基本粒子
高中物理精品课件：基本粒子
解析：
质子
H 所带的电荷量为
2× e+(- )e=e,中子 n 所带的电荷量为
e+2×(- e)=0,结合不同夸克的带电荷量可知,B 正确。
【例题2】关于粒子,下列说法正确的是( D )
A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
1、部分新粒子的实验发现年代
⑴1931——1970年发现的新粒子
1932年发现了正电子
1937年发现了子
1947年发现了K介子和 介子
后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大，叫做超子。
一、发现新粒子
1、部分新粒子的实验发现年代
⑵对撞机
1932年发明的粒子加速器，能使带电
粒子加速到很高的能量。让这些高能
解析：
根据题中给出的信息，中微子在衰变过程中分裂为μ子和τ子，符合动量守恒定
律，mv0＝mμvμ＋mτvτ ，因此mτvτ＝mv0 －mμvμ，当μ子与中微子速度方向相同时，
则τ子运动方向与μ子运动方向只能是同向或反向，即在同一直线上，但由于不知道
中微子和μ子的动量大小，因此具体方向无法判断，所以A、B、D错误，C项正确.
D.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子
现代实验中还没有发现轻子的内部结构,故A正确;能量守恒定律等
对基本粒子也适用,故B错误;反粒子与其相应的粒子带等量异种电荷,反
粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象,故C正确;质子是最早发现
的强子,故D正确。
赵忠尧(1902-1998)
吴健雄(1912-1997）
基本粒子
基本粒子BY 新子星1.什么是基本粒子如上图，这就是世界的基石。
我们这里，取最狭隘的定义，认为基本粒子就是不可再分的粒子。
那么至今为止，发现的基本粒子就是这个图中的16六个格子。
2.为什么说基本粒子是世界的基石？世界的一切除了时空本身，都可以分为两类：物质，力基本粒子也有两类：一类：组成了物质，组成了我们，叫做费米子，是紫色和绿色的方格代表的部分。
另一类：传递了相互作用力，叫做玻色子，是红色的方格代表的部分它们合在一起，就是世界的基石。
3.物质的基础——费米子不考虑电荷、自旋、颜色，只考虑味道，我们可以认为，物质是由12种基本粒子组成的。
而太阳系内最普通最常见，几乎一切物质的组成则更为简单，只是第一纵列的四个格子。
u与d组成了核子，进而组成了原子核。
电子e绕着原子核运动，就构成了我们见到的几乎一切。
电子中微子ve，反正也看不见，就不说了。
4.传递力——玻色子力的本质是粒子性的。
这些粒子就是玻色子。
对应于四种基本力——引力，电磁力，弱力，强力——存在四大类的玻色子。
这一点是最近才搞明白的。
至于如何传递，我不想跟你们讲数学。
5.介绍物质的基石我只介绍第一纵列的四个粒子。
u：上夸克，名称来自英文up的首字母。
d：下夸克，名称来自down的首字母u+d构成了原子核内的核子，什么质子啊，中子啊。
质子=2u+1d，中子=1u+2d。
e：电子，名称来自electric的首字母电子绕核运动，构成原子，原子构成我们所见的一切物质。
ve：电子中微子。
中微子，事实上跟“中子”毫无关系，是完全不同的粒子。
它是一种极轻的基本粒子，几乎没有质量，可以以近光速运动。
几乎不参与一切相互作用，只参与微弱的弱力。
其他的8种呢？这个表是有规律的。
费米子的三个纵列，代表了三代。
同一行的格子代表的基本粒子属性相似。
区别就是，一代比一代重，质量大。
介绍了一个纵列，你就知道了其他的八种。
6.介绍力的基础力的基础是玻色子。
有四种力，因此有四类玻色子。
基本粒子
基本粒子基本粒子，即在不改变物质属性的前提下的最小体积物质。
它是组成各种各样物体的基础。
并不会因为小而断定它不是某种物质。
现在科学家利用粒子加速器加速一些粒子，有时候用粒子相撞的方法，来研究基本粒子。
基本粒子费米子 夸克 ▪ 上夸克 ▪ 反上夸克 ▪ 下夸克 ▪ 反下夸克 ▪ 粲夸克▪ 反粲夸克 ▪ 奇夸克 ▪ 反奇夸克 ▪ 顶夸克 ▪ 反顶夸克▪ 底夸克 ▪ 反底夸克轻子▪ 电子 ▪ 正电子 ▪ μ子 ▪ 反μ子 ▪ τ子▪ 反τ子 ▪ 电子中微子 ▪ 反电子中微子 ▪ μ子中微子 ▪ 反μ子中微子▪ τ子中微子 ▪ 反τ子中微子 玻色子 规范玻色子 ▪ 光子▪ 胶子 ▪ W 玻色子 ▪ Z 玻色子简介基本粒子名称：基本粒子英语名称：elementary particle基本粒子如此之多，难道它们真的都是最基本、不可10飞米原子核的特写从汤姆孙发现电子到1932年发现中子，人们认识到质子、中子、电子和光子可以称为基本粒子。
当时一度认为一切都已搞清楚：质子和中子构成一切原子核；原子核和电子则构造了自然界的一切原子和分子，而光子仅仅是构成光与电磁波的最小单元。
然而好景不长，对物质结构的这样一种“圆满”的解释并没能持续多久，人们很快发觉当时所发现的基本粒子不能圆满地解释核力。
第一代35岁著名的日本物理学家汤川秀树（1907～1981年）大胆假设，很可能还有未曾发现的新粒子。
汤川秀树认为，就像电磁相互作用是通过交换光子而实现的那样，核力是通过核子间交换一种介子而实现的。
他还估算出了这种粒子的质量大约是电子质量的200倍。
两年之后，美国物理学家卡尔·戴维·安德孙（1905～年）在宇宙射线中发现了一种带电粒子，它的质量是电子的200倍左右，被命名为“m（缪）介子”。
理论预言的成功使人们倍感欣慰，但进一步的考察却令人十分扫兴。
因为这种m介子根本不与核子相互作用，很明显，它不可能是汤川秀树所预言的粒子。
61种基本粒子
61种基本粒子61种基本粒子是指构成我们身体和自然界的基本颗粒，它们包括了：1. 电子（e-）：负电荷的基本粒子，它们构成了原子的外壳。
2. 电子中微子（νe）：电子的中性伴侣，与电子一同参与核反应。
3. 微电子中微子（νμ）：质量比电子大约200倍，有穿透力，可穿过地球。
4. 轻子（l）：包括电子和电子中微子在内的粒子。
5. μ子（μ-）：质量比电子大约200倍，寿命很短。
6. μ子中微子（νμ）：μ子的中性伴侣。
7. τ子（τ-）：质量比电子大约3477倍，寿命很短。
8. τ子中微子（ντ）：τ子的中性伴侣。
9. 上夸克（u）：构成质子和中子的基本粒子之一。
10. 下夸克（d）：构成质子和中子的基本粒子之一。
11. 顶夸克（t）：质量比下夸克大约180倍，寿命很短。
12. 底夸克（b）：质量比下夸克大约4倍，参与了Higgs玻色子的发现。
13. 胶子（g）：质子和中子之间的粘合剂。
14. W玻色子（W±）：负责带电粒子的相互转换。
15. Z玻色子（Z0）：中性粒子的相互转换。
16. 光子（γ）：光的基本粒子。
17. 核子（N）：质子和中子的总称。
18. 质子（p）：稳定的正电荷粒子，构成原子核。
19. 中子（n）：中性的粒子，构成原子核。
20. α粒子（α）：由两个质子和两个中子组成的重粒子。
21. β粒子（β±）：由电子或正电子组成的粒子。
22. 中微子（ν）：没有电荷、质量非常小的基本粒子之一。
23. 强子（h）：与夸克相关的粒子。
24. 希格斯玻色子（Higgs）：负责赋予其他粒子质量的粒子。
25. 银河系的自旋（Galactic spin）：一种宇宙射线。
26. 费米子（f）：带半整数自旋的粒子。
27. 玻色子（b）：带整数自旋的粒子。
28. 飞龙粒子（Feynman particle）：由物理学家理查德·费曼提出的假想粒子。
29. 布拉格子（braggons）：由物理学家威廉·布拉格提出的假想粒子。
62种基本粒子
62种基本粒子一、轻子（12种）{轻子主要参与弱作用，带电轻子也参与电磁作用，不参与强作用}01、电子02、正电子（电子的反粒子）03、μ子04、反μ子05、τ子06、反τ子07、电子中微子08、反电子中微子09、μ子中微子10、反μ子中微子11、τ子中微子12、反τ子中微子二、夸克（36种）Quark，层子、亏子(6味×3色×正反粒子=36种)13、红上夸克14、反红上夸克15、绿上夸克16、反绿上夸克17、蓝上夸克18、反蓝上夸克19、红下夸克20、反红下夸克21、绿下夸克22、反绿下夸克23、蓝下夸克24、反蓝下夸克25、红粲夸克26、反红粲夸克27、绿粲夸克28、反绿粲夸克29、蓝粲夸克30、反蓝粲夸克31、红奇夸克32、反红奇夸克33、绿奇夸克34、反绿奇夸克35、蓝奇夸克36、反蓝奇夸克37、红顶夸克38、反红顶夸克39、绿顶夸克40、反绿顶夸克41、蓝顶夸克42、反蓝顶夸克43、红底夸克44、反红底夸克45、绿底夸克46、反绿底夸克47、蓝底夸克48、反蓝底夸克三、规范玻色子（规范传播子）（14种）49、引力型-中性胶子(Ⅰ型开弦) 上夸克-上夸克50、引力型-中性胶子(Ⅰ型开弦) 反上夸克-反上夸克51、磁力型-中性胶子(Ⅰ型闭弦) （反）下夸克-（反）下夸克52、磁力型-中性胶子(Ⅰ型闭弦) 夸克-反夸克53、阳电力型胶子上夸克-下夸克54、阴电力型胶子上夸克-下夸克55、阳电力型胶子反上夸克-反下夸克56、阴电力型胶子反上夸克-反下夸克57、光子（光量子）58、引力子（还是一个假设）59、W+玻色子60、W-玻色子61、Z玻色子62、希格斯玻色子Higgs Boson。
62种宇宙基本粒子表
62种宇宙基本粒子表宇宙基本粒子可以分为三类：第一类是纯单个粒子，包括中微子、电子、大统一粒子和夸克。
第二类是由两个基本粒子合成的粒子，如介子、W玻色子和Z玻色子。
第三类是由三个基本粒子合成的粒子，如中子、质子及其它强子。
在粒子物理学的标准模型中，基本粒子包括6种夸克（每一种夸克都有对应的反物质粒子）和6种轻子（每一种轻子也有自己对应的反物质粒子）。
此外，还有传播相互作用的粒子，被称为规范玻色子，包括胶子、光子、Z玻色子和W玻色子。
以下是62种宇宙基本粒子的列表：1. 夸克：上夸克（Up quark）、下夸克（Down quark）、奇异夸克（Strange quark）、粲夸克（Charm quark）、顶夸克（Top quark）和底夸克（Bottom quark）。
2. 反夸克：上反夸克（Up antiquark）、下反夸克（Down antiquark）、奇异反夸克（Strange antiquark）、粲反夸克（Charm antiquark）、顶反夸克（Top antiquark）和底反夸克（Bottom antiquark）。
3. 轻子：电子（Electron）、正电子（Positron）、μ子（Muon）和τ子（Tau）。
4. 反轻子：电子反粒子（Electron antiparticle）、正电子反粒子（Positron antiparticle）、μ子反粒子（Muon antiparticle）和τ子反粒子（Tau antiparticle）。
5. 中微子（Neutrino）和 ** 微子（Antineutrino）。
6. 介子：π介子（Pion）、K介子（Kaon）和η介子（Eta）。
7. W玻色子（W boson）和W反玻色子（W anti-boson）。
8. Z玻色子（Z boson）和Z反玻色子（Z anti-boson）。
9. 胶子（Gluon）。
10. 光子（Photon）。
粒子物理学的基本粒子
粒子物理学的基本粒子粒子物理学是物理学的一个分支，致力于研究物质的基本组成部分及其相互作用。
随着科技的进步，粒子物理学已经从早期的大宗粒子探索发展为对微观世界深刻理解的一门科学。
本文将深入探讨粒子物理学中所涉及的基本粒子的种类、性质，以及它们在宇宙中扮演的角色。
基本粒子的定义基本粒子是不能进一步分解的最小单位，是构成物质及传递基本相互作用的基本成分。
根据现代物理学的标准模型，基本粒子分为费米子和玻色子两大类。
费米子是构成物质的粒子，包括夸克和轻子；而玻色子则是传递相互作用的粒子，如光子、胶子和W/Z玻色子。
费米子费米子的存在是构造我们所知宇宙的基础。
根据质量和相互作用方式，费米子可进一步细分为夸克和轻子。
夸克夸克是构成强相互作用中的强结合体——强子的基本粒子。
夸克有六种不同的“味”，通常称作：上夸克（u）、下夸克（d）、奇夸克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）和顶夸克（t）。
每种夸克都有其自身的电荷、质量和其他量子数。
夸克之间通过胶子相互作用并结合形成质子、中子等强子。
这些强子的组合构成了原子的核。
因此，夸克在宇宙中的存在具有举足轻重的地位。
轻子与夸克不同，轻子的性质由弱相互作用主导，且不参与强相互作用。
轻子的种类包括电子（e）、缪子（μ）和陶子（τ），以及与之对应的中微子（ν）。
轻子的电荷和质量各有不同，但是它们在键合力方面较弱，这使得它们可以在不干扰核内力量平衡的情况下单独存在。
例如：电子是最为人熟知的轻子，它在原子结构中承担重要角色，而中微子的系列则有趣地参与弱相互作用，但几乎不与普通物质发生交互。
玻色子玻色子的主要功能是作为各种基本相互作用的交换粒子，它们不仅提供了相互作用所需的力量，还支持了自然界中各种现象及过程。
光子光子是电磁力的介质，其没有静止质量，以光速传播。
它不仅出现于光和其他电磁辐射当中，也是所有电磁相互作用背后的基本粒子。
例如，光子的存在使得电子可以在原子中进行跳跃，从而发射或吸收光能。
基本粒子表
基本粒子表
以下为基本粒子表：
1. 夸克：夸克是构成质子和中子的基本粒子。
有六种不同的夸克，分别是上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。
2. 轻子：轻子是质量相对较小的粒子，包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子和τ子等。
3. 强子：强子是由夸克组成的复合粒子，包括质子和中子等。
4. 弱子：弱子是在弱相互作用下产生的粒子，包括带电弱子（如W 玻色子和带电子中微子）和中性弱子（如Z玻色子和中性电子中微子）等。
5. 引力子：引力子是传递引力相互作用的粒子，目前还没有直接观测到。
6. 光子：光子是电磁相互作用的传递粒子，是光和其他电磁波的基本组成单位。
7. Higgs玻色子：Higgs玻色子是由Higgs场激发而产生的粒子，它被认为是解释粒子的质量起源的关键。
8. 中微子：中微子是质量非常小的粒子，与弱相互作用有关，分为电子中微子、μ子中微子和τ子中微子。
这些是目前被广泛接受的基本粒子，但随着科学的发展，可能还会有新的粒子被发现。
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粒子和反粒子之间存在如下关系
• 质量、自旋、寿命等都是相同的，但某个或某些性质相反。 • 电荷绝对值相等，符号相反。中性粒子的磁矩大小相等，
符号相反。 • 相遇时互相湮灭而转化为多个光子或介子。 • 反中子+反质子——反原子核
反原子核+反电子——反原子 反原子——反物质——反星球 • 寻求反物质和暗物质是现代科学研究的重要课题。(阿尔 法磁谱仪)
第二代基本粒子（奇异粒子）
• 1947年到60年代初期，利用加速器和宇宙射线发现了一批 新粒子由于它们的特殊性质，被称为奇异粒子。
• 最早发现的是0和0粒子，它们同时产生于下列过程：
•
-+p 0 + 0
• 这个过程在液氢气泡室中的径迹照片如下：
0 和 0的产生 与衰变:
成对产生:
X Y e e
正负电子对湮没-两个相反 方向的 光子
e e
安德森观察到了正电子的径迹
通常称电子为粒子，正电子为反粒子， 正电子是人类第一次在实验上发现的 “反粒子”，而正、反粒子的成对存 在是自然界的普通现象。从1955年 起陆续发现了反质子、反中子、反中 微子、反介子、反超子等。
奇异粒子 + - 0 0 -1 -1 -1 -1 -2 -2
K+ K0 K- K 0
1 1 -1 -1
第三代基本粒子(共振态粒子)
• 基本粒子相互碰撞，可以产生一种状态，即由二、三个粒子短 时结合在一起，形成一个粒子，它很快又衰变成别的粒子。这 种短时结合成的粒子，具有一定的质量、电荷、自旋及寿命等 性质，称为共振态粒子。
0
0
- 958 >10-21 0 0 0 0 奇 0
0
0
超荷 Y
0 0 0 +1 +1 -1 -1 0 0
基本粒子分类（二）
P 938.3 稳 +1 1/2 0 +1 偶 1/2 +1/2
重
n 939.6 930
0
0 1116 2.5*10-10 0
1/2 1/2
0 0
+1 偶 1/2 +1 偶 0
• 介子共振态有：（770）、（7831）、（958）、 （829） 等。
• 1974年，丁肇中和利克特同时独立发现的J/，T=10-20 秒，M=3.11GeV。
• 1975年，又发现了´粒子也是介子共振态， T=10-20秒， M=3.7GeV。而一般的共振态粒子，T=10-23—10-24秒。
e ~e
~
四.守恒量
§8.2 轻子与弱相互作用
一、三代轻子：
中微子与反中微 子不是同种粒子：
和e不是同种 粒子。
A Z
X
Z
A1Y
10e
A Z
XZ
A1Y
10e
~
01n11p10e ~
[教学内容]
§10.1 粒子物理概况
§10.2 表征粒子特征和性质的物理量
§10.3 对称性和守恒定律
§10.4 强子结构模型
[教学重点] 粒子的分类; 基本相互的作用；夸克 模型. [教学难点] 对称性和守恒定律;宇称守恒和宇称破坏弱相互作用宇称不守恒；共振态和强子结构的夸克模 型；宇宙射线．
§ 11. 1 粒子物理概况 (The periodic variety of elementary property)
电磁作用。
基本粒子分类（一）
离子粒子静止质 寿命 电荷自旋轻子数重子内禀同位旋 同位旋 奇异数 类别 符号 量（MeV) (秒） Q J Lo La 数 B 宇称 J 分量Iz S
光子 0
稳
01 0 0 奇
轻 子
0 e-
0
稳
0
稳
0.511 稳
0 1/2 +1 0 1/2 +1 -1 1/2 +1
盖尔曼、西岛1953年提出：
1、 重介子和超子是奇异粒子，并有一个新的量子数：奇异数S
2、奇异数S在强作用和电磁作用过程中守恒，弱作用过程中不
守恒
3、所有的非奇异粒子 S=0。奇异粒子的奇异数如表所示。
4、弱作用中奇异数改变规则 |△S|≤1。
普通强子与奇异粒子的奇异数
普通强子 重子 p n 奇异数 0 0 介子 - + 0 奇异数 0 0 0
一、概况
第一代基本粒子（一）
• 1947年以前在研究原子核的结构和运动变化规律时 所发现的粒子。
• 1897年J.J.Thomson(汤姆逊)通过测定阴极射线粒子 的电荷质量比而发现了电子（记作e）。
• 1905年A.Einstein(爱因斯坦)为了解释光电效应，提 出了光子（记作）概念。
第一代基本粒子（二）
五、布置作业
1. 小论文：元素周期表对发现新元素有何作用？ 2. 预习下一节，思考
（1）一个电子的状态需由几个量子数确定？如何确 定电子状态的量子数？ （2） 泡利不相容原理与能量最低原理的物理意义。
§8.2 粒子分类和相互作用
一.相互作用
二．粒子分类
三．粒子的观测
1、反粒子
光子转化为正负电子对
• 1911年E.Rutherford(卢瑟福)在研究核反应时认为氢原 子核也是组成别的原子核的一个基元称为质子（记作 p）。
• 1932年C.D.Chaderweiker(查特威克)发现了中子（记作 n）和C.D.Anderson(安德逊)发现了正电子（记作e+）
• 1932年前后，泡利为了解释原子核衰变过程中的连续 能谱，从理论上预言了电子型中微子（e）的存在。
思考与讨论：
１．为什么元素性质按周期表顺序会出现出现周期性 的变化？
２．为什么每个周期的元素为２，８，８，１８， １８…
３．为什么有过渡族元素和稀土元素？
这些问题都必须从原子结构去了解．只有对原 子结构有了彻底的认识，才能从本质上认识元素周 期表。
四、 课堂小结
元素周期表的排布原则 元素性质的周期性变化
105.7 2.2×10-8 -1 1/2 +1
0 0 0 0
介 子
( ) +
0 + 0 0
139.6 135.0 139.6 493.8 497.8 497.8
2.6*10-8 +1 0.9*10-16 0 2.6*10-8 -1 1.2*10-8 +1 8.6*10-11 0 5.2*10-8 0
1 1
p01n10e
二、宇称不守恒：
１.-之谜(两个重介子)
0
矛盾-上式如宇称守恒则和具有不同的宇称-不同粒子 而它们有相同的质量和寿命及各种其他性质
2.宇称不守恒—弱相互作用过程中宇称不守恒
p K0 0
单独衰变:
0 ++ --
人们发现:
• 所产生的0和0 可以单独衰变。例如
•
0 -+ +
•
0 p+ -
• 0和0 都不带电，前者质量约为1000me称 为介子，后者约为2200me，称为超子
以后又陆续发现一组K介子:
• K+、K-（它们互为反粒子）
-1/2 0
+ 1189 8.0*10-11 +1 1/2 0 +1 偶 1
+1
0 1192 <10-14 0 1/2 0 +1 偶 1
0
子
- 1197 1.5*10-10 -1 1/2 0 1315 3*10-10 0 1/2
0 0
+1 偶 1 +1 偶 1/2
-1 +1/2
- 1321 1.7*10-10 -1 1/2 0 +1 偶 1/2 -1/2
0 2+
• （4） 中微子只参与弱相互作用；奇异粒子的产生过程 是强作用，衰变过程是弱作用；核子组成原子核时是强 作用，衰变都是弱作用过程。
3、大统一理论：
• （1）电与磁的统一。 • （2）引力与电磁力的统一。 • （3）弱电统一理论。 • （4）弱、电磁、强作用统一 理论。
三、 课堂反馈
来。
2、说明：
• （1）作用力越弱，参与作用的粒子数越 多。
• （2）各种相互作用，由于强弱不同，引 起各种粒子的反应时间也不同。作用越强 衰变过程越烈，粒子寿命就越短。
• （3）不单是带电粒子才参与电磁相互作用。中性粒子
0，0，0都可以按照电磁相互作用发生衰变：
0+
0 +
第十一章 基本粒子
(Chapter 1 The Nuclear Structure of Atom)
[教学内容] §1.1 原子的质量和大小． §1.2 原子的核式结构模型． §1.3 同位素． [教学重点] 原子的核式结构; 卢瑟福散射理论. [教学难点] 库仑散射公式;卢瑟福散射公式的推导．
第十一章 基本粒子
- 493.8 1.2*10-8 -1
0 0 0 0 0 0 0
0 0奇 1
+1
0 0奇 1
0
0 0奇 1
-1
0 0 奇 1/2 +1/2
0 0 奇 1/2 -1/2
0 0 奇 1/2 +1/2
0 0 奇 1/2 -1/2
0 0 0 +1 +1 -1 -1
0 549 2.5*10-10 0 0 0 0 奇 0
{ • 分类： 介子共振态:自旋为零或整数，衰变产物是介子 重子共振态:自旋为1/2的奇数倍，衰变产物是重子