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第五章 原子核
第5節 “基本”粒子
圖中顯示的是質子對質子碰撞后粒子的軌跡。20世紀，人們通過對粒子碰撞和宇宙線的觀測，發現了很多新粒子。這些新發現的粒子分為哪幾類？彼此間有什么關系？
1.知道電子、中子、質子并不是組成物質的最基本的粒子。
2.知道粒子的分類及其作用，了解夸克模型。
發現各種微粒的科學家
道爾頓（原子）
湯姆遜（電子）
盧瑟福（質子）
蓋爾曼（夸克）
查德威克（中子）
一、發現新粒子
對新粒子的認識歷程
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}發現時間
1932年
1937年
1947年
20世紀60年代后
新粒子
反粒子
μ子
K介子與π介子
超子
基本特點
質量與相對應的粒子相同而電荷及其他一些物理性質相反
比質子的質量小　　
質量介于電子與核子之間
其質量比質子大
部分新粒子的實驗發現年代
(1)直到19世紀末，人們都認為光子、電子、質子和中子是基本粒子．
(2)隨著科學的發展，科學家們發現了很多的新粒子并不是由以上基本粒子組成的，并發現質子、中子等本身也有復雜結構．
(3)探測工具
粒子加速器和粒子探測器是研究粒子物理的主要工具。
1.新粒子的發現
2.反粒子（反物質）
它們的質量、壽命、自旋等物理性質與過去發現的粒子相同，而電荷等其他性質相反
例如，電子和正電子，質子和反質子等
由反粒子構成的物質叫反物質
反粒子（反物質）最顯著的特點是當它們與相應的正粒子（物質）相遇時，會發生“湮滅”，即同時消失而轉化成其他的粒子
大型強子對撞機內部設備的一個局部
3.對撞機
1932年發明的粒子加速器，能使帶電粒子加速到很高的能量。讓這些高能粒子彼此對撞，就能產生更多的粒子，這種裝置稱為對撞機。
利用加速器和對撞機，人們發現了400多種的粒子。
二、粒子的分類
1.強子：參與強相互作用的粒子。
2.輕子：不參與強相互作用的粒子。
電子
電子中微子
μ子
μ子中微子
τ子
τ子中微子
⑵每種輕子都有對應的反粒子
輕子（6 種）
⑶τ子的質量比核子的質量還大
根據相互作用的性質分類
⑴沒有發現輕子的內部結構
質子
中子
3.規范玻色子：傳遞各種相互作用的粒子。
光子
中間玻色子（W和Z玻色子）
膠子
傳遞弱相互作用
4.希格斯玻色子：希格斯場的量子激發。
傳遞電磁相互作用
傳遞強相互作用
希格斯玻色子別稱上帝粒子，是粒子物理學標準模型預言的一種自旋為零的玻色子。
2012年7月4日科學家宣布發現了一個新粒子，與希格斯玻色子特征有吻合之處。
這種玻色子是物質的質量之源，是電子核夸克等形成質量的基礎，其他粒子在這種粒子形成的場中游弋并產生慣性，進而形成質量，構筑成大千世界。
1964年，美國科學家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認為強子由更基本的成分組成，這種成分叫作夸克。
下夸克d 上夸克u 奇夸克s
粲夸克c 底夸克b 頂夸克t
介子（夸克和反夸克組成）
質子
中子
重子（三個夸克組成）
夸克與粒子物理標準模型
每種夸克都有對應的反夸克
1.夸克模型
夸克模型的提出是物理學發展中的一個重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分數電荷。
夸克的“禁閉”：
夸克不能以自由的狀態單個出現
在夸克模型的基礎上，科學家們發展出了描述強相互作用的系統理論——量子色動力學。
以量子色動力學和電弱統一理論為核心，人們已經完成了一整套關于粒子的理論，稱為粒子物理標準模型。
2.夸克模型的意義
3.粒子物理標準模型
標準模型和大量實驗吻合得很好，取得了很大的成功。在標準模型中，夸克、輕子、規范玻色子和希格斯玻色子是組成物質的幾類最基本的粒子。
華人科學家在粒子物理學領域的杰出貢獻
趙忠堯(1902-1998)
第一個發現正電子的人，比安德遜早兩年。
王淦昌(1907-1998)
探測中微子的理論，發現超子的反粒子，研究宇宙線中介子衰變
楊振寧（1922-）
提出基本粒子第一個復合模型，宇稱不守恒理論，1955年獲諾貝爾獎
李政道（1926-）
主要從事粒子物理和場論領域的研究，宇稱不守恒理論，1955年獲諾貝爾獎
吳健雄(1912-1997）
實驗證明了在弱相互作用中的宇稱不守恒
丁肇中(1936-)
發現J粒子，領導阿爾法磁譜儀項目，1976年獲諾貝爾獎
1．以下說法正確的是（　　）
A．最早發現的輕子是電子，最早發現的強子是中子
B．質子、中子、介子和超子都屬于強子
C．現代實驗發現強子、輕子都有內部結構
D．τ子質量比核子質量大，τ子不屬于輕子
B
2．關于粒子，下列說法正確的是（ ）
A．電子、質子和中子是組成物質的不可再分的基本粒子
B．強子都是帶電粒子
C．夸克模型是探究三大類粒子結構的理論
D．夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位
D
3．根據宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風采的時期，那么在大爆炸之后最早產生的粒子是（ ）
A．夸克、輕子、膠子等粒子
B．質子和中子等強子
C．光子、中微子和電子等輕子
D．氫核、氘核、氦核等輕核
A
4.目前普遍認為,質子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的。u夸克所帶的電荷量為23e,d夸克所帶的電荷量為-13e,e為元電荷,下列論斷中可能正確的是(　　)
A.質子由1個u夸克和2個d夸克組成,中子由1個u夸克和2個d夸克組成
B.質子由2個u夸克和1個d夸克組成,中子由1個u夸克和2個d夸克組成
C.質子由1個u夸克和2個d夸克組成,中子由2個u夸克和1個d夸克組成
D.質子由2個u夸克和1個d夸克組成,中子由2個u夸克和1個d夸克組成
?
B
希格斯玻色子：希格斯場的量子激發
“基本”
粒子
發現新粒子：現在已經發現的粒子達到400多種
強子：參與強相互作用的粒子
粒子的分類
規范玻色子：傳遞各種相互作用的粒子
輕子：不參與強相互作用的粒子
拓展：夸克與粒子物理標準模型

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