富重子夸克C胶子物质双轻子产生的快度依赖
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
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。
第一篇 第四章 宇宙的结构层次与物质的基本单元
第一篇第四章宇宙的结构层次与物质的基本单元（p78-79）第一节宇宙的宇观、宏观和微观三个层次构成物质的基本单位是夸克、轻子和传播子。
宇宙按其空间尺度和质量大小可分为宇观、宏观和微观三个层次。
一、微观层次（弱、强相互作用和电磁相互作用是支配微观层次的决定性因素）微观层次通常又分为粒子亚原子和原子分子两个层次。
随着原子核增大，质子间静电排斥逐渐增大，最终超过核力的约束，就不存在稳定的原子核，强相互作用与电磁相互作用的平衡条件决定原子大小的上限。
二、宏观层次（电磁相互作用是支配宏观层次的决定性因素）宏观物质是由大量原子分子形成的凝聚体系，其稳定条件是电子受原子核的为库伦吸引与电子之间因泡利不相容而有的排斥之间的平衡。
密度随体积或质量的增加而略有增加，万有引力逐渐增强并开始起作用。
三、宇观层次（万有引力相互作用则是支配宇观层次的决定性因素。
）在这个系列中，随着尺度和质量的增加，密度逐渐减小。
万有引力作用与电磁相互作用不同，它不能屏蔽和中和，随着质量的增加，万有引力逐渐占支配地位的相互作用。
弱强相互作用和电脑相互作用是支配微观层次的决定性因素，电磁相互作用是支配宏观层次的决定性因素，而万有引力相互作用则是支配宇观层次的决定性因素。
1661年，英国科学家玻意耳提出了化学元素概念，为科学地研究化学奠定了基础。
1803年，英国化学家和物理学家道尔顿用原子的概念阐明化合物的组成及其所服从的定量规律，并通过实验来测定不同元素的原子质量之比。
这种始于化学的原子假说叫做“化学原子论”。
1811年，意大利科学家阿伏伽德罗提出了分子假说，弥补了道尔顿原子学说中忽视了原子和分子区别的缺陷，两者结合成为“原子——分子学说”。
1869年，俄国科学家门捷列夫发现了元素的周期性递变规律并制成了元素周期表。
在人类认识物质结构的进程中，这是一个重大的成就。
第三节物质结构的基本单元1964年，盖尔曼提出了夸克模型，认为强子，包括质子和中子，都是由夸克组成的。
基本粒子3
Charge = -1/3 Charge = +2/3
Charge = -1
II s c
(charm)
-
III b t
(top)
+反电子 + 反夸克
d u
(up)
(down) (strange) (bottom)
e
自然界真是这样 ?
Muons (μ)
发现 μ (1937).
非常像电子，但质量大200余倍
• 介子：
基本粒子？
• 介子八重态
重子八重态
重 子 十 重 态
有多少强子？
• SU(3) 模型： 三味夸克 u, d, s • 重子：
• 介子：
• 味，色，电荷，自旋，夸克数
三代夸克
代
质量增加
I
电荷 = -1/3 电荷 = +2/3
II
III
d (下 ) u (上 )
s b ( 奇 ) (底 ) c t ( 粲 ) (顶 )
e-
e+
+
e-
g
g
eee-
夸克对产生
q
+
q
e-
e+
e+ e-
+
e+ e+
g ee-
e+
e-
光子转化
g e+ + e-
g
g
g
g
g
q
q
+
夸克—反夸克湮灭
q e+
+
e
-
q q q eg q q q
* Note: Reverse process to quark pair production!
高中物理第十九章原子核核聚变粒子和宇宙教材梳理素材
7 核聚变8 粒子和宇宙疱丁巧解牛知识·巧学一、核聚变1.定义:轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变。
例如H21+H31→He42+n12。
聚变发生的条件(1)要使轻核聚变,就必须使轻核接近核力发生作用的距离10—15m，但是原子核是带正电的，要使它们接近10-15m就必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求原子核具有足够的动能.要使原子核具有足够大的动能，就要给核加热，使物质达到几百万摄氏度的高温.（2）在高温下,原子已完全电离，形成物质第四态——等离子态，等离子体的密度及维持时间达到一定值时，才能实现聚变.3。
轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚合放出更大的能量，由于温度较高，所以聚变也称为热核反应.联想发散原子弹爆炸时，能产生这样的高温，然后引起轻核的聚变，氢弹就是根据这一原理制成的.太阳等许多恒星内部都进行着剧烈的核聚变，温度高达107K以上，向外释放大量的能量，地球只接收了其中的二十亿分之一左右。
4。
聚变与裂变的比较（1)能用于热核反应的原料极其丰富，裂变的原料比较稀缺.（2)同样情况下聚变放出的能量比裂变大.(3)热核反应后的遗留物对环境污染小，这一点裂变无法相比。
二、受控热核反应1.热核反应的优点(与裂变相比）（1)产生的能量大；(2）反应后生成的放射性物质易处理；(3)热核反应的燃料在地球上储量丰富.2。
实现核聚变的难点地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，为解决这个难题，目前有3种方法对等离子体进行约束，即引力约束、磁约束和惯性约束。
3。
热核反应的两种方式爆炸式热核反应；受控式热核反应,目前正处于探索、试验阶段。
三、“基本粒子”不基本1。
19世纪末,许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子.2.从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子，它们不是由质子、中子、电子组成。
3。
科学家进一步发现质子、中子等本身也是复合粒子，且还有着复杂的结构。
粒子物理基础2
粒子的内禀属性很多，下面先讲几个最重要的属性。
16
1．5．1 粒子的质量
考虑自由运动的粒子，具有能量 E,
按相对论，对以速度 v 运动的粒子，有
E=
p=
m
1− v
2
E −p =
m
2
2
动量 p ，静止质量 m，
mv
1 − v2
2
(质壳条件 )
粒子的质量都是指静止质量，
实验上测得的质量值都翻算到静止质量再予以报道。
粒子的寿命就是粒子静止时的平均寿命。
22
不稳定粒子的宏观描写：
N(t)为t时刻某种不稳定粒子的数目，
在t到t+dt的dt时间间隔中，衰变粒子数改变了dN, dN应正比于N，
还正比于dt，这样应有
dN = -τ
τ
−1
N(t) dt
是一个反映该粒子不稳定性的参量。这个方程的解为
N(t) = N(0) e − t / τ
规范玻色子 + 轻子 + 夸克 + Higgs粒子
12+
(6+6)
+ (6×3+6×3) + 1 = 61
引力子？
15
1．5 粒子的性质
微观粒子的一个普遍性质是全同性。
各种粒子分别有各自的内禀属性，
这些内禀属性不随粒子产生的来源和运动状态而变化。
一切内禀属性的总和是判别粒子种类的依据。
属于同一种粒子的内禀属性完全相同，它们互相不可分辨。
因而表中所给出的夸克质量只是近似值。
9
(3)Higgs粒子：按照现有理论认为自然界应该存在自旋为0的粒子，
人教版高中物理选择性必修第三册精品课件 第五章 5.“基本”粒子
C.夸克模型是探究轻子结构的理论
D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
答案 D
解析 由于质子、中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒子,不同
夸克构成强子,有的强子带电,有的强子不带电,故A、B错误;夸克模型是研
2
究强子结构的理论,不同夸克带电不同,分别为+ e 和- ,说明电子电荷不再
答案 B
解析 反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成,故B
正确。
5.若π+介子、π-介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克
u或反夸克d )组成的,它们所带电荷量如表所示,表中e为元电荷。
粒子
带电荷量
π+
+e
π-
u
d
-e
2e
+
3
e
3
(1)按最简单的组成,π+介子由哪两种粒子组成?
1
2
1
2×3e+(-3)e=e,中子 0 n
2
1
e+2×(- e)=0,结合不同夸克的带电荷量可知,B
3
3
所带的电荷量为
正确。
针对训练
在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别,
因此在实验中很难探测。1953年,莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探
1
测器组成的实验系统,利用中微子与水中 H 的核反应,间接地证实了中微
第五章
5.“基本”粒子
课标要求
1.知道电子、中子、质子并不是组成物质的最基本的粒子。(物理观念)
2.知道粒子的分类及其作用,了解夸克模型。(物理观念)
思易学教育选修35第十九章第58节核力与结合能;重核的裂变;核聚变;粒子和宇宙
【本讲教育信息】一. 教学内容：选修3—5第十九章 原子核 第五节 核力与结合能 第六节 重核的裂变 第七节 核聚变 第八节 粒子与宇宙二. 知识内容（一）核力与结合能 1. 核力：（1）原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即核力。
是核力把核子紧紧束缚在核内。
（2）特点：① 核力是强相互作用（强力）的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。
② 核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m 之内。
③ 每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。
2. 四种基本相互作用 （1）万有引力；（2）电磁力；以上两种力都属于长程力；（3）核力；（4）弱相互作用（弱力）；以上两种力都属于短程力。
3. 原子核中质子与中子的比例：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多4. 结合能：（1）定义：原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能.（2）比结合能：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。
比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，中等大小的核的比结合能最大。
5. 质量亏损：（1）质能方程：物体的能量与它的质量之间的关系是：2E mc （2）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。
由a 个质子和b 个中子结合成质量为m D 的原子核其质量亏损为： Δm = am p + bm n — m D 根据爱因斯坦质能方程式可知，这些核子在结合成原子核过程放出的能量（数值上等于该原子的结合能）：ΔE =Δm c 2 = （am p + bm n — m D ）c 2（二）重核的裂变1. 核裂变（1）定义：铀核在被中子轰击后分裂成两块质量差不多的碎块，弗里施把这类核反应定名为原子核的裂变。
《粒子物理学教学讲义》6.4－节重夸克和重夸克偶素
确定了J/Ψ粒子子的夸克组分——正反粲夸克对，我们就可以解
释它的窄宽度了：
质量最轻的含粲D介子子质量为1870MeV，两个D介子子的阈能
为3740MeV，所以J/Ψ不能衰变到D介子子末态，它的强衰变末
态只能是由u,d,s夸克组成的轻强子子。
J/Ψ的强子子衰变的费曼图可以画作，
u d
c
d
c
c
d
c
d
它和J/Ψ粒子子类似, 也只能通过把b 和 b 湮没掉的Zweig禁 戒过程做强衰变，衰变概率被大大大大地压低，表现出突出的“重 质量，窄宽度”性质． 同样ϒ (2S), ϒ(3S)也具有同样的性质。ϒ (4S)以及更高高质量的 态则可以衰变到两个B介子子。因而而具有很大大的宽度。
17
对前3个ϒ共振态, ϒ→ 2B 的衰变道没有打开,他们所有的强衰 变道都是OZI禁戒过程而受到压低, 衰变宽度很窄。 但对下面更高质量的ϒ高激发态, 均可以衰变到两个B介子,因 而具有很大的几十个MeV的宽度
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ϒ粒子子所有的强衰变道都是OZI 禁戒过程而而受到压低，
分支支比比最大大的衰变道也是二二级电磁衰变的 e+e− 道，µ +µ − 道 和 τ +τ − 道．
含底夸克b的最轻的粒子子是 B+(bu) 和 B0 (bd) 粒子子，其质量为
m = (5279)MeV，因此ϒ粒子子不可能衰变为一一对正反B介子子。
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如果粲夸克存在，那么可以将u，d，s的SU(3) 味道对称性扩 充到u,d,s,c的SU(4) 对称性，则应该存在含有若干（反）粲夸 克的重子子和介子子多重态，
1976年发现了含粲介子子态（ D0 = cu , D+ = cd ）， 1977年又又发现了含粲奇异介子子 Ds+ = cs ，
3现代物理学对于夸克理论的探究
3、现代物理学对于夸克理论的探究近20年来不少物理实验说明基本粒子有其内在结构，基本粒子之间存在着某种内在联系。
人们曾先后提出多种关于重子和介子内部结构的模型。
最早提出强子结构模型的是1949年的费米-杨振宁模型，1956年日本的坂田模型。
这些模型能够说明一些情况，但是在系统地解释重子的性质方面遇到了困难。
到1964年盖尔曼等人分析了重子和介子的对称性质，在坂田模型的基础上进一步提出了“夸克模型”。
按照夸克模型，强子是由夸克组成的，重子由3个夸克组成，介子由一个夸克和一个反夸克组成。
夸克的重子数B、电荷Q和超荷Y 都是分数。
按照盖尔曼的想法，所有已知的强子都由三种更为基本的“积木块”堆积而成，即三种类型的夸克（u、d、s）和反夸克（ū、d、S ）。
这一模型能很好地解释重子和介子的性质，预言Ω一超子的存在。
1974年发现J／ψ粒子，需要引入第四种粲夸克c；1978年发现γ粒子，需要引入第五种底夸克b。
盖尔曼认为：所有的强子都是由这三种具有一定对称性的夸克及它们的反粒子所组成。
它们分别称为“上夸克(u)”、“下夸克(d)”和“奇异夸克(s)”。
与坂田模型一致的是，新模型也使用三种“积木块”，但是这里的“积木块”是一种理论上的推测，属于更深一层次的基础粒子，而在坂田模型中，身为“积木块”的p、n、L 却同时又是“复合粒子”，它们三个同时扮演着两种角色。
但利用夸克模型，能够较好地说明许多现象，而且还预言了一些未知粒子，比如夸克模型预言存在着一个新的粒子W-，以后的实验果真找到了这个粒子。
早在1970年格拉肖等人就提出第4种夸克-粲夸克（c）。
1974年，美籍华裔物理学家丁肇中领导的一个小组和斯坦福加速器中心的B·里克特领导的另一个小组同时独立地发现一个新的粒子J／ψ，这个粒子的质量数很大，寿命很长。
即丁肇中和里克特发现了第四个夸克——粲夸克(c)。
J／ψ粒子是由粲夸克和反粲夸克组成的。
1977年莱德曼发现一种比质子重10倍的中性介子— r粒子。