粒子物理学的发展

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量子力学发展及成就量子力学量子力学(英语:Quantum Mechanics,或称量子论)是描述微观物质(原子,亚原子粒子)行为的物理学理论,量子力学是我们理解除万有引力之外的所有基本力(强相互作用,电磁相互作用,弱相互作用,引力相互作用)的基础。

量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科,它主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论,它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。

量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一,而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。

量子力学是描写微观物质的一个物理学理论,与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。

量子力学是许多物理学分支的基础,包括电磁学,粒子物理,凝聚态物理,以及宇宙学的部分内容。

量子力学也是化学键理论(因此也是整个化学的基础),结构生物学以及电子学,信息技术,纳米技术等学科的基础。

一个世纪以来的实验和实际应用已经充分证明了量子力学的成功和实用价值。

1.关键现象1.1光与物质的相互作用1.1.1黑体辐射E= nhνn这里n是一个整数,h是一个自然常数。

(后来证明正确的公式,应该以n+ 1 / 2 来代替n,参见零点能量)。

1900年,普朗克在描述他的辐射能量子化的时候非常地小心,他仅假设被吸收和放射的辐射能是量子化的。

今天这个新的自然常数被称为普朗克常数来纪念普朗克的贡献。

其值为Js 。

1.1.2光电效应在光电效应中这个能量被用来将金属中的电子射出(功函数)E w和加速电子(动能):这里m是电子的质量,v是其速度。

假如光的频率太小的话,那么它无法使得电子越过逸出功,不论光强有多大。

照射时间有多长,都不会发生光电效应,而入射光的频率高于极限频率时,即使光不够强,当它射到金属表面时也会观察到光电子发射.1.2原子结构20世纪初卢瑟福模型是当时被认为正确的原子模型。

这个模型假设带负电荷的电子,像行星围绕太阳运转一样,围绕带正电荷的原子核运转。

物理学发展简史

物理学发展简史

物理学发展简史物理学是一门研究物质、能量和宇宙的基本规律的科学。

它起源于古代的自然哲学,经历了数千年的发展和演变。

本文将从古代到现代,简要介绍物理学的发展历程。

古代物理学古代物理学的起源可以追溯到古希腊时期。

古希腊哲学家如泰勒斯和毕达哥拉斯提出了一些关于自然界的基本观点。

然而,古代物理学的主要发展始于亚里士多德。

亚里士多德提出了关于天体运动和物体下落的理论,并将其系统化为自然哲学的一部份。

中世纪物理学在中世纪,物理学的研究受到了宗教和神学的限制。

然而,一些科学家如伊本·海登、伊本·萨那和罗杰·培根等人对物理学的研究做出了重要贡献。

他们进行了一些实验和观察,为后来的科学发展奠定了基础。

近代物理学近代物理学的发展始于16世纪末的科学革命。

伽利略·伽利莱是其中的重要人物之一。

他通过实验和观察,提出了关于物体运动和重力的理论。

伽利略的工作为牛顿的力学奠定了基础。

牛顿力学的发现是物理学史上的重要里程碑。

牛顿提出了三大运动定律和万有引力定律,成功地解释了行星运动和物体运动的规律。

这些理论为后来的科学研究提供了基础。

19世纪是物理学发展的黄金时期。

在这一时期,一系列重要的理论和实验被提出。

例如,安培和法拉第发现了电磁感应和电磁场的存在,麦克斯韦提出了电磁场的统一理论,开创了电磁学的新时代。

同时,热力学和统计物理学的发展也是19世纪的重要成就。

卡诺和克劳修斯等人对热力学进行了深入研究,提出了热力学第一、第二定律。

玻尔兹曼和吉布斯等人则建立了统计物理学的理论框架,解释了物质微观粒子的行为规律。

20世纪物理学20世纪是物理学发展的一个革命性时期。

相对论和量子力学的发现颠覆了牛顿力学的经典观念,引起了物理学的新变革。

爱因斯坦的相对论理论是20世纪物理学的重要里程碑之一。

他提出了狭义相对论和广义相对论,揭示了时间、空间和引力的本质。

相对论理论在天体物理学、宇宙学和粒子物理学等领域产生了重要影响。

物理学发展简史

物理学发展简史

物理学发展简史一、引言物理学作为自然科学的重要分支,研究物质的性质、运动和相互作用规律。

它的发展历程可以追溯到古代,经历了数千年的演变和积累。

本文将从古代物理学的雏形开始,梳理物理学的发展历史,介绍关键人物和重要理论的出现,以及对现代物理学的影响。

二、古代物理学的雏形古代物理学的起源可以追溯到古希腊时期。

早在公元前6世纪,希腊哲学家毕达哥拉斯提出了“万物皆数”的观念,认为宇宙的本质是数。

此后,柏拉图和亚里士多德等哲学家对物质构成和运动提出了不同的理论。

其中,亚里士多德的自然哲学成为古代物理学的主流思想,他认为天体运动是由于物体天然的趋向性和四个元素的相互作用。

三、近代物理学的奠基1. 哥白尼的日心说16世纪,波兰天文学家哥白尼提出了日心说,认为地球是宇宙的中心,行星和恒星围绕太阳运动。

这一理论颠覆了古代的地心说,对物理学发展起到了重要的推动作用。

2. 牛顿的经典力学17世纪,英国科学家牛顿提出了经典力学的三大定律。

他通过研究物体的运动和力的关系,建立了质点力学的基础。

牛顿的研究成果对后来的物理学发展产生了深远的影响,被誉为物理学史上的里程碑之一。

四、电磁学的兴起1. 麦克斯韦的电磁理论19世纪,苏格兰物理学家麦克斯韦提出了电磁场理论,将电学和磁学统一起来。

他的四个麦克斯韦方程式描述了电磁场的本质和传播规律,为电磁学的发展奠定了基础。

2. 雷诺兹的流体力学19世纪,英国物理学家雷诺兹研究了流体的运动和力学规律,提出了著名的雷诺兹数。

他的研究对流体力学的发展产生了重要影响,为后来的科学家提供了理论基础。

五、量子力学的开创20世纪初,量子力学的出现彻底颠覆了经典物理学的观念,成为物理学发展的重要里程碑。

1. 普朗克的量子理论德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时,提出了能量量子化的概念。

他的量子理论揭示了物质微观世界的奇特性质,为后来的量子力学奠定了基础。

2. 玻尔的原子模型丹麦物理学家玻尔在普朗克的理论基础上,提出了原子的量子理论。

物理世界的奥秘

物理世界的奥秘

物理世界的奥秘物理学是研究自然界基本规律和事物本质的一门学科,它揭示了物质、能量和宇宙间相互关系的奥秘。

通过深入探索物理世界,我们能够更好地理解自然规律,推动科学和技术的发展。

本文将着重介绍物理世界的一些奥秘,包括粒子物理学、宇宙起源以及量子力学等方面。

一、粒子物理学的奥秘粒子物理学研究的是物质的最基本组成单位和它们之间的相互作用。

在20世纪初,科学家发现了原子是物质的最小单元,同时也发现了电子、质子和中子等基本粒子。

然而,更深入的研究揭示出了更小的粒子,如夸克和轻子,它们构成了更多的基本粒子家族。

这种不断拓展的粒子家族给我们带来了无限的想象空间,也让我们进一步认识到物质的丰富多样性。

二、宇宙起源的奥秘宇宙是我们生活的家园,而宇宙的起源一直以来都是人类一直追寻的问题。

科学家们通过观测和实验逐渐勾勒出了宇宙的起源图景。

大爆炸理论认为宇宙起源于一个极为炽热且高密度的初始状态,随着时间的推移,宇宙不断膨胀。

然而,宇宙的起源究竟是如何发生的,仍然存在着许多未知之谜等待我们去探索。

三、量子力学的奥秘量子力学是描述微观世界的物理理论,它揭示了粒子的双重性质,同时也提出了不确定性原理。

量子力学的奥秘之一是量子纠缠现象,即当两个粒子在某一属性上发生改变时,另一个粒子也会瞬间“感知到”这种改变,即使它们相隔很远。

这种超越了经典物理学的联系让人们对于物质世界的本质有了新的认识。

四、黑洞的奥秘黑洞是宇宙中极为神秘和强大的天体。

它们由于极度强大的引力而吸引着周围的一切物质,甚至连光也无法逃脱。

科学家们通过间接观测和模拟计算,发现黑洞可能是通往另一个宇宙的门户,同时也可能是时间旅行的通道。

黑洞的奥秘吸引着科学家们投入更多的研究,以期能够更深入地了解它们的本质。

五、相对论的奥秘相对论是爱因斯坦的伟大理论,它揭示了时间、空间和质量之间的关系。

相对论的核心概念是光速不变原理,即光在真空中的速度是恒定的,不受观察者运动状态的影响。

物理学发展简史

物理学发展简史

物理学发展简史物理学作为一门自然科学,研究物质、能量、力和运动的基本规律,对人类认识自然界的发展起到了重要的推动作用。

下面将为您详细介绍物理学的发展历程。

1. 古代物理学古代物理学主要集中在古希腊时期,其中最著名的代表是亚里士多德。

亚里士多德提出了自然哲学的理论,他认为地球是宇宙的中心,物体的运动是由于它们的固有属性。

这一观点在几个世纪内占据主导地位,直到科学革命的到来。

2. 科学革命科学革命是物理学发展的重要里程碑,它从16世纪末到18世纪中期影响了整个欧洲。

伽利略·伽利莱是这一时期最重要的人物之一,他通过实验和观察提出了一系列的物理学定律,如自由落体定律和斜面上物体的运动定律。

伽利略的工作为现代科学方法的建立奠定了基础。

3. 牛顿力学伊萨克·牛顿在17世纪末提出了经典力学的三大定律,即牛顿运动定律。

他的《自然哲学的数学原理》成为物理学的经典著作,建立了质点力学和天体力学的基础。

牛顿的贡献对于后来的物理学发展产生了深远的影响。

4. 电磁学19世纪是电磁学的发展时期,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦通过数学方程式描述了电磁场的行为,提出了麦克斯韦方程组,统一了电磁学和光学。

这一理论奠定了电磁波的存在和传播的基础,为后来的无线电通信和光学技术的发展奠定了基础。

5. 相对论爱因斯坦的相对论是20世纪物理学的重要突破之一。

狭义相对论提出了时间和空间的相对性,揭示了物体在高速运动时的奇特效应。

广义相对论则对引力进行了重新解释,提出了引力是时空弯曲的结果。

相对论的理论框架为后来的粒子物理学和宇宙学的发展提供了基础。

6. 量子力学量子力学是20世纪最重要的物理学理论之一,它描述了微观粒子的行为。

马克斯·普朗克的量子理论和阿尔伯特·爱因斯坦的光电效应理论为量子力学的建立奠定了基础。

薛定谔方程描述了微观粒子的波动性质,开创了波粒二象性的概念。

量子力学的发展极大地推动了现代技术的发展,如激光、半导体和核能等。

物理学发展简史

物理学发展简史

物理学发展简史物理学是一门探索自然界基本规律和物质性质的科学。

它的发展可以追溯到古代,随着时间的推移,物理学经历了许多重要的里程碑和突破。

本文将为您呈现物理学发展的简史。

1. 古代物理学古代物理学起源于古希腊时期,最早的物理学思想可以追溯到毕达哥拉斯学派。

毕达哥拉斯学派认为世界是由数学规律构成的,他们的研究重点是几何学和数学。

此外,亚里士多德也对物理学做出了重要贡献,他提出了天体运动的观点,并将物质分为四个元素:地、水、火、气。

2. 文艺复兴时期文艺复兴时期是物理学发展的重要阶段。

尼古拉·哥白尼提出了地心说的反对者——日心说,认为地球绕太阳运动。

这一观点对物理学和天文学产生了深远的影响。

同时,伽利略·伽利莱通过实验和观察,提出了自由落体定律和斜面上物体滑动的规律,奠定了现代物理学实验方法的基础。

3. 经典物理学时期经典物理学时期是物理学发展的黄金时代。

伊萨克·牛顿的《自然哲学的数学原理》是经典物理学的里程碑之一。

牛顿提出了万有引力定律和运动定律,解释了行星运动、物体运动和力的关系。

此外,光的波动性也是经典物理学时期的重要研究领域,光的波动性理论由克里斯蒂安·惠更斯和托马斯·杨提出。

4. 20世纪的物理学革命20世纪是物理学发展的革命性时期,许多重要的理论和发现改变了我们对自然界的理解。

阿尔伯特·爱因斯坦提出了相对论,揭示了时间和空间的相互关系,同时提出了质能等效原理,即著名的E=mc²公式。

量子力学的发展也是20世纪物理学的重要里程碑,特别是马克斯·波恩和埃尔温·薛定谔的工作。

量子力学描述了微观世界的行为,解释了原子和份子的结构和性质。

5. 当代物理学当代物理学继续推动着科学的边界。

粒子物理学的发展揭示了基本粒子的性质和相互作用,如标准模型理论。

宇宙学也成为物理学研究的热点,我们对宇宙的起源、演化和结构有了更深入的了解。

圆形加速器与粒子物理

圆形加速器与粒子物理

圆形加速器与粒子物理圆形加速器,又称为环形加速器,是一种利用磁场将带电粒子加速的设备。

它主要用于研究粒子物理学,即研究物质的基本构成和相互作用。

本文将简要介绍圆形加速器的原理、种类和应用,以及粒子物理学的发展。

一、圆形加速器的原理和种类圆形加速器的原理基于带电粒子在磁场中的轨道运动。

在沿着加速器环形轨道传播的过程中,粒子被由加速器磁极制造的磁场加速,然后再被沿轨道分布的多个精确放置的电极加速。

常用的圆形加速器类型包括:1. 径向加速器。

它将电荷粒子放置在静电场中,用电场加速。

然后通过弯曲磁场使它们在一个圆形轨道上相互作用。

这种加速器主要用于研究中等能量的粒子。

2. 环形同步加速器(Synchrotron)。

它只用磁场加速粒子,没有静电场。

粒子以不同的速率在环形轨道上运动,被加速器中的磁场加速。

这种加速器可以得到更高能量的粒子。

3. 环形储存加速器(Storage ring)。

它可以将粒子存储在环形轨道上,并使用电极和磁极将粒子加速到更高的能量。

这种加速器主要用于研究高能粒子。

二、圆形加速器的应用圆形加速器在粒子物理学中有广泛的应用,尤其是在元素、基本粒子和宇宙等领域开展精密的实验。

其中,常见的应用包括:1. 粒子发现。

利用圆形加速器产生足够高能的粒子,可以发现新的基本粒子。

例如,在欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机(LHC)中,科学家发现了一种新的基本粒子——赛顿玻色子。

2. 粒子衰变研究。

通过在加速器中产生不同类型的粒子束,科学家可以研究它们的衰变方式。

这有助于加深对宇宙起源、物质本质和自然界基本规律等问题的理解。

3. 介质研究。

通过模拟原子核内的情况,在加速器中产生高能束流,可以研究介质的性质和核能发电原理。

三、粒子物理学的发展粒子物理学是研究物质基本粒子、相互作用和宇宙等领域的学科。

它的发展经历了几个阶段:1. 原子核物理学。

20世纪二三十年代,科学家发现原子核是由质子和中子组成的。

基本粒子的发展(论文)

基本粒子的发展(论文)

研究生学位课程论文论文题目:基本粒子的发展基本粒子的发展摘要:本文通过对电子、光子、质子、中子、正电子、中微子的发现和强子夸克模型的介绍,阐述了粒子物理的一些基本知识。

关键词:基本粒子、电子、中微子、夸克引言:不久前刚选完导师,我的导师是高策教授。

第一次见面,高老师询问了我的专业背景和兴趣后,给了我一些指导,希望我了解一下弦论和场论方面的相关理论。

于是,自己接触到了一些以前没有关注过的知识〔粒子物理学〕。

刚好正值期末,自然辩证法要交期末论文,题目自拟,所以想总结一下基本粒子的发展。

这样既可以完成学科作业,又能把近来看过的东西做一个简单总结,同时自己还抱着写一篇通俗的粒子物理方面的科普文章,希望能有一箭三雕之成效,但愿自己已经做到了。

揭露万物之本和世界之源是人类一直向往的研究目标。

早在公元前4世纪,古希腊哲学家德谟克利特(Democritus)和留基伯(Leucippus)就提出物质由不可分的微小的基本粒子组成,及原子论。

两千多年来,人类对世界本原的探索研究说明,物质世界确实有其深层次的构造,但又远非两位先哲所想的那样简单。

“基本粒子”按其原意是构成世界万物的不能再分割的最小单元。

这其实只是一种历史概念,随着人类认识的不断深化,这种概念本身也在不断演变。

最初,留基伯和德谟克利特提出的原子就是指构成世界万物的终极单元。

但时至今日,已经没有人认为原子不能再分割了。

“最小单元”这个概念一次又一次地被迫转移到下一层次,于是“基本粒子”一词也就应运而生了。

当然本文所用“基本粒子”一词并非说它永远不能再分割,而是说直到当时还未进一步被分割的物质单元,尽管已有种种迹象说明它仍然有其更深的结构。

为了表达方便,本文有时把“基本粒子”简称为“粒子”。

接下来,我就从人类认识粒子的顺序来大致介绍人类对世界认识的不断深入。

一、人类认识的第一个基本粒子:电子1897年,汤姆逊发现了电子,这是人类认识的第一个基本粒子,他因此而获得了1906年的诺贝尔物理奖。

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反粒子:反粒子的质量、寿命、自旋等与粒子相同,而电荷 等相加性量子数与粒子异号。
首先从理论上预言反粒子存在的人,是英国人狄拉克。25 岁时狄拉克对量子力学就做出了令人瞩目的贡献。此后他致 力于建立相对论性电子理论。终于他提出了著名的狄拉克方 程。该方程不仅简洁、优美,而且还能解出实验的自旋值和 磁矩值,精细结构,将量子力学中的康普顿散射、塞曼效应 等事实,通过相对论电子理论统一起来。
速器(能量为3.3×1010eV)上发现
了一个新粒子,将其命名为“J”,并
于11月份宣布。同时在美国西海岸的
斯坦福大学直线加速器中心的里克特
小组也发现了类似的粒子,并将其命
名为“ψ”。因此,这个粒子就命名
为“J/ψ”。不久在意大利和德国的加
速器上也相继观察到这个粒子。为此,
丁肇中和里克特容获1976年诺贝尔物
5. 底夸克(b)和顶夸克(t) 根据基本粒子的发现历史,可将夸克分为三代,第一代夸克
粒子物理学的发展
1955年赛格雷、张伯伦在高能加 速器上获得了反质子。1956年发 现王反淦中昌子发。现了19反59西年格,马我负国~超科 子学家 ( )。人们又开始想到能否用反 质子、反中子、正电子,组成一个 反原子。
1995年开始,欧洲粒子研究中心 的科学家,在(LEAR)低能反质子 环中,产生了9个反氢原子,虽然 它们存在的时间仅为三亿分之四秒, 但是,却将人们对物质的认知领域 大大扩展了。
里克特
理学奖。
J/ψ粒子是自旋为1的玻色子,质量很大,比质子质量还大3倍多。它的电荷
是2e/3;但寿命却出奇的长,达到10-20秒,是类似能量的典型强子的1000
多倍。
为了说明J/ψ粒子的性质,人们提出了一种新的夸克---桀夸克(c夸克)。
J/ψ粒子是由一个桀夸克和一个反桀夸克组成的束缚态。
粒子物理学的发展
粒子物理学的发展
由于夸克模型能够成 功的解释许多已知事 实,把极为复杂的事 情变得非常简单,而 且在说明强子分类和 质量谱等方面非常成 功,所以这一模型为 大多数人所接受。 1969年,盖尔曼获得 诺贝尔物理学奖。
盖尔曼像
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.桀夸克的发现
1974年8月,丁肇中领导的研究
小组,在布鲁克海文实验室的质子加
2.理论基础是量子场论,是解释微观现象的基本 理论。
粒子物理学的发展
杨振宁、李政道大胆提出粒子在弱相互作用中,宇称不一 定守恒,θ粒子和τ粒子可能是同一种粒子
李 政 道 和 杨 振 宁
粒子物理学的发展
吴健雄的实验验证

吴健雄做了极化钴

60原子核β衰变实验,

将钴60置于0.01K的低
温环境中的磁场内,实
1961年,美国物理学家盖尔曼(M.Gell-Mann)和尼曼 (Y.Neeman) 提出用SU(3)对称性对强子进行分类的 “八重 法”。这一方法概括了当时已经发现的大量粒子,并预言了 Ω-1粒子的存在。这一预言于1964年被实验证实。
粒子物理学的发展
3.夸克理论 1964年盖尔曼进一步提出假设,即作为SU(3)群的物理基础的
雷赛 像格 伦张 像伯
粒子物理学的发展
现在公认的科学分类方法是按粒子参与相互作用的类型来分。 粒子共参与四种相互作用:强相互作用、电磁相互作用、弱相 互作用、引力相互作用。由于相互作用和前三种相比太弱,因 此粒子物理学中不考虑它。 ①轻子:主要参与弱作用,带电的轻子也参与电磁作用,自旋 都是1/2,所以是费米子;轻子必定以粒子与反粒子对的形式 生成湮灭。电子等6种是轻子,加上它们的反粒子,轻子共12 种。 ②强子:直接参与强相互作用的粒子统称为强子,强子也参与 弱作用,带电强子也参与电磁相互作用。强子又分为介子和重 子两类:自旋为整数或零的称为介子,如π、K、Η等;自旋 为半整数的称为重子,如p、n、Σ、Λ、Ξ等; ③规范玻色子:是传递各种相互作用的中介者,它们是传递电 磁作用的光子;传递弱作用的W±、Z0,传递强作用的胶子。 胶子至今未发现。规范玻色子都是玻色子。
验说明了β 衰变规律宇
称不守恒,使杨、李的
观点得到了验证,打破
了人们的传统观念。
粒子物理学的发展
一、粒子的分类 在粒子物理学的发展过程中,提出过不同的分类方案,
如①早期按粒子的质量分类:光子(0)、轻子(轻)、介子 (轻子和重子之间)、重子(重); ②按粒子的寿命分为稳定粒子(平均寿命>10-18s)和不稳定 粒子(平均寿命在10-20-10-24S); ③分为粒子和反粒子。
粒子物理学的发展
粒子物理 (高能物理)是研究场和粒子的性质、运 动、相互作用和相互转化规律的学科,也是研究 粒子内部结构规律的学科,是当代物理学发展的 前沿。
1.实验研究:主要是通过高能粒子的相互碰撞,用 实验手段发 现新粒子。到目前已经发现了300多 种。
采用的试验设备有加速器、对撞机、探测器、 计算机和数据处理系统。
粒子物理学的发展
二、强子结构和夸克理论 1.坂田模型
最早提出强子结构模型的是费米和杨振宁,1949年他们 提出,π介子是由核子(质子、中子)和它们的反粒子(反质 子和反中子)组成。由于当时反质子和反中子尚未发现,所以, 这一模型的提出需要一定的知识积累和胆识。
1955年,坂田昌一提出“坂田模型”:强子都是由质子、 中子和Λ超子以及它们的反粒子组成。这些粒子称为基础粒子。 2.八重法
三重态,不仅仅是某种数学框架,而是三种不同的粒子:上夸克 (u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)。并提出强子结构的“夸克”模型: 他认为夸克是自然界中更基本的组成粒子,所有强子都是由三种 夸克和它们的反粒子组成。
夸克性质:①夸克必须是费米子。因为费米子可以构成费米子, 也可以构成玻色子;而玻色子只能构成玻色子,不能构成费米子。 ②夸克具有分数电荷。上夸克的电荷为2e/3,下夸克的电荷为-e/3, 奇异夸克的电荷也为-e/3。③夸克带有色荷:红色(R)、黄色(Y)、 绿色(G)。这些色荷决定夸克参与强相互作用的强弱程度。 标准模型:中子由2个下夸克和1个上夸克构成,写作(udd);质子 则由2上夸克和1下夸克构成,记为(uud)。在强子内部,夸克通过 胶子传递强相互作用。胶子带有色荷,彼此有相互作用,可以形 成胶子-胶子束缚态(即胶球)。
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