物理基本粒子
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基本粒子
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 !
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.
• 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。
• 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。
宇宙线中发现正电子(1932)
me+n+n
两个中微子发出
m e
p
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 !
物质的基本 结构?
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…
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 !
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
太多的基本粒子，太复杂?
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.”
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 !
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”.
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.
Flavor
u d s
Q/e
+2/3 -1/3 -1/3
Murray Gell-Mann
George Zweig
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.
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
两个中微子发出
Muon (m)在此停 止并衰变:
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.
这不是质源自文库.
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 !
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
μ 的发现
μ 1937 由 J. C. Street 和 E. C. Stevenson 在云室中发现 μ 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)
μ 能够从大气上层到达地面，相对论效应 !!!
Discovery of the Pion
l
A
NO, this doesn’t really work !
A l
Rutherford 实验
α 粒子的波长?
ma= 6.7x10-27 [kg],
va= 1.6x107 [m/s])
l = h/p
动量: p = mv = (6.7x10-27 [kg])(1.6x107 [m/s]) = 1.0x10-19 [kg m/s]
l = h/p = 6.6x10-34 / 1x10-19 = 6.2x10-15 [m]
核子的大小大致是 10x10-15 , 这个波长能够告诉我们有一个硬核…
对物质更深层次的探索
为了探索质子和中子的结构，我们需要比质子和中子尺寸更小的波长的 粒子. l = h/p, 需要高动量的粒子 探测小尺度 质子的尺度大约 1x10-15 [m],
Enrico Fermi
基本粒子？
• 介子八重态
重子八重态
重 子十重态
夸克（Quarks） ?
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.
Carl Anderson 1905-1991
电子和正电子相遇，湮 灭，产生辐射
物质 能量
E=5 [MeV]
E=5 [MeV] e+
%e+*&e-*
E=5 [MeV] e-
E=5 [MeV]
5x106[eV]
1.6x10-19 1[eV]
[J
]
8.0x1013[J]
=1
l = hc/ E = (6.6x10-34)(3x108) / 8.0x10-13 = 2.5x10-13 [m]
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 !
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.
• 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。
• 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。
宇宙线中发现正电子(1932)
me+n+n
两个中微子发出
m e
p
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 !
物质的基本 结构?
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…
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 !
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
太多的基本粒子，太复杂?
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.”
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 !
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”.
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.
Flavor
u d s
Q/e
+2/3 -1/3 -1/3
Murray Gell-Mann
George Zweig
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.
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
两个中微子发出
Muon (m)在此停 止并衰变:
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.
这不是质源自文库.
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 !
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
μ 的发现
μ 1937 由 J. C. Street 和 E. C. Stevenson 在云室中发现 μ 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)
μ 能够从大气上层到达地面，相对论效应 !!!
Discovery of the Pion
l
A
NO, this doesn’t really work !
A l
Rutherford 实验
α 粒子的波长?
ma= 6.7x10-27 [kg],
va= 1.6x107 [m/s])
l = h/p
动量: p = mv = (6.7x10-27 [kg])(1.6x107 [m/s]) = 1.0x10-19 [kg m/s]
l = h/p = 6.6x10-34 / 1x10-19 = 6.2x10-15 [m]
核子的大小大致是 10x10-15 , 这个波长能够告诉我们有一个硬核…
对物质更深层次的探索
为了探索质子和中子的结构，我们需要比质子和中子尺寸更小的波长的 粒子. l = h/p, 需要高动量的粒子 探测小尺度 质子的尺度大约 1x10-15 [m],
Enrico Fermi
基本粒子？
• 介子八重态
重子八重态
重 子十重态
夸克（Quarks） ?
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.
Carl Anderson 1905-1991
电子和正电子相遇，湮 灭，产生辐射
物质 能量
E=5 [MeV]
E=5 [MeV] e+
%e+*&e-*
E=5 [MeV] e-
E=5 [MeV]
5x106[eV]
1.6x10-19 1[eV]
[J
]
8.0x1013[J]
=1
l = hc/ E = (6.6x10-34)(3x108) / 8.0x10-13 = 2.5x10-13 [m]