊途途同同归归五、恒星的演化五、恒星的演化17．中子内有一个．中子内有一个电电荷量荷量为为+2e/3 的上夸克和两个的上夸克和两个电荷量为的电荷量为的 -1e/3 下夸克，一简单模型是三个夸克下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为都在半径为r 的同一圆周上，如图给出的四幅图中，的同一圆周上，如图给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是能正确表示出各夸克所受静电作用力的是: A． B． C． D．。