基本粒子及其相互作用共47页
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）
粒子物理学基本粒子的分类与相互作用
粒子物理学基本粒子的分类与相互作用粒子物理学是研究物质的最基本单位——基本粒子以及它们之间的相互作用的学科。
在粒子物理学中，基本粒子按照其性质和行为可以被分为多个不同的类别，同时它们之间的相互作用也起着关键的作用。
一、基本粒子的分类在粒子物理学中，基本粒子可以分为两大类：费米子和玻色子。
1. 费米子：费米子遵循费米-狄拉克统计，具有1/2自旋。
其中，最为著名的费米子就是构成物质的基本构建块的夸克和轻子。
- 夸克：夸克是质子和中子的组成部分，可以分为六个品味（即六种不同的夸克），分别是上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、粲夸克和异夸克。
- 轻子：轻子是构成物质的其他基本构建块，包括电子、中微子和它们的反粒子。
2. 玻色子：玻色子遵循玻色-爱因斯坦统计，具有整数自旋。
玻色子包括介子和强子，它们是负责传递相互作用力的粒子。
- 介子：介子由夸克和反夸克组成，通过传递强相互作用力而将核子结合在一起。
- 强子：强子通过交换带有强相互作用力的胶子而维持夸克之间的相互作用。
二、基本粒子的相互作用基本粒子之间的相互作用决定了它们在宏观世界中的行为和性质。
1. 强相互作用：强相互作用是负责夸克和胶子之间的相互作用，将夸克组合成介子和强子。
强相互作用是一种非常强大的力，它使得夸克在核内紧密地结合在一起，形成了原子核。
2. 弱相互作用：弱相互作用是负责某些基本粒子之间的相互转化，例如中子衰变成质子、电子和中微子。
弱相互作用还参与了太阳核聚变和放射性衰变等重要过程。
3. 电磁相互作用：电磁相互作用是负责带电粒子之间的相互作用，包括电荷之间的吸引和排斥力，以及电磁波的辐射和吸收等。
电磁相互作用是人们日常生活中最为常见和熟悉的相互作用力。
4. 引力相互作用：引力是负责物质之间的万有引力相互作用，是宇宙中最为普遍存在的相互作用力。
引力相互作用决定了星球之间的运动、行星围绕恒星的轨道、以及行星和卫星之间的相互作用。
总结：粒子物理学将基本粒子按照其自旋和统计行为分为费米子和玻色子两大类。
18-9粒子及其相互作用
存在重大的理论疑难问题，称为e-疑难？ 电子e、子和子质量相差悬殊，但它们参与相互 作用的性质却完全相同。为什么相互作用性质完 全相同的3种粒子的质量会相差如此悬殊？ 3. 强子：可以直接参与强相互作用的粒子称为 强子。分介子和重子两类。介子是自旋量子数为 零或正整数、重子数为零的强子；重子是自旋量 子数为零或正半奇数、重子数为1的强子。重子 数为1的重子常称为反重子。 强子共436种，占已发现的452种粒子的绝大多
作用。强子内部除了夸克和反夸克还存在胶子。
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价夸克决定强子的性质，像价电子决定原子的 性质一样。强子的不同反映在价夸克(或价反夸克) 的不同上。每个强子内部的所有价夸克(或价反夸
克)的色性质，保证其整体对外是无色的。
强子内部胶子可转化为夸克-反夸克对，夸克-反夸 克对又可湮没为胶子。在强子内部也还存在数目未知 然而是确定的夸克反夸克对称为海夸克，或微夸克。
粒子相互作用来自场之间的相互作用，场之
间的相互作用是粒子转化的原因。 电磁作用的媒介粒子是光子；引力是引力子(尚 未找到)；弱相互作用是W 粒子、W 粒子和不带
电的Z0粒子；强相互作用是介子和胶子。
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粒子相互作用随粒子间距离而变化，用力程表
示，力程是粒子间的有效作用范围。力程大小正 比于媒介粒子质量的倒数。 引力相互作用和电磁相互作用的媒介粒子的静 止质量都为零，这两种相互作用的力程都是无限 大，称长程力。
因而还不能断定它是否确实存在。
4
4. 自旋：粒子都有确定自旋，用自旋量子数J 描 述。已知粒子中，最大的自旋量子数是11/2。 5. 重子数：电荷数守恒决定电子稳定性。规定质 子重子数为1，正电子和光子的重子数都为零。质 子是重子数为1的最轻粒子。重子数守恒决定质子 稳定性。任何衰变既要满足电荷数守恒，也必须遵 从重子数守恒。
粒子物理学的标准模型基本粒子的组成和相互作用
粒子物理学的标准模型基本粒子的组成和相互作用粒子物理学是研究物质的基本结构和相互作用规律的学科领域。
在粒子物理学中，标准模型是描述基本粒子的一个理论框架，它包含了构成物质的基础组成部分以及它们之间的相互作用。
一、基本粒子的组成标准模型认为，物质的基本组成部分可以通过基本粒子来描述。
基本粒子是构成一切物质的最基本单位，它们可以分为两类：费米子和玻色子。
1. 费米子费米子是一类具有半整数自旋的基本粒子。
在标准模型中，费米子被分为两类：夸克和轻子。
夸克是构成强子（如质子、中子等）的基本组成部分，它们分为六种：上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、粲夸克和奇夸克。
夸克具有电荷和颜色等量子数，它们之间通过强相互作用相互结合形成强子。
轻子是费米子的另一类，它们包括了电子、电子中微子、μ子、τ子以及它们各自的中微子。
轻子除了电子具有电荷外，其他轻子都是带有中微子的，它们通过弱相互作用来相互结合。
2. 玻色子玻色子是具有整数自旋的基本粒子。
标准模型中描述了四种基本相互作用，每一种相互作用都有对应的介质粒子。
强相互作用通过八种胶玻色子（色荷相互作用介质）来传递。
弱相互作用通过W玻色子和Z玻色子（中微子相互作用介质）来传递。
电磁相互作用通过光子来传递。
引力相互作用由引力子来传递。
二、基本粒子的相互作用标准模型中的基本粒子之间存在着多种相互作用。
1. 强相互作用强相互作用是夸克之间的相互作用，通过胶子的交换来传递。
强相互作用在原子核内起到了重要的作用，使得夸克能够结合成为强子。
2. 弱相互作用弱相互作用是轻子之间的相互作用，通过W玻色子和Z玻色子的交换来传递。
弱相互作用包括了β衰变和中微子的产生和衰变等现象。
3. 电磁相互作用电磁相互作用是电荷粒子之间的相互作用，通过光子的交换来传递。
电磁相互作用是我们日常生活中最为熟悉的相互作用，它决定了物质的电荷、电磁波的传播等现象。
4. 引力相互作用引力相互作用是质量以及能量之间的相互作用，通过引力子的交换来传递。
8.粒子及其相互作用
(8.5)
3s
式 (8.4) 和 (8.5) 截面的量纲为 [GeV ]−2 ，乘上系数 ( c)2 后得到普通单位制的截面量纲
⎡⎣barn,10−24 cm2 ⎤⎦ 。
e+e− → h's 的本质过程是 e+e− → qq ，它也只能通过湮灭道产生的。如下图，
qq 的顶点为电磁作用顶点，不同味的夸克都可能出现在这个顶点，只要 e+e− 提供的能
出现 R 值的阶梯式的平台：
图 8.10，正负电子对撞实验的 R 值图
在 s = 1.0 ∼ 2.5GeV 区间， u, d , s 夸克对产生阈以上， c 夸克对的产生阈以下(这一区间
的数据精度比较差)
Rexp
∼
2
；由式(8.7)
R
∼
( 2 )2 3
+
(−
1)2 3
+
(−
1)2 3
=
6 9
=
2 3
现几率相等的光子。
8.1.1 电磁作用的费曼图
电磁作用是带电粒子之间通过交换光子来实现的。所有电磁相互作用过程都可以由下述 的一些基本作用顶点来构成。
图 8.1 电磁相互作用的基本作用顶点(时间轴选自下向上) 带箭头的实线表示带电粒子，箭号与时间轴同向的为粒子，反向的为反粒子。在作用顶 点发射或者吸收光子，光子用波纹线表示。每个顶点必须满足电荷、重子数、轻子数等相加
作用和电弱作用。 轻子有三代，它们是：
⎛ ve ⎞ ⎛ vμ ⎞ ⎛ vτ ⎞
⎜ ⎝
e−
⎟ ⎠
⎜ ⎝
μ
−
⎟ ⎠
⎜⎝τ
−
⎟ ⎠
(8.1b )
它们的量子数见表 5.3 。带电轻子具有电弱荷，参加电弱相互作用；中性轻子只有弱荷，
《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
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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
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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
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物理学中的基本粒子及其相互作用
物理学中的基本粒子及其相互作用物理学研究的是探究自然规律的一门科学，而物理学中最基本的研究对象就是物质。
物质，是指构成宏观世界和微观世界的一切实体，而这些实体就是由基本粒子组成的。
那么，什么是基本粒子呢？基本粒子，也称为元素粒子或者基本粒子，是构成物质的最小单元，也是宇宙中最基本的物质单位。
基本粒子之间通过相互作用产生了宏观世界和微观世界中各种各样的现象与规律，是物理学研究的重要对象。
基本粒子按照其作用方式可分为费米子和玻色子两类。
两类粒子的主要区别在于它们遵从的统计力学不同，费米子遵从费米-狄拉克统计，而玻色子则遵从玻色-爱因斯坦统计。
费米子不能占据相同的量子态，其最著名的例子就是电子。
而玻色子可以占据相同的量子态，从而导致其具有集体性质，最著名的例子就是光子。
费米子和玻色子之间的相互作用最常见的有强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。
强相互作用通过交换胶子完成，使得质子、中子以及强子之间产生相互作用，从而构成原子核。
电磁相互作用则是由电荷之间交换光子完成的，其作用于宏观物体之间的力的大小取决于物体间的电荷量和“距离”。
除此之外，在物质与空间间距离十分微小的情况下，比如在原子和分子的物质中，仅由电子引力相互作用。
而弱相互作用是与强相互作用、电磁相互作用相对独立的一种物理作用力，具有联合或崩解原子核的作用。
引力相互作用则是存在于物质的任何部分之间，是所有物体之间都存在的作用力。
物理学研究中一直存在着研究基本粒子与相互作用衍生出来的现象和规律的大量有趣问题。
例如，在高能物理实验中非常重要的重子、费米子和玻色子的多重性与交换对称性；弱相互作用衍生出来的中性流子Z与W粒子，以及由它们导致的中微子与反中微子等；还有引力波、暗物质等前沿研究领域。
基本粒子与相互作用的研究在物理学、化学学、生物学、医学等多个领域中都有着重要的应用，尤其是在物理学领域中，基本粒子及其相互作用的科学研究不断深入，将会极大地推动人类社会科技进步。
物理学中的基本粒子和相互作用
物理学中的基本粒子和相互作用物理学是一门研究自然界基本规律的科学，其探索的对象不仅包括我们所熟知的广义相对论和量子力学，还包括更为微观的基本粒子和相互作用力。
在物理学的世界中，基本粒子是构成物质的基本单位，而相互作用则决定了基本粒子之间的相互关系和运动方式。
基本粒子的分类根据最基础的粒子性质，物理学家将基本粒子分类为两大类：玻色子和费米子。
玻色子的一个典型例子就是光子，它是电磁力的传播媒介。
而费米子则包括夸克和轻子等元素粒子，它们具有不同的自旋数值和电荷性质以及处于不同的状态中。
夸克是我们所知道的最基本的元素粒子之一，它们包括6种类型：上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、奇异夸克和粲夸克。
轻子则包括电子、中微子和光子等，它们都是非零自旋的粒子。
在这些基本粒子之间，存在着许多不同的相互作用。
相互作用的分类在物理学中，相互作用可以简单地定义为粒子之间的相互作用力。
这些相互作用力包括强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用等。
强相互作用是一种在原子的核内发生的作用力，它是由夸克相互作用而产生的。
这种作用力非常强，可以维持核内质子和中子的粘合，使得原子核变得比基本粒子更加稳定。
但是，由于强相互作用的特殊性质，研究它非常困难。
另一方面，电磁相互作用是最为熟知和常见的相互作用之一。
它是由电子和电荷粒子相互作用而产生的，包括静电相互作用和磁效应等。
在我们日常生活中，电磁相互作用在各种电子设备、电力系统和光学系统中都起着至关重要的作用。
弱相互作用是一种很罕见的相互作用模式，它包括β衰变、中微子产生和反中微子产生等。
这种力量非常微小，远远不及强相互作用和引力相互作用，但它在核反应和星体演化中仍然具有相当重要的地位。
最后，引力相互作用是由质量引力引起的力量。
虽然它是最弱的相互作用之一，但它却是宇宙的性质，能够维持星系和黑洞等宇宙结构的稳定。
随着人类对空间和物质的认识逐渐深入，引力相互作用也成为了物理学研究中的重要领域。
[VIP专享]基本粒子关系
基本粒子关系强子就是参与强相互作用的粒子，可以分为介子和重子，目前粒子物理的夸克模型认为介子是由夸克和反夸克组成，重子则有三个夸克（或者反夸克）组成，重子可以再分为核子（包括质子和中子）和超子（因为质量超过核子的质量而得名）。
电子和中微子等属于轻子，不参与强相互作用。
目前粒子物理认为轻子，夸克等没有结构，是点粒子。
电子质子等粒子带有电荷，带电粒子之间可以发生电磁相互作用，而电磁作用场的量子是光子，即带电粒子之间通过交换光子而发生相互作用。
夸克带有颜色（或者色荷），夸克之间，夸克和胶子之间，胶子之间，可以发生色相互作用，而色相互作用场的量子是胶子。
光子和胶子都是传递相互作用的媒介粒子，目前认为它们也没有结构，是个点粒子。
第一类：纯单个粒子，中微子，电子，大统一粒子，夸克。
第二类：由两个基本粒子合成的粒子，如π介子，W、Z玻色子。
第三类：由三个基本粒子合成的粒子，如：中子，质子及其它强子。
第一类粒子中的大统一粒子不能游离态存在，它们必须二个并存，构成了π介子，和W玻色子。
（特别注意的是，这一点与传统理论完全不同，为什么要这样猜想呢？你如果接着往下看就明白了。
）第一类中的夸克也不能单独存在，它们必须三个并存在，构成了质子与中子等强子|评论1. 强子和轻子是构成世界万物的两个基本类别①强子：由夸克组成的粒子。
两个夸克组成的强子叫介子；三个夸克组成的强子叫重子。
所以，不管是介子还是重子，都是强子。
与之对应的是轻子。
②轻子：目前已知的的轻子有三代，包括电子及电子中微子、缪子及缪子中微子、tau子及tau子中微子。
轻子之所以叫轻子，主要是因为轻子一直到现在都没有发现其有内部结构，认为轻子是点粒子。
2. 胶子是传递强相互作用的传播子。
强相互作用的粒子，即强子是有夸克组成，夸克和夸克之间形成的介子或者重子就是靠夸克间的胶子相互传递从而耦合在一起的。
3. 根据色禁闭理论，单独的夸克是不存在的，而胶子是传播子，严格意义上将，比较两者的大小根本没有任何意义，因为单独的夸克不存在，存在的夸克都以介子或强子而存在。
基本粒子的弱相互作用和强相互作用
基本粒子的弱相互作用和强相互作用基本粒子的弱相互作用和强相互作用是物理学中非常重要的概念，它们共同构成了我们所熟知的物质。
在本文中，我将探讨这两种相互作用的特点和影响。
首先，让我们从弱相互作用开始。
弱相互作用是一种力量非常微弱的相互作用，它负责质子和中子的衰变以及一些核反应。
与强相互作用和电磁相互作用相比，弱相互作用的程度要弱很多，但它在宇宙中起着非常关键的作用。
弱相互作用的特点之一是它的远程作用效应。
与电磁相互作用不同，弱相互作用可以在相对较长的距离上产生作用。
这使得它能够影响到很多微小的粒子，从而决定了一些基本粒子的性质。
另一个弱相互作用的特点是其不守恒性。
在强相互作用和电磁相互作用中，质量、电荷和角动量都是守恒的。
然而，在弱相互作用中，守恒规律并不适用。
这种不守恒性导致了一些基本粒子的衰变，例如质子衰变成中子和电子。
接下来，我们来谈谈强相互作用。
强相互作用是一种力量非常强大的相互作用，它保持了原子核的稳定。
与弱相互作用不同，强相互作用的作用范围非常有限，仅限于质子和中子之间以及夸克之间的相互作用。
强相互作用的特点之一是其非常短程的作用效应，只有在非常接近的距离上才能产生作用。
这使得强相互作用只对原子核内部的粒子产生影响，并且在原子核之外就几乎没有作用。
另一个强相互作用的特点是它的守恒性。
与弱相互作用不同，强相互作用保持了质量、电荷和角动量的守恒。
这使得原子核中的质子和中子保持稳定，并决定了原子核的结构和稳定性。
弱相互作用和强相互作用在物理学研究中起着重要的作用。
它们共同构成了标准模型的基础，解释了基本粒子的性质和相互作用方式。
通过深入研究这些相互作用，我们能够更好地理解宇宙的起源和演化。
总结起来，基本粒子的弱相互作用和强相互作用是物理学中的重要概念。
弱相互作用具有远程作用和不守恒性的特点，而强相互作用则具有短程作用和守恒性的特点。
两种相互作用共同决定了基本粒子的性质和宇宙的演化。
通过深入研究这些相互作用，我们能够更好地了解物质的本质和宇宙的奥秘。