基本粒子参数
标准模型 基本粒子
标准模型基本粒子标准模型是物理学中描述基本粒子和它们之间相互作用的理论框架。
这个模型是在20世纪60年代由多位科学家共同发展起来的，经过多年的实验验证，已经成为现代粒子物理学的基石。
本文将介绍标准模型中的基本粒子，包括夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子。
夸克是构成核子的基本粒子，它们有六种不同的味道，分别为上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、粲夸克和奇夸克。
夸克具有电荷、质量和色荷，后者是一种与强相互作用相关的性质。
夸克之间通过交换规范玻色子来相互作用，这些规范玻色子被称为胶子。
夸克和胶子一起构成了强相互作用的理论基础，被称为量子色动力学（QCD）。
轻子是另一类基本粒子，包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子。
轻子是没有内部结构的点粒子，它们具有电荷、质量和轻子数。
轻子之间通过交换规范玻色子来相互作用，这些规范玻色子被称为光子和Z玻色子。
光子是电磁相互作用的传播者，而Z玻色子介导了弱相互作用。
除了夸克和轻子，标准模型还包括了希格斯玻色子。
希格斯玻色子是标准模型的最后一个基本粒子，在2012年被欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）实验中发现。
希格斯玻色子的存在解释了其他基本粒子获得质量的机制，也被称为赋予粒子质量的“上帝粒子”。
标准模型中的基本粒子之间相互作用的方式由量子场论描述。
这个理论将基本粒子看作是场的激发态，不同种类的场对应不同的粒子。
相互作用通过场的相互作用项来描述，而这些相互作用项又通过拉氏量来确定。
标准模型的拉氏量包括了规范场、希格斯场和费米场的相互作用项，通过求解相应的运动方程，我们可以得到基本粒子的物理性质和相互作用方式。
总结一下，标准模型是描述基本粒子和它们之间相互作用的理论框架。
基本粒子包括夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子，它们通过交换规范玻色子来相互作用。
标准模型的建立和实验验证为我们理解微观世界提供了重要的工具，也为研究更深层次的物理学问题奠定了基础。
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。
大学物理学习指导第12章原子核及基本粒子简介
⼤学物理学习指导第12章原⼦核及基本粒⼦简介第12章原⼦核及基本粒⼦简介12.1 内容提要（⼀）原⼦核的组成及其基本性质 1.原⼦核的组成原⼦核是由质⼦、中⼦构成的。
质⼦带正电荷，中⼦不带电，质⼦和中⼦统称核⼦。
与核的质量最接近的整数称为原⼦核的质量数，原⼦核的质量数等于质⼦数与中⼦数之和。
⼀般⽤符号X AZ 表⽰原⼦核，其中X 为元素符号，Z 为质⼦数。
同位素是指质⼦数相同但中⼦数不同的同⼀元素的不同原⼦核。
2.原⼦核的半径与质量数的关系310A R R = （12.1）式中R 0为常数，数值为1.2～1.5×10—14m 。
3.原⼦核的⾃旋动量矩π2)1(hI I P I += （12.2）式中I 表征核⾃旋动量矩的量⼦数，可取0，1/2，1，3/2…等。
4.质⼦、中⼦的磁矩常⽤核磁⼦µp 表⽰，即227pp m A 1005.5π4??==-m ehµ 质⼦的磁矩为2.79µp ，中⼦的磁矩为－1.91µp ，负号表⽰中⼦的⾃旋动量矩与磁矩的⽅向相反。
5.质量亏损；原⼦核内各核⼦⾃由存在时的质量与原⼦核的质量的差值。
若⼲个质⼦和中⼦结合成核时，必有能量放出，可表⽰为2n p ])([c m m Z A Zm E A --+=? （12.3）式中m p 、m n 、m A 分别为质⼦、中⼦和原⼦核的质量。
（⼆）原⼦核的放射性衰变 1.定义某些元素的原⼦核能⾃发的放出⼀些粒⼦⽽转变为⼀种新的原⼦核的过程叫做衰变。
这些元素叫做放射性元素，有天然放射性元素和⼈⼯放射性元素两种。
放射性元素衰变后放出的射线有三种：α、β和γ射线。
α衰变Q AZ24-A 2-Z（12.4）式中Q 表⽰核衰变过程所释放出的能量，即衰变能。
α衰变放出的射线实际上是⾼速的氦原⼦核流。
β衰变 Q e A AZ+++→+νY X 0001-1Z （12.5）Q e A A Z +++→+-νY X 00011Z （12.6）β衰变放出的射线是⾼速的电⼦流或正电⼦流，同时还可放出中微⼦vγ衰变：γ衰变是⼀种核释放光⼦的衰变，⼀般伴随着前两种衰变⽽产⽣，它不引起核结构的变化。
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。
第1章--电子结构和量子数
(二) 单电子原子轨道的能量
求解单电子原子体系的薛定谔方程，可以得到某一状态下原子轨道的能量
En
me4 8ε02h2
Z2 n2
e2 8ε02a0
Z2 n2
13.6
Z n
2 2
(eV)
2.7191018
Z2 n2
(J)
Z2 En B n2 (J)
(4)在玻尔理论中，电子占据着像行星绕太阳运行那样明确的轨道。这与事实不相符。 在量子力学模型中，电子占据离域轨道，所谓原子轨道是指原子核外电子的某种能量状
态，原子轨道半径是指电子出现概率最大的区域离核的距离。实验证明支持薛定谔方程 所得20的19年图8月像20。日9时15分
二、多电子原子的结构
（一）原子的电子组态 多电子原子核外电子的排布原则 (1)泡利不相容原理 (2)最低能量原理
1．普朗克的量子假说——提出了量子化的概念
En nE
n 1,2,3.....n
E hv
2．玻尔理论——赋予了量子数的的意义
rn a0n2
n 1,2,3....
En B / n2
n 1,2,3...
E辐射 ΔE E高 E低 B[1/n低2 1/n高2 ] (B 13.6eV 2.179 1018 J)
2019年8月20日9时15分
主要问题： 1. 电子的角量子数与原子的总角量子数 2. 电子的磁量子数与原子的总磁量子数 3. 原子和基态离子的电子光谱项 4. 原子和基态离子的电子光谱支项
第1章 原子
1.1 原子的内部结构——基本粒子 1.2 原子的电子结构 1.3 原子能级和原子光谱关系 1.4 原子结构参数的周期性
《物理基本粒子》课件
夸克的作用
构成质子和中子： 夸克是构成质子 和中子的基本粒 子
强相互作用：夸 克通过强相互作 用力结合在一起， 形成质子和中子
核反应：夸克在 核反应中起着重 要作用，如核裂 变和核聚变
物质结构：夸克 是物质的基本构 成单位，决定了 物质的性质和状 态
06
基本粒子的相互作用
电磁相互作用
电磁相互作用通过交换光子 来实现
波粒二象性：既具Biblioteka 粒子性，又具有波动 性反粒子：正电子，质量、电荷、自旋与电 子相同，但电荷符号相反
应用：电子在电子技术、半导体技术等领 域有广泛应用
光子的性质
光子是电磁波的量子，具有 波粒二象性
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光子具有动量，其动量与频 率成正比，与波长成反比
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光子具有能量，其能量与频 率成正比，与波长成反比
基本粒子在未来的探索方向
量子计算：利用基本粒子的量子 特性进行计算，提高计算效率
量子传感：利用基本粒子的量子 特性进行传感，提高传感精度
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量子通信：利用基本粒子的量子 特性进行信息传输，提高通信安 全性
量子材料：利用基本粒子的量子 特性进行材料设计，提高材料性 能
感谢观看
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电子和光子都是量子力学中的基 本粒子，具有波粒二象性
电子和光子都可以通过量子纠缠 产生和传播
05
夸克
夸克的分类
夸克分为上夸克、下夸克、奇异 夸克、粲夸克、顶夸克和底夸克 六种
奇异夸克、粲夸克、顶夸克和底 夸克是更稀有的夸克，它们组成 了其他粒子
添加标题
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原子核物理学中的基本粒子及其性质
原子核物理学中的基本粒子及其性质原子核物理学是研究原子核结构、性质、变化和相互作用的学科。
在这个领域中，基本粒子是构成原子核的基本单元，它们的性质直接影响着原子核的行为。
本文将介绍原子核物理学中的基本粒子及其性质。
基本粒子原子核由质子和中子组成，它们是原子核物理学中的基本粒子。
此外，还有电子、光子、μ子等粒子，它们在原子核物理学中也发挥着重要作用。
质子是原子核中的一种粒子，具有正电荷，电荷量为+1.602×10-19库仑。
质子的质量约为1.6726×10-27千克。
质子是强子的一种，由三个夸克（两个上夸克和一个下夸克）通过强相互作用结合而成。
在原子核中，质子之间存在着库仑排斥力，这种力使得质子不能过于靠近，从而维持着原子核的稳定性。
中子是原子核中的一种粒子，不带电荷，质量约为1.6749×10^-27千克。
中子也是强子的一种，由三个夸克（一个上夸克和两个下夸克）通过强相互作用结合而成。
中子在原子核中起到饱和作用，使得质子之间的库仑排斥力得以缓解，从而使得原子核更加稳定。
电子是负电荷的基本粒子，电荷量为-1.602×10-19库仑。
电子的质量约为9.10938356×10-31千克。
电子在原子中围绕着原子核运动，与质子之间存在着电磁相互作用。
电子的发现揭示了原子内部结构的秘密，为原子核物理学的发展奠定了基础。
光子是电磁波的基本粒子，不带电荷，质量为零。
光子的静止能量约为8.187×10^-14电子伏特。
光子是电磁相互作用的基本载体，它在原子核物理学中发挥着重要作用，如光子与核子之间的电磁相互作用。
μ子是一种轻子，带有负电荷，电荷量为-1.602×10-19库仑。
μ子的质量约为1.8835×10-28千克。
μ子与电子相似，但在原子核物理学中，μ子的作用相对较小。
基本粒子的性质基本粒子的性质包括质量、电荷、自旋、寿命等。
这些性质决定了基本粒子在原子核物理学中的行为。
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。
原子物理课件 第九章 原子核和基本粒子简介
9.1 原子核的基本性质3.原子核的质量原子核的质量，可以由原子质量推算，也可以由核子的数目推算。
原子的质量= 原子核的质量+ 所有电子质量–相当于所有电子结合能的数值（可忽略）。
原子核的质量= 所有核子的质量–相当于所有核子结合能的数值。
采用原子质量单位，原子（核）的质量接近一整数，这整数称为原子（核）的质量数，A 。
原子核的符号表示：A ZXZ ：质子数中子数=A -Z123111HHH它们的化学和一般物理性质几乎相同，但核性质完全不同！67343322;Li Li He He6.核的统计性质和宇称☆统计性质：描述全同粒子交换时波函数的对称性。
两个全同原子核对换，即将两核中的核子一一交换。
核子每交换一次，体系波函数改变一次符号（核子是费米子），总的符号改变次数（-1）A。
对质量数A为奇数的核，交换两核，体系波函数符号改变，即该种核属费米子。
对质量数A为偶数的核，交换两核，体系波函数符号没改变，即该种核属玻色子。
☆宇称：描述微观粒子体系状态的波函数在空间反演变换下的奇偶性的物理量。
Ψ（x，y，z）= Ψ（-x，-y，-z）（偶宇称）Ψ（x，y，z）= -Ψ（-x，-y，-z ）（奇宇称）在电磁和强相互作用情形，孤立体系的宇称不会从偶性变为奇性或从奇性变为偶性。
---宇称守恒。
在弱相互作用中，宇称不守恒。
1956年，李政道和杨振宁提出,1957年吴键雄用β衰变的实验加以证实，是近代物理学史中的一个重大突破。
1957年，李、杨获诺奖。
6.原子核的结合能氘核由一个质子和一个中子组成。
112+≠！1.008665 1.0072772.015942n p m m u u u+=+=2.013552d m u=氘核质量：质量亏损：核子质量与组成的原子核质量的差值。
()p n m Zm A Z m mΔ=+−−核子结合成原子核过程中亏损的质量，以能量的形式放出。
-----原子核的结合能。
2[()]p n E Zm A Z m m CΔ=+−−以原子质量来计算结合能（忽略电子结合能）：22[()][()]p n n H E Zm A Z m m CZm A Z m m CΔ=+−−=+−−原子原子例：已知94B e 的原子质量是9.0121858u ，计算该核素的结合能2H [()]n E Zm A Z m m CΔ=+−−原子原子2[1.007825245 1.00866549.0121858]uC 58.163Mev=×+×−=21931.5uC MeV=每个核子的平均（比）结合能：58.163/9=6.463Mev☆核子的结合能越大，原子核越稳定。
原子核和基本粒子简介
第5页 共28页
• 比结合能
原子核中每个核子的平均结合能:
比结合能越大， 原子核结合越紧密; 也越稳定。
Eb A
中等质量最大
获得原子能量的 两条途径: (1) 重核裂变 (2) 轻核聚变
质量增大时下降 低质量时有起伏
比结合能图
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18.2 原子核的衰变和衰变规律
18.2.1 天然放射性现象 天然放射现象 : 某些物质自发地放射出看不见的射线的 现象. 照相底片 1896 年 , 法国科学家 贝克勒尔发现了铀的放 射性现象. 射线
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18.4 原子核能的利用
重核的裂变:
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原子弹(atomic bomb)
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轻核聚变:
太阳能
氢 弹 示 意 图
1967年中国爆炸了第一颗氢弹
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18.5 基本粒子简介
基本粒子线度小,作用距离短,相应动量的不确定性大,研 究工作只有借助于涉及很高的能量 (GeV)才有可能 . 因而 粒子物理也叫高能物理.
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第21页 共28页
原子内部结构
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费米子
第23页 共28页
重子和反重子
介子
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• 基本粒子的相互作用
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通过磁场或电 场可以将天然放 射线分离开来 , 并 加以鉴别.
+ + + + + + +
放射源 铅盒
第8页 共28页
放射源
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基本粒子参数
AREA ：粒子面积－粒子像素点数乘以象素点面积（以当前测量单位的平方为单
位）；
ASPECT_RATIO ：MAX_PROJ ／WIDTH ，无单位；
CIRC:：圆度，PERIM 2（周长2）／（4π∙AREA ）；
X_COFM ：粒子质心X 坐标－粒子像素X 坐标平均值；
Y_COFM ：粒子质心Y 坐标－粒子像素Y 坐标平均值；
CUM_NUM ：累计粒子数－整个分析的粒子数；
X_FERET ：X 轴的费雷特尺寸－粒子在X 轴投影，以当前测量单位的平方为单位； Y_FERET ：Y 轴的费雷特尺寸－粒子在X 轴投影，以当前测量单位的平方为单位； FRAME ：幅数－包含粒子的幅数；
LENGTH ：长度－粒子或纤维的导出长度，将其拉直成一个与粒子等面积和周长的矩形的长；)16-(0.252面积周长周长长度＝⋅+⋅；
ORIENTATION: 取向－X 轴正方向与粒子最大投影之间夹角，单位是度。
由X 轴
顺时针旋转为正；
PARTICLE ：粒子数－在每一幅的粒子数；
PERIM ： 周长－粒子周边上相邻像素之间距离总和乘以象素宽度（Pixel_Width ），
以当前测量单位的平方为单位；
INT_ PERIM ：内周长－粒子内括周边上相邻像素之间距离总和乘以象素宽度
（Pixel_Width ），以当前测量单位的平方为单位；
MAX_PROJ ：粒子最大粒子投影（最大卡尺尺寸）－粒子凸起的周边上分开最大
的两点之间距离，以当前测量单位的平方为单位；
MEAN_PROJ ：在粒子凸起的周边上像素点之间画的所有三角形的高的平均值。
以
当前测量单位的平方为单位；
MIN_PROJ ：粒子最小粒子投影（最小卡尺尺寸）－在粒子凸起的周边上像素点之
间画的所有三角形的最小高的最小值，三角形底是由相邻像素点确定，峰由粒子对边像素确定。
WIDTH ：宽－垂直于粒子最大投影的粒子投影，以当前测量单位的平方为单位；
基本幅参数
DA TE_TIME：日期和时间－分析的日期和时间；
FRACTIONAL_AREA：面积分数－被粒子覆盖的幅面积百分数，在分析时储存。
FRAME: 幅数；
FRAME_AREA：幅面积，在这幅的像素点数乘以象素点面积（PIXEL_AREA）。
以当前测量单位的平方为单位；
FRAME_LENGTH：幅的长度，Y轴像素点数乘以象素点宽（PIXEL_WIDTH），以
当前测量单位的平方为单位；
FRAME_WIDTH：幅的宽度，X轴像素点数乘以象素点宽（PIXEL_WIDTH），以当前测量单位的平方为单位；
PARTICLES：经过筛选通过（Sieve）和保护区（guard region）操作后评定的粒子数；
PIEXL_AREA：像素点面积，以当前测量单位的平方为单位；
PIEXL_ WIDTH ：像素点宽，以当前测量单位的平方为单位；
REJECTS：在筛选（Sieve）和保护区（guard region）操作后丢掉的粒子数；TOTAL_PARTICLES：在尺寸文件中总粒子数；。