《7. 粒子物理学简介(选学)》PPT课件(甘肃省县级优课)
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教科版高中物理选修3-4同步课件第三章粒子物理学简介(选学)
课程目标
情景思考
类型一 类型二 类型三
基础知识
重点难点
典型例题
随堂练习
解析:胶子和中间玻色子以及假定的“引力子”被称为媒介子,它们是 四种基本相互作用的传递媒介,共13种.不参与强相互作用的粒子, 被称为轻子,如电子、中微子等共6种,加上它们各自的反粒子,共有 12种.强子是指一切参与强相互作用的粒子,已发现的几百种粒子 大部分都是强子,人们最早发现的强子是质子和中子.故题目所给 的四个选项均正确. 答案:ABCD 题后反思:了解基本的分类情况,有意识地适当记忆,这样才能够快 速准确地解答此问题.
课程目标
情景思考
基础知识
ห้องสมุดไป่ตู้
重点难点
典型例题
随堂练习
类型一 类型二 类型三
夸克模型的认识
【例题2】 目前普遍认为,质子和中子都是由被称为u夸克和d夸
克的两类夸克组成.u 夸克电荷量为2e,d 夸克电荷量为-1e,e 为元电
3
3
荷,下列论断正确的是( )
A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组
课程目标
情景思考
类型一 类型二 类型三
基础知识
重点难点
典型例题
随堂练习
解析:粒子加速器是用人工方法产生高速粒子的设备,天然放射性 物质放出的粒子能量不高,不能满足科研的需要,人们通过粒子加 速器在目前已经能将电子、质子等带电粒子加速到接近光速,这些 高能量的粒子束成为人们认识物质深层结构的主要工具.通用的粒 子加速器中,按加速粒子的路径分为直线加速器、回旋加速器两种. 答案:ABD 题后反思:加速器是“打碎粒子的工具”,使人们发现了不少新粒子, 人们对微观物质世界的认识也随着加速器的出现在逐步深入.
高中物理第三章7粒子物理学简介(选学)课件教科选修35教科高中选修35物理课件
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第十八页，共十九页。
内容 总结 (nèiróng)
7 粒子物理学简介(选学)。1.初步(chūbù)了解粒子物理学的基础知识,知道基本粒子的分类及夸克
模型.。2.了解产生高速粒子的设备——加速器.。3.在学习中了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学
No 和人文精神.。(2)回旋加速器是一种用固定频率的高频电场加速在圆弧轨道中运动的带电粒子,以获得
第八页，共十九页。
类型
(lèixí ng)一
类型
(lèixí ng)二
类型
(lèixí ng)三
解析:胶子和中间玻色子以及假定的“引力子”被称为媒介子,它们是四种基本 相互作用的传递媒介,共13种.不参与强相互作用的粒子,被称为轻子,如电 子、中微子等共6种,加上它们各自的反粒子,共有12种.强子是指一切参 与强相互作用的粒子,已发现的几百种粒子大部分都是强子,人们最早 发现的强子是质子和中子.故题目所给的四个选项均正确.
3
或
23.至今已经发现了
6
种夸克,除
u、d、s
外,还有粲夸克
(c)、底夸克(kuā kè)(b)和顶夸克(t).
第四页，共十九页。
3.加速器
粒子加速器是用人工方法产生高速粒子的设备. 目前通用的加速器有20多种,按加速粒子的路径大致可分为两类:一类是直
线(zhíxiàn)加速器,其中带电粒子沿直线运动;一类是回旋加速器,带电粒子沿 圆弧运动,并反复加速.
7 粒子(lìzǐ)物理学简介(选学)
第一页，共十九页。
1.初步了解粒子物理学的基础知识,知道基本粒子的分类及夸克模型.
2.了解产生高速粒子的设备(shèbèi)——加速器. 3.在学习中了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神.
第18章粒子物理简介PPT课件
李政道 杨振宁
在强相互作用和电磁相互作用下宇称守恒定律的 正确性是有充分实验根据的，但在弱相互作用下 宇称是否守恒当时并没有充分的实验证据。针对、 之迷提出弱相互作用过程中宇称不守恒。
12
§18.3 粒子分类的八重法
1961年提出八重法，对强子分类排列。将具有相同自旋 s 、相同宇称 P 的强子结成一“族”，每族按电荷、奇异数 或超荷排列成八重态图、十重态图等 —— 粒子物理中 的周期表
• 协同产生: 一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。 •奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s), 表明是在强 相互作用下进行的；而衰变过程很慢(寿命约为10-8 ～ 10-10s)， 表明是在弱相互作用下进行的。
二. 四种基本相互作用
1. 四种基本相互作用的性质
5
2. 相互作用是通过交换一定粒子实现的
18
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
8个重子 (自旋1/2 宇称 “+”)
6个重子形成正6边形的6个 顶点，另2个在中心。
水平轴~奇异数 斜轴 ~电荷数
13
9个介子 (自旋0 宇称 “-”) 6个形成正6边形，另3个处 于中心。
水平轴~奇异数 斜轴 ~电荷数
在粒子多重态图（自旋为3/2、宇称为“+”）中，有一空位， 对应于后来发现的Ω- 超子 。
9
10
都
粒子物理学及其应用PPT课件
理论的统一，以解决当前物理学面临的基本问题。
发展更精确的实验技术和方法
升级和建设高能物理实验设施
为了探测更小的粒子和更弱的相互作用力，需要更高的实验能量和更精确的探测器技术。 未来的研究将致力于升级和建设更先进的高能物理实验设施，以提高实验的精度和灵敏度 。
发展新的实验方法和数据分析技术
随着技术的发展和数据的积累，需要发展新的实验方法和数据分析技术，以更有效地提取 实验数据中的有用信息，并提高实验结果的可靠性和精确度。
量子场论是描述微观粒子（如电子、光子、夸克等）行为的物理学理论框架。 它基于量子力学和狭义相对论，通过引入场的概念，描述了粒子之间的相互作 用。
相对论
相对论是爱因斯坦提出的经典理论，包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对 论解释了没有引力作用的时空观念，而广义相对论则描述了引力的本质是由物 质引起的时空弯曲。
利用粒子物理学原理，研究核聚变和 核裂变等新能源技术。
医学影像技术
利用粒子物理学原理，发展医学影像 技术和放射治疗技术。
粒子物理学与其他学科的交叉研究
宇宙学
研究宇宙起源、演化等问题的学 科，与粒子物理学在基本理论和
实验技术上有很多交叉。
生物学
研究生物大分子的结构和功能，与 粒子物理学在蛋白质结构和药物设 计等方面有交叉。
实验方法包括散射实验、衰变实验、对撞机实验等，这些实 验方法为粒子物理学的发展提供了重要的实验证据和理论支 持。
基本粒子及其性质
02
物质粒子和传播子
物质粒子
物质粒子是组成物质的基本单位 ，包括电子、质子、中子等。它 们具有电荷和质量，是构成原子 和分子的基础。
传播子
传播子是传递力的粒子，如光子 、介子和胶子等。它们负责传递 电磁力、强核力和弱核力等基本 相互作用力。
《粒子物理简介》PPT课件
.
19
一. 对称性和守恒定律
对称性：物体状态在一定变换下具有的不变性
物理学中的对称性
• 状态的对称性
• 规律的对称性
.
20
所谓物理规律的对称性就是物理规律在一 定变换下的不变性。即某种物理状态或过程 在一定的变换下（例如转动、平移等等）， 它所服从的物理规律不变。
研究物理规律的对称性的意义： • 在探索未知的物理规律的时候，可以以普
▲ 精确测定 m 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 g(e,)
g(e,) g(,)
1992年BEPC结果：mτ 17.776 80 0..6 63 7
这样三个 g 就一致了，支持了粒子的标准模型。
.
5
李政道： 1991—1992年高能物理最重要的
结果就是m 的精确测量。 ▲ m 是否为0 ？ 这涉及宇宙前途！ 1982年苏联实验发现：14eV< m <40eV 后来曾公认： m 7.3 eV ，无下限
●+e 1995年9月 欧洲核子研究中心，制 -e ●p 造了9个反氢原子，存在了4×10-8s 。
2002年8月欧洲核子研究中心成功地 反氢原子 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。
.
11
§5.3 场和媒介子
Dirac的空穴理论并不完整（对玻色子），
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
.
21
• 物理规律的每一种对称性（即不变性） 通常都相应于一种守恒定律。
空间平移不变性 ……………
空间转动不变性 …………… 角动量守恒
粒子物理学基础
原子的有核结构
1911年汤姆逊的学生卢瑟福确立了原子 的有核结构 1913年卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔 建立了量子的原子结构模型 1919提出了原子核内存在中子的设想 1932年查德威克确认了中子n的存在
物质的层次结构
基本粒子的性质
质子和中子的大小约为1个费米 质 子 的 质 量 为 938.3MeV ， 中 子 为 939.6MeV, 电子为0.511MeV 质子和中子称为重子, 电子称为轻子 质子的寿命长于亿亿亿亿年,自由中子的 寿命却只有877秒，中子会衰变成质子、 电子和一个新粒子——反中微子. 这是否预示着质子、中子内部还有结构？
四种基本相互作用力
对象 电磁力 带电粒子间 引力 强力 万物 强子 强度 10-2 10-40 1 10-5 范围 ∞ ∞ 10-15米 10-18米 交换粒子 γ(光子) G (引力子) g (胶子) w±,z0
弱力 有轻子参与
非直接、 非直接、即时相互作用
量子场论
描述物理世界的基本语言 量子力学 狭义相对论
粒子物理学基础
王 淦 昌 先 生
李 文 铸 先 生
汪 容 先 生
王凎昌先生和汪容先生
粒子物理学
物质的基本组成 物质间的基本相互作用 物质运动的基本规律
二十世纪的主要成就
相对论与时空观念 狭义相对论,高速运动粒子 广义相对论,引力理论，宇宙学 量子力学 波粒二象性,微观粒子 量子场论 描述物理世界的基本语言 标准模型 物质的基本组成和基本相互作用
牛顿力学
时间，空间 点粒子：位置，速度，加速度 牛顿定律 惯性 作用与反作用
F =m a
一个伟大的发现：
mm2 1 F = −k 2 r
相对性原理与Galilean变换
粒子物理简介PPT课件
二. 宇称守恒定律
镜
左手
右手
物 像
物和其镜面反演象不同，所以不具有镜面反演对称性 。
第8页/共20页
第9页/共20页
都
可
以
实
镜面反演
现
任意物理过程 A
过程 B
A、B 过程 遵守的规律相同
宇称守恒定律
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粒子都有特定的宇称， 称为 “内禀宇称”，简称 宇称P P = 1（偶宇称） P = -1（奇宇称）
第2页/共20页
中微子的自旋方向
（按右螺旋法则）与
运动方向相反；反中
微子的自旋方向与运
动方向一致。
v
v
v v
• 强子分类
分类
粒子名称
自旋
介子 核子
重子 超子
、 、 K介子等
质子、中子及其反粒子 ΩΣΛΞ超子及反粒子
整数
1/2 (Ω超子 3/2)
K 介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象
第3页/共20页
第1页/共20页
• 轻子（共12种）
分类
电子 μ子
轻 τ子 子中
微 子
说明
正反 自旋
粒子
e e
1/2 e e
电荷量 e
-1 +1 -1 +1 -1 +1
0 0 0
重子数 轻子数
B
Le L L
0 -1 +1
寿命 10-6s 稳定
2.2 <2.3
稳定
中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。
2. 奇异粒子 （uus）
电荷 Q 2 e 2 e 1 e e 333
重子数
教科版高中物理选修3-5：《粒子物理学简介(选学)》课件-新版
根据以前所有的理论，这个峰是不应该存在的．这说明我们发现 了一种全新的夸克．这种新粒子有很特别的性质：第一，它们质 量比其他所有已知的粒子都重；第二，它的寿命比其他所有已知 粒子的寿命长1 000倍．这意味着什么呢？大家知道，如果所有人 在世界上活到100岁左右，但你突然发现一个村子里的人能活到10 000岁，这就表示这些人可能有特别的性质．当然，有了这第四种 夸克，你就可以问有没有第五种、第六种——至今为止，已发现了 六种．
丁肇中：寻找宇宙中的基本粒子 如何寻找宇宙中最基本的粒子呢？我用四个故事向大家介绍 一下，这些故事是我在过去的年里所亲自经历的．
第一个故事是测量电子的半径．现代电磁学的理论认为电子 的半径为零.1964年，美国的麻省理工学院和哈佛大学建造了一个 当时最大的加速器，这个加速器周长为1 000英尺(1英尺为0.304 8 m)．当时来自哈佛大学和康乃尔大学的世界上很有名的专家，在 这个加速器里做一个很重要的实验，实验结果同时证明量子电动 力学是错误的，电子是有半径的．这是一个非常重要的实验.1966 年，我在德国用不同的方法重新做了这个实验，结果发现电子的 半径确实小到不可测量，电子是没有半径的．实验的结果和理论 的预期的比值等于1，即是说电子的半径等于零，也就是说以前许 多专家所做的实验结果是错误的．
B．质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸 夸克组成
C．质子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成，中子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成 D．质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成 解析 题目中给出的信息是 u 夸克与 d 夸克的带电荷量，据质子11 H 带一个元电荷的电荷量及中子10n 不带电，分析可知 B 项正确． 答案 B
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按被加速粒子的种类，可分 为电子直线加速器、质子直线加 速器、重离子直线加速器和超导 直线加速器等。
中国科学院高能物理研究所 35MeV直线加速器加速的电子 的速度已接近光速；质子或离子 的质量较大，其速度较低。
1966年建成的美国斯坦福电 子直线加速器管长3050米。
回旋加速器
回旋加速器是利用磁场使带 电粒子作回旋运动，在运动中经 高频电场反复加速的装置，是高 能物理中的重要仪器。
“上帝粒子”
希格斯玻色子（或称希格斯粒子、 希格斯子Higgs boson）是粒 子物理学标准模型预言的一种自 旋为零的玻色子。它也是标准模 型中最后一种未被发现的粒子。
欧洲核子研究中心的大 型强子对撞机(Large Hadron Collider， 简称LHC)将有机会 发现希格斯粒子。
2012年7月2日，美国能源部下属的费米国家加 速器实验室宣布，该实验室最新数据接近证明被 称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在。 2013年2月4日，该实验室确认上帝粒子的存在。
➢ ➢
时 时 产大 间 生爆 的炸 零是 点在
无 限 的 宇 宙 各 处 同
恒星、星系 核合成
强子时代
氢原子 轻子时代 夸克轻子胶子
大爆炸
恒星的演化
白矮星、 中子星、 黑洞
氦核聚变
星云团
恒星诞生 宇宙尘埃
大爆炸
简介地球在宇宙尘埃中诞生
研究微观世界的粒子
物理、量子理论，与 粒
研究宇宙的理论相互
宇宙大爆炸理论和恒星的演化过程 感悟：科学发展过程中蕴藏着的科学精神
人们人对们物对质物本质本的质认的识认是识不是断不深断入深的入的
➢
1932年 安德森发 现正电子
1937年 发现μ子
1947年 发现K介 子介子
对 真 理
的
追
求
永
无
止
境
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
种 上夸克 u 粲夸克 c 顶夸克 t
类 下夸克 d 奇夸克 s 底夸克 b
展 中的一个重大突破；
• 电子电荷不再是电荷的最小单元， 即存在分数电荷；
• 目前人们对夸克的认识还是很初步 的，科学家们直到今天都还未捕捉 到自由的夸克；
• 夸克不能以自由的状态单个出现， 这种性质称为夸克的“禁闭”；
子 物
沟通、相互支撑。
理
和
宇
宙
学
殊
正如诺贝尔物理学
欧洲核子研究中心的负责人 罗尔夫·霍耶尔
“这是我们在认识自然道路上 的一座里程碑”
“别忘了，标准模型只能解释 4%的宇宙，” 占宇宙质量96% 的暗物质仍没有得到解释， “我们还有很长的路要走”。
粒子物理学的基础知识
一、“基本粒子”不基本
基本粒子
e •
电子——
0 1
• 质子—— 11H
n • 中子—— 1 0
粒子物理学简介
1897年汤姆逊 发现电子
铍
石蜡
1932年查德威克 发现中子
1803年 道尔顿发现原子
1919年 卢瑟福发现质子
原子模型
学习目标
1．了解构成物质的“基本粒子” 及粒子物理的发展简史
2．初步认识几种加速器 3．初步了解宇宙的演化过程及宇
宙与粒子的和谐统一
内本 容节
主 要
人们对物质本质的认识是不断深入的 粒子物理学的基础知识 粒子加速器
强子
是参与强相互作用的粒子。质子是最早发 现的强子。强子又分为介子和重子
轻子
是不参与强相互作用的粒子。电子是最早发 现的轻子。现在还没发现轻子的内部结构
媒介子
是传递各种相 互作用的粒子
光子 中间玻色子
胶子
电磁相互作用 弱相互作用 强相互作用
四种基本相互作用
相互作 相对强
用
度
力程 (m)
参与离子
强作用 1 < 10-15 强子
强子对撞机
欧洲大型强子对撞机 是现在世界上最大、能量 最高的粒子加速器。大型 强子对撞机坐落于日内瓦 附近瑞士和法国的交界侏 罗山地下100米深·总长17 英里(含环形隧道)的隧道 内。2008年9月10日，对 撞机初次启动进行测试。
宇宙大爆炸理论和恒星的演化过程
大爆炸理论 (The Big Bang Theory) 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
➢ 能否解放被禁闭的夸克，是 21世纪物理学面临的重大课 题之一。
粒子加速器
• 1932年发明的加速器，能使带电粒 子加速到很高的能量。人们用它进 行了许多核物理实验而不再依赖天 然的宇宙射线，于是发现了更多的 粒子。
• 现在已经发现的粒子达400多种。
直线加速器
高频直线加速器，是指用沿 直线轨道分布的高频电场加速带 电粒子的装置。
至此，一套称之为标准模型的粒子物理学模型所预言的62个粒子中的61 个都已经得到了实验数据的支持与验证，但仍有一个粒子未被发现。
看上去标准模型马上就要获得决定 性的胜利，对物质微观结构的探索 已经到达了它的尾声，似乎人类也 马上就要听到这一跌宕起伏的，充 满了高潮与华彩的探索乐章的终曲， 但是仍然有一个粒子，游离在这座 辉煌的大厦之外，仿佛一个幽灵， 这就是希格斯粒子，而且就是这个 粒子可能会击垮整座大厦。
• 光子——
• 正电子
• μ子
• K介子、 介子
……
新粒子
“基本粒子”不基本
新粒子
介子
质量介于质子、电子之间
宇宙射线中 介子、K介子…
超子 质量比质子大的粒子
反粒子
物理性质与已知粒子相同， 而电荷量等其他性质相反。
0 1
e
0 1
e
11H 11H
4 2
He
4 2
He
二、粒子的分类
——按照粒子与各种相互作用的不同关系
电磁作 用
弱作用
~10-2 ~10-13
长程 < 10-17
强子、轻 子
强子、轻 子
引力作 用
~10-39
长程
一切物质
举例
核子之 间
电荷之 间
β衰变 中
天体之 间
交换粒 子
胶子
光子
中间玻 色子
引力子 （尚未 被证实
）
三、强子结构的夸克 模型 (1964年 )
介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
对撞机
对撞机是能够实现两束 相对运动的粒子对撞的设备， 是在高能同步加速器基础上 发展起来的。
北京正负电子对撞机(BEPC)是世界八大高能加速 器中心之一， 是我国第一台高能加速器，也是高能物 理研究的重大科技基础设施；由长202米的直线加速器、 输运线、周长240米的圆型加速器(也称储存环)、高6米 重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置 等几部分组成，外型象一只硕大的羽毛球拍。
中国科学院高能物理研究所 35MeV直线加速器加速的电子 的速度已接近光速；质子或离子 的质量较大，其速度较低。
1966年建成的美国斯坦福电 子直线加速器管长3050米。
回旋加速器
回旋加速器是利用磁场使带 电粒子作回旋运动，在运动中经 高频电场反复加速的装置，是高 能物理中的重要仪器。
“上帝粒子”
希格斯玻色子（或称希格斯粒子、 希格斯子Higgs boson）是粒 子物理学标准模型预言的一种自 旋为零的玻色子。它也是标准模 型中最后一种未被发现的粒子。
欧洲核子研究中心的大 型强子对撞机(Large Hadron Collider， 简称LHC)将有机会 发现希格斯粒子。
2012年7月2日，美国能源部下属的费米国家加 速器实验室宣布，该实验室最新数据接近证明被 称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在。 2013年2月4日，该实验室确认上帝粒子的存在。
➢ ➢
时 时 产大 间 生爆 的炸 零是 点在
无 限 的 宇 宙 各 处 同
恒星、星系 核合成
强子时代
氢原子 轻子时代 夸克轻子胶子
大爆炸
恒星的演化
白矮星、 中子星、 黑洞
氦核聚变
星云团
恒星诞生 宇宙尘埃
大爆炸
简介地球在宇宙尘埃中诞生
研究微观世界的粒子
物理、量子理论，与 粒
研究宇宙的理论相互
宇宙大爆炸理论和恒星的演化过程 感悟：科学发展过程中蕴藏着的科学精神
人们人对们物对质物本质本的质认的识认是识不是断不深断入深的入的
➢
1932年 安德森发 现正电子
1937年 发现μ子
1947年 发现K介 子介子
对 真 理
的
追
求
永
无
止
境
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
种 上夸克 u 粲夸克 c 顶夸克 t
类 下夸克 d 奇夸克 s 底夸克 b
展 中的一个重大突破；
• 电子电荷不再是电荷的最小单元， 即存在分数电荷；
• 目前人们对夸克的认识还是很初步 的，科学家们直到今天都还未捕捉 到自由的夸克；
• 夸克不能以自由的状态单个出现， 这种性质称为夸克的“禁闭”；
子 物
沟通、相互支撑。
理
和
宇
宙
学
殊
正如诺贝尔物理学
欧洲核子研究中心的负责人 罗尔夫·霍耶尔
“这是我们在认识自然道路上 的一座里程碑”
“别忘了，标准模型只能解释 4%的宇宙，” 占宇宙质量96% 的暗物质仍没有得到解释， “我们还有很长的路要走”。
粒子物理学的基础知识
一、“基本粒子”不基本
基本粒子
e •
电子——
0 1
• 质子—— 11H
n • 中子—— 1 0
粒子物理学简介
1897年汤姆逊 发现电子
铍
石蜡
1932年查德威克 发现中子
1803年 道尔顿发现原子
1919年 卢瑟福发现质子
原子模型
学习目标
1．了解构成物质的“基本粒子” 及粒子物理的发展简史
2．初步认识几种加速器 3．初步了解宇宙的演化过程及宇
宙与粒子的和谐统一
内本 容节
主 要
人们对物质本质的认识是不断深入的 粒子物理学的基础知识 粒子加速器
强子
是参与强相互作用的粒子。质子是最早发 现的强子。强子又分为介子和重子
轻子
是不参与强相互作用的粒子。电子是最早发 现的轻子。现在还没发现轻子的内部结构
媒介子
是传递各种相 互作用的粒子
光子 中间玻色子
胶子
电磁相互作用 弱相互作用 强相互作用
四种基本相互作用
相互作 相对强
用
度
力程 (m)
参与离子
强作用 1 < 10-15 强子
强子对撞机
欧洲大型强子对撞机 是现在世界上最大、能量 最高的粒子加速器。大型 强子对撞机坐落于日内瓦 附近瑞士和法国的交界侏 罗山地下100米深·总长17 英里(含环形隧道)的隧道 内。2008年9月10日，对 撞机初次启动进行测试。
宇宙大爆炸理论和恒星的演化过程
大爆炸理论 (The Big Bang Theory) 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
➢ 能否解放被禁闭的夸克，是 21世纪物理学面临的重大课 题之一。
粒子加速器
• 1932年发明的加速器，能使带电粒 子加速到很高的能量。人们用它进 行了许多核物理实验而不再依赖天 然的宇宙射线，于是发现了更多的 粒子。
• 现在已经发现的粒子达400多种。
直线加速器
高频直线加速器，是指用沿 直线轨道分布的高频电场加速带 电粒子的装置。
至此，一套称之为标准模型的粒子物理学模型所预言的62个粒子中的61 个都已经得到了实验数据的支持与验证，但仍有一个粒子未被发现。
看上去标准模型马上就要获得决定 性的胜利，对物质微观结构的探索 已经到达了它的尾声，似乎人类也 马上就要听到这一跌宕起伏的，充 满了高潮与华彩的探索乐章的终曲， 但是仍然有一个粒子，游离在这座 辉煌的大厦之外，仿佛一个幽灵， 这就是希格斯粒子，而且就是这个 粒子可能会击垮整座大厦。
• 光子——
• 正电子
• μ子
• K介子、 介子
……
新粒子
“基本粒子”不基本
新粒子
介子
质量介于质子、电子之间
宇宙射线中 介子、K介子…
超子 质量比质子大的粒子
反粒子
物理性质与已知粒子相同， 而电荷量等其他性质相反。
0 1
e
0 1
e
11H 11H
4 2
He
4 2
He
二、粒子的分类
——按照粒子与各种相互作用的不同关系
电磁作 用
弱作用
~10-2 ~10-13
长程 < 10-17
强子、轻 子
强子、轻 子
引力作 用
~10-39
长程
一切物质
举例
核子之 间
电荷之 间
β衰变 中
天体之 间
交换粒 子
胶子
光子
中间玻 色子
引力子 （尚未 被证实
）
三、强子结构的夸克 模型 (1964年 )
介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
对撞机
对撞机是能够实现两束 相对运动的粒子对撞的设备， 是在高能同步加速器基础上 发展起来的。
北京正负电子对撞机(BEPC)是世界八大高能加速 器中心之一， 是我国第一台高能加速器，也是高能物 理研究的重大科技基础设施；由长202米的直线加速器、 输运线、周长240米的圆型加速器(也称储存环)、高6米 重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置 等几部分组成，外型象一只硕大的羽毛球拍。