19.8粒子与宇宙.pptx

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1、粒子和宇宙第十九章 原子核第八节合肥市第七中学 田成亮一、探索微观世界的历程一、探索微观世界的历程 正像绿墙是由树干正像绿墙是由树干和枝叶组成似的，和枝叶组成似的，大自大自然的物体都是由看不见然的物体都是由看不见的微小粒子（原子）构的微小粒子（原子）构成的，原子不能消失，成的，原子不能消失，但也不会无中生有但也不会无中生有.德谟克利特德谟克利特德谟克利德谟克利特特（公元前公元前460460公元前公元前370370）一、探索微观世界的历程一、探索微观世界的历程道尔顿（原子）道尔顿（原子）汤姆逊（电子）汤姆逊（电子）卢卢瑟瑟福福（质质子子）查查德德威威克克（中中子子）盖耳曼（夸克）盖耳曼（夸克）1

2、932年安德森发现正电子 1937年发现子 1947年 发现K介子 介子 对真理的追求永无止境宇宙射线的研究使人们又陆续发现了一些新的粒子。二、新粒子的发现二、新粒子的发现19321932年年发发明明的的加加速速器器，能能使使带带电电粒粒子子加加速速到到很很高高的的能能量量。人人们们用用它它进进行行了了许许多多核核物物理理实实验验而而不不再再依依赖赖天天然然的的宇宇宙宙射射线线，于于是是发发现现了了更更多多的的粒粒子子。现现在在已已经发现的粒子达经发现的粒子达400400多种。多种。二、新粒子的发现二、新粒子的发现 经过半个多经过半个多世纪的发展，欧世纪的发展，欧洲核子中心洲核子中心（CERN

3、CERN）建造）建造了迄今最为庞大了迄今最为庞大的双圈强子对撞的双圈强子对撞机机LHCLHC二、新粒子的发现二、新粒子的发现二、新粒子的发现二、新粒子的发现 LHCLHC包含了一个包含了一个圆周为圆周为2727公里的圆形公里的圆形隧道，因当地地形的隧道，因当地地形的缘故位于地下缘故位于地下5050至至150150米之间。隧道本身直米之间。隧道本身直径三米，位于同一平径三米，位于同一平面上，并贯穿瑞士与面上，并贯穿瑞士与法国边境，主要的部法国边境，主要的部分大半位于法国。分大半位于法国。所谓“上帝粒子”建造LHC一个最为重要的目的是为了验证英国物理学家彼得 希格斯关于一种规范玻色子的理论，由于在

4、此机制下，这种粒子将赋予万物质量，所以人们称其为“上帝粒子”。二、新粒子的发现二、新粒子的发现反粒子反粒子质量质量、寿命寿命等物理性质相同而等物理性质相同而电荷或自旋电荷或自旋等其他性等其他性质质相反相反的粒子。的粒子。电子电子正电子正电子质子质子反质子反质子二、新粒子的发现二、新粒子的发现三、粒子的分类三、粒子的分类是参与强相互作用的粒子。是参与强相互作用的粒子。质子质子是最早发现的是最早发现的强子。强子又分为强子。强子又分为介子和重子介子和重子是传递各种相是传递各种相互作用的粒子互作用的粒子强子轻子媒介子是不参与强相互作用的粒子。是不参与强相互作用的粒子。电子电子是最早发现的是最早发现的轻

5、子。现在还没发现轻子的内部结构轻子。现在还没发现轻子的内部结构光子光子中间玻色子中间玻色子胶子胶子电磁相互作用电磁相互作用弱相互作用弱相互作用强相互作用强相互作用三、粒子的分类三、粒子的分类强子强子介子介子 、K K介子等介子等重子重子核子核子质子、中子及其反粒子质子、中子及其反粒子超子超子、超子及其反粒子超子及其反粒子轻子轻子电子、电子、子和子和 子及其中微子和反粒子子及其中微子和反粒子媒介子媒介子光子、中间玻色子、胶子、光子、中间玻色子、胶子、引力子引力子强子、轻子和媒介子强子、轻子和媒介子四、夸克模型四、夸克模型强子结构的夸克模型强子结构的夸克模型 1964 1964年物理学家年物理学家

6、盖尔曼盖尔曼提出夸克模型，提出夸克模型，认为认为强子强子由更基本的由更基本的成分组成，这种成分成分组成，这种成分叫做夸克叫做夸克(quark)(quark)。夸。夸克模型经过几十年的克模型经过几十年的发展，已被多数物理发展，已被多数物理学家接受。学家接受。1.1.六种夸克六种夸克：上夸克：上夸克u u、下夸克、下夸克d d、奇异夸克、奇异夸克s s、粲夸克、粲夸克c c、底夸克底夸克b b、顶夸克、顶夸克t t；2.2.夸克带电荷为元电荷的夸克带电荷为元电荷的2/32/3或或-1/3-1/3倍。倍。每种夸克都有对每种夸克都有对应的应的反夸克；反夸克；3.3.夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小

7、单位，即存在夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷；分数电荷；4.4.目前为止，人们已经从实验中发现了所有目前为止，人们已经从实验中发现了所有6 6种夸克及其种夸克及其反夸克存在的证据。但至今还未捕捉到自由的夸克。反夸克存在的证据。但至今还未捕捉到自由的夸克。四、夸克模型四、夸克模型五、宇宙的演化五、宇宙的演化 1929 1929，埃德温，埃德温哈勃提出宇宙膨胀理论，即不管哈勃提出宇宙膨胀理论，即不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，这意味着，在早先星体相互之间更加靠近

8、。事实上，似乎在大约似乎在大约100100亿至亿至200200亿年之前的某一时刻，它们刚亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。大爆炸理论宇宙从一个宇宙从一个“奇点奇点”爆爆炸产生炸产生时间的零点时间的零点五、宇宙的演化五、宇宙的演化大爆炸夸克轻子胶子轻子时代 氢原子强子时代核合成恒星、星系五、宇宙的演化五、宇宙的演化全天最亮恒星全天最亮恒星天狼星天狼星A A天狼星天狼星B B与地球与地球五、宇宙的演化五、宇宙的演化人马座钻人马座钻石星，这石星，这块钻石直块钻石直径是径是40004000公公里，重达里，重达10103434克拉。克拉。太阳在太阳在7070亿年后，也将变成类似的钻石。亿年后，也将变成类似的钻石。谢谢