基本粒子2PPT课件
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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。
17原子核和基本粒子PPT课件
15
历史回顾重要事件
• 1958：我国建成第一座重水型原子反应堆; • 1964：我国第一颗原子弹试爆成功； • 1967：我国第一颗氢弹试爆成功； • 1969：我国首次成功地下核实验； • 1984：我国受控热核聚变实验装置顺利启动； • 1988：北京正负电子对撞机首次对撞成功； • 1991：秦山核电站发电成功;
3
学习与思考
学而不思则罔， 思而不学则殆。
孔子 《论语·为政》
4
历史回顾重要人物
• H.Becquerel, 法国物理学家 （1852-1908），1903年获 得诺贝尔奖。发现了铀(U) 放射现象，这是人类历史上 第一次在实验室里观察到原 子核现象。
5
历史回顾重要人物
• M.Curie，法国物理学家（ 1867-1934），波兰人，1903 年获得诺贝尔奖。发现钋 (Po)和镭(Ra); 她的女儿 (I.Joliot-Curie, 1897-1956)和 女婿(F. Joliot-Curie, 19001958)因发现人工放射性获 1934年诺贝尔奖。
用a 粒子轰击金箔的实
验中，发现有大约八千 分之一的几率被反射。 Rutherford说：“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸 上又被反射回来一样”。 Rutherford认为：正电荷和原子质量集中在原子中心 R10-12cm的范围内。
8
历史回顾重要人物
• J.Chadwick，英国物 理学家(1891-1974)， 1935年因发现了中子 获得诺贝尔奖。中子 的发现被认为是原子 核物理的诞生。
18
历史回顾原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 19
17-1 原子核的基本性质 一、原子核电荷、质量和密度
1、原子核的质量数和电荷数 原子核由质子和中子组成。
历史回顾重要事件
• 1958：我国建成第一座重水型原子反应堆; • 1964：我国第一颗原子弹试爆成功； • 1967：我国第一颗氢弹试爆成功； • 1969：我国首次成功地下核实验； • 1984：我国受控热核聚变实验装置顺利启动； • 1988：北京正负电子对撞机首次对撞成功； • 1991：秦山核电站发电成功;
3
学习与思考
学而不思则罔， 思而不学则殆。
孔子 《论语·为政》
4
历史回顾重要人物
• H.Becquerel, 法国物理学家 （1852-1908），1903年获 得诺贝尔奖。发现了铀(U) 放射现象，这是人类历史上 第一次在实验室里观察到原 子核现象。
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历史回顾重要人物
• M.Curie，法国物理学家（ 1867-1934），波兰人，1903 年获得诺贝尔奖。发现钋 (Po)和镭(Ra); 她的女儿 (I.Joliot-Curie, 1897-1956)和 女婿(F. Joliot-Curie, 19001958)因发现人工放射性获 1934年诺贝尔奖。
用a 粒子轰击金箔的实
验中，发现有大约八千 分之一的几率被反射。 Rutherford说：“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸 上又被反射回来一样”。 Rutherford认为：正电荷和原子质量集中在原子中心 R10-12cm的范围内。
8
历史回顾重要人物
• J.Chadwick，英国物 理学家(1891-1974)， 1935年因发现了中子 获得诺贝尔奖。中子 的发现被认为是原子 核物理的诞生。
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历史回顾原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 19
17-1 原子核的基本性质 一、原子核电荷、质量和密度
1、原子核的质量数和电荷数 原子核由质子和中子组成。
粒子物理基础 ppt课件
PPT课件
10
世界由什么组成？如何组成？最后答案
We have answered the questions, "What is the world made of?" and
"What holds it together?“
The world is made of 6 quarks and 6 leptons. Everything we see is a conglomeration of quarks and leptons. There are four fundamental forces and there are force carrier particles associated with each force
Electromagnetic
45
相互作用的统一理论
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46
什么是对称性
经过某种变换之后，物理规律保持不变，这就是 物理规律的对称性。
如果一个操作使系统从一个状态变到另一个与之 等价的状态，或者说，状态在此操作下不变，我 们就说这系统对这个操作是对称的，而这个操作 叫作这系统的一个对称操作.
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
PPT课件
40
基本相互作用
➢引力相互作用 ➢电磁相互作用 ➢强相互作用
强大的核力维持原子核的稳定性 ➢弱相互作用
• 诗曰：君不见黄河之水天上来， 奔流到海不复回？
君不见高堂明镜悲白发， 朝如青丝暮成雪？
第十一章 基本粒子
~ e e
~
四.守恒量
§8.2
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。
轻子与弱相互作用
A A 0 X Y Z Z 1 1e
1 1 0 ~ n p e 0 1 1
基本粒子分类（二）
P n 0 + 0 0 938.3 939.6 1116 1189 1192 1197 1315 1321 1672 稳 930 2.5*10-10 8.0*10-11 <10-14 1.5*10-10 3*10-10 1.7*10-10 1.3*10-10 +1 0 0 +1 0 -1 0 -1 -1 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 3/2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 偶 偶 偶 偶 偶 偶 偶 偶 偶 1/2 1/2 0 1 1 1 1/2 1/2 0 +1/2 -1/2 0 +1 0 -1 +1/2 -1/2 0 0 0 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -3 +1 +1 0 0 0 0 -1 -1 -2
§10.1 §10.2 §10.3 粒子物理概况
基本粒子
表征粒子特征和性质的物理量 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) 一、概况
构成物质的基本粒子讲义
17
物理学与人类文明——之二
物理学是人类文明的第一推动力。
“经典物理学”：1687年，Newton《自然哲学的数 学原理》发表，标志经典物理学的诞生； Maxwell电磁理论建立，标志经典物理学全面完成。
“近代物理学”： 19世纪末到20世纪末，以量子力 学和相对论为支柱的近代物理学蓬勃发展。
水分子 二氧化碳分子 氧气分子
用分子的观点看变化
1、水变成水蒸气 水分子运动到空气中去了，分子本身 没有发生改变，水分子间的距离增大 了。这一变化属于物理变化。
在物理变化中，分子本身没有改变；
2、在水分解的过程中，发生变化的是什 么？不变的又是什么？ 水分子分解为氢原子和氧原子，可以 认为分子在化学变化中可分； 化学变化中原子可以重新组合成新的 分子；两个氢原子结合成一个氢分子， 两个氧原子结合成一个氧气分子，看到 在化学变化中原子没有再被分割。
人类对原子的认识
原子学说创始 人－－道尔顿
人类对原子的认识
通过移动 硅原子构 成的文字
原子操 纵术
分子与原子的比较
分子
原子
相同点
质量、体积都非常小，彼此间有间隔，总是在不 停地运动。同种分子（或原子）性质相同，不同 种分子（或原子）性质不相同。都具有种类和数 量的含义。
不同点
分子是保持物质化学性质的 一种微粒。 在化学反应中，分子可以分 解为原子，原子再重新组合 成新物质的分子。
分O3子、的S化O2学与性S质O3也等不。相同。如CO与CO2、O2与
二、原子
化学变化中，分子可以分成原子，而原子不 能分。
原子是化学变化中的最小微粒。 原子是构成物质的又一种基本粒子，常见的
金属（铁、铜、汞等）和稀有气体（如氦、 氖等）和金刚石、石墨、硅等都是由原子直 接构成。 原子小但现代技术可操纵原子。
物理学与人类文明——之二
物理学是人类文明的第一推动力。
“经典物理学”：1687年，Newton《自然哲学的数 学原理》发表，标志经典物理学的诞生； Maxwell电磁理论建立，标志经典物理学全面完成。
“近代物理学”： 19世纪末到20世纪末，以量子力 学和相对论为支柱的近代物理学蓬勃发展。
水分子 二氧化碳分子 氧气分子
用分子的观点看变化
1、水变成水蒸气 水分子运动到空气中去了，分子本身 没有发生改变，水分子间的距离增大 了。这一变化属于物理变化。
在物理变化中，分子本身没有改变；
2、在水分解的过程中，发生变化的是什 么？不变的又是什么？ 水分子分解为氢原子和氧原子，可以 认为分子在化学变化中可分； 化学变化中原子可以重新组合成新的 分子；两个氢原子结合成一个氢分子， 两个氧原子结合成一个氧气分子，看到 在化学变化中原子没有再被分割。
人类对原子的认识
原子学说创始 人－－道尔顿
人类对原子的认识
通过移动 硅原子构 成的文字
原子操 纵术
分子与原子的比较
分子
原子
相同点
质量、体积都非常小，彼此间有间隔，总是在不 停地运动。同种分子（或原子）性质相同，不同 种分子（或原子）性质不相同。都具有种类和数 量的含义。
不同点
分子是保持物质化学性质的 一种微粒。 在化学反应中，分子可以分 解为原子，原子再重新组合 成新物质的分子。
分O3子、的S化O2学与性S质O3也等不。相同。如CO与CO2、O2与
二、原子
化学变化中，分子可以分成原子，而原子不 能分。
原子是化学变化中的最小微粒。 原子是构成物质的又一种基本粒子，常见的
金属（铁、铜、汞等）和稀有气体（如氦、 氖等）和金刚石、石墨、硅等都是由原子直 接构成。 原子小但现代技术可操纵原子。
课件1：5.5“基本”粒子
新粒子的发现
(1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子．
(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本
粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构．
(3)探测工具
粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具。
反粒子（反物质）
它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去发现的粒子相同，而电荷等其他
也说明科学正是由于一个一个的突破才得到进一步的发展．
夸克
d
下夸克
质量
电荷
e
0.008
-1/3
自
旋
重
子
数
同
位
旋
同位
旋分
量
奇
异
数
超荷
-1/2
0
+1/3
0
0
0
1/2
0
+1/3
0
0
0
-1
-2/3
0
0
0
0
+1/3
+1
0
0
粲 底 顶
数 数 数
1/2
u
上夸克
0.004
2/3
s
奇夸克
0.15
-1/3
c
粲夸克
1.5
中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原
子，最后形成恒星和星系，因此A、C正确，B、D错误．
T
谢谢观看
HANK YOU!
2.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时
期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( A )
A．夸克、轻子、胶子等粒子
基本粒子_课件
按寿命分类
正粒子、反粒子 正、反粒子物理量的绝对值都相同， 但某些物理量 ( 如电荷、磁矩等 ) 的 符号相反。
粒子的分类
轻子（共12种）
电子
子
轻
子
子中
微
自旋 1/2
分类 正反轻子电数荷重量子寿数命 粒子 e B -1 +1稳定 -1 +1 2.2
0 -1-1+1+1 0 0 稳定
子
0
说明：中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用
夸克模型
知道强子有内部结构，由夸克构成 知道夸克有六种 知道夸克有分数电荷 知道没有发现独立的夸克
夸克模型
强子结构的夸克模型（1964年）： 下夸克d上夸克u奇夸克s
粲夸克c底夸克b顶夸克t 介子（夸克和反夸克组成）
质子
中子
重子（三个夸克组成）
夸克模型
夸克模型的意义： 夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子 电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷
奇异数 超荷 粲数同位底旋数 顶数 分量
d 下夸克 0.008 -1/3 u 上夸克 0.004 2/3
1/2 -1/2 1/2
0 +1/3 0 0 +1/3 0
00 00
s 奇夸克 0.15 -1/3 1/2 1/3
c 粲夸克 1.5 2/3
0
b 底夸克 4.7 -1/3
-1 -2/3 0
00
0 +1/3 +1
与
研究宇宙的理论
相互沟通、相互支撑
从空间尺度来看
粒子物理学的研 究对象，数量级 约为
当前人类所认识 的宇宙，最远的 观察极限数量级 为
蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次
正粒子、反粒子 正、反粒子物理量的绝对值都相同， 但某些物理量 ( 如电荷、磁矩等 ) 的 符号相反。
粒子的分类
轻子（共12种）
电子
子
轻
子
子中
微
自旋 1/2
分类 正反轻子电数荷重量子寿数命 粒子 e B -1 +1稳定 -1 +1 2.2
0 -1-1+1+1 0 0 稳定
子
0
说明：中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用
夸克模型
知道强子有内部结构，由夸克构成 知道夸克有六种 知道夸克有分数电荷 知道没有发现独立的夸克
夸克模型
强子结构的夸克模型（1964年）： 下夸克d上夸克u奇夸克s
粲夸克c底夸克b顶夸克t 介子（夸克和反夸克组成）
质子
中子
重子（三个夸克组成）
夸克模型
夸克模型的意义： 夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子 电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷
奇异数 超荷 粲数同位底旋数 顶数 分量
d 下夸克 0.008 -1/3 u 上夸克 0.004 2/3
1/2 -1/2 1/2
0 +1/3 0 0 +1/3 0
00 00
s 奇夸克 0.15 -1/3 1/2 1/3
c 粲夸克 1.5 2/3
0
b 底夸克 4.7 -1/3
-1 -2/3 0
00
0 +1/3 +1
与
研究宇宙的理论
相互沟通、相互支撑
从空间尺度来看
粒子物理学的研 究对象，数量级 约为
当前人类所认识 的宇宙，最远的 观察极限数量级 为
蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次
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物理学引论
马红孺
1 S. Blusk
基本粒子
2 S. Blusk
天外来客 宇宙射线
来自太阳和宇宙的高能量粒子
来自各个方向 当这些高能粒子与大气层的物 质发生碰撞，会产生粒子的簇射.
可以产生各种粒子
其中有很不稳定的粒子，很快 会衰变.
寿命足够长的粒子可以到达地 球表面并被探测到 !
3 S. Blusk
两个中微子发出
Muon (m)在此停 止并衰变:
me+n+n
两个中微子发出
m e
p
10
S. Blusk
太多的基本粒子
由于不能控制宇宙线，科学家建造加速器加速粒 子，使之碰撞，产生大量其他粒子. 1950年代, 加速器产生了大量的粒子. 很多这种粒子不稳定，很快衰变. 1955年，发现反质子 !
11 S. Blusk
6 S. Blusk
发现正电子的重要意义
第一个反物质的证据
Carl Anderson award Nobel prize for the discovery of the positron
Carl Anderson 1905-1991
电子和正电子相遇，湮 灭，产生辐射
7 S. Blusk
物质 能量
• 这是γ射线与物质相互 作用产生正负电子对 ，电子对湮灭产生的 辐射。
5 S. Blusk
宇宙线中发现正电子(1932)
云室照片
通过研究铅板上下的轨迹的弯曲
程度，可以推断: (a) 粒子向上运动. (b) 其电荷为正.
这不是质子.
铅板 正电子
大的曲率表明粒
子速度较小 一个质量和电子相同，带正 电的粒子 正电子 !
16 S. Blusk
散射实验
Rutherfored, deBroglie, … 告诉我们，为了得到物质的结构，我们应该 用高能粒子（波， 或者… …）去轰击物质，然后观察所得结果.
卢瑟福利用alpha粒子的大角度散射得到原子的有核模型.
为了探测物质的某个尺度的信息，我们必须使用更短的波长…
YES, this works !
宇宙射线中的发现
➢ 1932 : 发现正电子!!!
➢ 1937 : 发现 muon 子，完全像一个大的 电子
➢ 1947 : 发现Pion 子.
4 S. Blusk
• 赵忠尧（1902年6月27日－ 1998年5月28日）
• 密立根的学生，在研
究硬γ射线的吸收中发 现物质对γ射线的散射 有一个非常接近电子 质量的反常辐射。
物质的基本 结构?
12 S. Blusk
简单 复杂 简单
1930年代, 世界是简单的 质子，中子，电子. 构成原子 分子 DNA 人 ! 宇宙简单而优雅…
大量基本粒子的发现，基本粒子 “基本”吗？
I. I. Rabi’s 在发现muon时的名言：
Who ordered that” ?
1994 Nobel Prize Winner in Physics
9 S. Blusk
Discovery of the Pion
Bristol 大学的 Cecil Powell 及其同事利用泡室 研究带电粒子的轨迹.
1947年发现了p-介子 (p) .
Cecil Powell 1903-1969 1950 Nobel Prize winner
Pion 在此停止并衰变 pm+n+n
Gell-Mann’s 1964 文章的择录: “A search for stable quarks of charge –1/3 or +2/3 and/or stable di-quarks of charge –2/3 or +1/3 or +4/3 at the highest energy accelerators would help to reassure us of the non-existence of real quarks”.
l
A
NO, this doesn’t really work !
A l
17 S. Blusk
Rutherford 实验
α 粒子的波长?
ma= 6.7x10-27 [kg],
va= 1.6x107 [m/s])
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
l = h/p
动量: p = mv = (6.7x10-27 [kg])(1.6x107 [m/s]) = 1.0x10-19 [kg m/s]
The name of the game
Murray Gell-Mann 正在阅读James Joyce 的Finnegan‘s Wake 一书，书中有“three quarks for Muster Mark”这样一个短语.
他决定把更基本的粒子称为夸克
1964年, Murray Gell-mann 和 George Zweig (分别独 立) 提出了夸克的概念.
E=5 [MeV]
E=5 [MeV] e+
%e+*&e-*
E=5 [MeV] e-
E=5 [MeV]
5x6[1e0V 1.1 ][6e-x1V [91J0 ]]8.x1 0 0 1[3 J]
=1
l = hc/ E = (6.6x10-34)(3x108) / 8.0x10-13 = 2.5x10-13 [m]
Flavor
u d s
Q/e
+2/3 -1/3 -1/3
Murray Gell-Mann
George Zweig
15 S. Blusk
Gell-Mann 相信夸克吗?
在夸克模型提出来的时候，这只是一个方便的，对基本 粒子进行归类的工具.
是一个可以对所有发现的基本粒子进行数学描述的方案…
分数电荷的粒子是难以接受的 !
太多的基本粒子，太复杂?
13 S. Blusk
如果你不能记住所有的基 本粒子， 请不要沮丧！
“If I could remember the names of all these particles, I'd be a botanist.”
Enrico Fermi
14 S. Blusk
夸克（Quarks） ?
8 S. Blusk
muon 的发现
muon 1937 由 J. C. Street 和 E. C. Stevenson 在云室中发现 muon 和电子的性质完全相同
除了其质量是电子的200余倍 寿命大约是 2x10-6 [s] = 2 [ms]
(m e + n + n)
muon 能够从大气上层到达地面，相对论效应 !!!
马红孺
1 S. Blusk
基本粒子
2 S. Blusk
天外来客 宇宙射线
来自太阳和宇宙的高能量粒子
来自各个方向 当这些高能粒子与大气层的物 质发生碰撞，会产生粒子的簇射.
可以产生各种粒子
其中有很不稳定的粒子，很快 会衰变.
寿命足够长的粒子可以到达地 球表面并被探测到 !
3 S. Blusk
两个中微子发出
Muon (m)在此停 止并衰变:
me+n+n
两个中微子发出
m e
p
10
S. Blusk
太多的基本粒子
由于不能控制宇宙线，科学家建造加速器加速粒 子，使之碰撞，产生大量其他粒子. 1950年代, 加速器产生了大量的粒子. 很多这种粒子不稳定，很快衰变. 1955年，发现反质子 !
11 S. Blusk
6 S. Blusk
发现正电子的重要意义
第一个反物质的证据
Carl Anderson award Nobel prize for the discovery of the positron
Carl Anderson 1905-1991
电子和正电子相遇，湮 灭，产生辐射
7 S. Blusk
物质 能量
• 这是γ射线与物质相互 作用产生正负电子对 ，电子对湮灭产生的 辐射。
5 S. Blusk
宇宙线中发现正电子(1932)
云室照片
通过研究铅板上下的轨迹的弯曲
程度，可以推断: (a) 粒子向上运动. (b) 其电荷为正.
这不是质子.
铅板 正电子
大的曲率表明粒
子速度较小 一个质量和电子相同，带正 电的粒子 正电子 !
16 S. Blusk
散射实验
Rutherfored, deBroglie, … 告诉我们，为了得到物质的结构，我们应该 用高能粒子（波， 或者… …）去轰击物质，然后观察所得结果.
卢瑟福利用alpha粒子的大角度散射得到原子的有核模型.
为了探测物质的某个尺度的信息，我们必须使用更短的波长…
YES, this works !
宇宙射线中的发现
➢ 1932 : 发现正电子!!!
➢ 1937 : 发现 muon 子，完全像一个大的 电子
➢ 1947 : 发现Pion 子.
4 S. Blusk
• 赵忠尧（1902年6月27日－ 1998年5月28日）
• 密立根的学生，在研
究硬γ射线的吸收中发 现物质对γ射线的散射 有一个非常接近电子 质量的反常辐射。
物质的基本 结构?
12 S. Blusk
简单 复杂 简单
1930年代, 世界是简单的 质子，中子，电子. 构成原子 分子 DNA 人 ! 宇宙简单而优雅…
大量基本粒子的发现，基本粒子 “基本”吗？
I. I. Rabi’s 在发现muon时的名言：
Who ordered that” ?
1994 Nobel Prize Winner in Physics
9 S. Blusk
Discovery of the Pion
Bristol 大学的 Cecil Powell 及其同事利用泡室 研究带电粒子的轨迹.
1947年发现了p-介子 (p) .
Cecil Powell 1903-1969 1950 Nobel Prize winner
Pion 在此停止并衰变 pm+n+n
Gell-Mann’s 1964 文章的择录: “A search for stable quarks of charge –1/3 or +2/3 and/or stable di-quarks of charge –2/3 or +1/3 or +4/3 at the highest energy accelerators would help to reassure us of the non-existence of real quarks”.
l
A
NO, this doesn’t really work !
A l
17 S. Blusk
Rutherford 实验
α 粒子的波长?
ma= 6.7x10-27 [kg],
va= 1.6x107 [m/s])
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
l = h/p
动量: p = mv = (6.7x10-27 [kg])(1.6x107 [m/s]) = 1.0x10-19 [kg m/s]
The name of the game
Murray Gell-Mann 正在阅读James Joyce 的Finnegan‘s Wake 一书，书中有“three quarks for Muster Mark”这样一个短语.
他决定把更基本的粒子称为夸克
1964年, Murray Gell-mann 和 George Zweig (分别独 立) 提出了夸克的概念.
E=5 [MeV]
E=5 [MeV] e+
%e+*&e-*
E=5 [MeV] e-
E=5 [MeV]
5x6[1e0V 1.1 ][6e-x1V [91J0 ]]8.x1 0 0 1[3 J]
=1
l = hc/ E = (6.6x10-34)(3x108) / 8.0x10-13 = 2.5x10-13 [m]
Flavor
u d s
Q/e
+2/3 -1/3 -1/3
Murray Gell-Mann
George Zweig
15 S. Blusk
Gell-Mann 相信夸克吗?
在夸克模型提出来的时候，这只是一个方便的，对基本 粒子进行归类的工具.
是一个可以对所有发现的基本粒子进行数学描述的方案…
分数电荷的粒子是难以接受的 !
太多的基本粒子，太复杂?
13 S. Blusk
如果你不能记住所有的基 本粒子， 请不要沮丧！
“If I could remember the names of all these particles, I'd be a botanist.”
Enrico Fermi
14 S. Blusk
夸克（Quarks） ?
8 S. Blusk
muon 的发现
muon 1937 由 J. C. Street 和 E. C. Stevenson 在云室中发现 muon 和电子的性质完全相同
除了其质量是电子的200余倍 寿命大约是 2x10-6 [s] = 2 [ms]
(m e + n + n)
muon 能够从大气上层到达地面，相对论效应 !!!