粒子圖文資料[科學(xué)書(shū)苑]

1、 粒 子簡(jiǎn)介概括粒子：能夠以自由狀態(tài)存在最小物質(zhì)組分。最早發(fā)現(xiàn)的粒子是電子和質(zhì)子，目前已發(fā)現(xiàn)的粒子累計(jì)超過(guò)幾百種。粒子簡(jiǎn)介需要說(shuō)明的是，粒子并不是像中子、質(zhì)子等實(shí)際存在的具體的物質(zhì)， pvc粒子而是它們的統(tǒng)稱(chēng)，是一種模型理念。就好比說(shuō)“動(dòng)物”，有獅子、老虎等，但并沒(méi)有“動(dòng)物”這種生物，所以“動(dòng)物”一詞是一個(gè)統(tǒng)稱(chēng)，“粒子”也一樣包括電子和質(zhì)子等。粒子之間的作用Y光子粒子之間存在著相互作用，有強(qiáng)相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用，其中引力相互作用非常弱，可以忽略。通過(guò)這些相互作用，產(chǎn)生新粒子或發(fā)生粒子衰變等粒子轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。按照參與相互作用的性質(zhì)將粒子分成以下幾類(lèi)：規(guī)范粒子。即傳遞相互作

2、用的媒介粒子，已發(fā)現(xiàn)的有傳遞電磁作用的光子和傳遞弱作用的W、Z粒子。輕子。不直接參與強(qiáng)作用可直接參與電磁作用和弱作用的粒子，已發(fā)現(xiàn)的有電子、子、子和相伴的電子中微子ve、子中微子、子中微子及它們的反粒子共12種。強(qiáng)子。直接參與強(qiáng)作用，也參與電磁作用和弱作用的粒子。其中自旋為整數(shù)的強(qiáng)子稱(chēng)為介子，自旋為半整數(shù)的強(qiáng)子稱(chēng)為重子。強(qiáng)子的數(shù)目眾多，其中大部分是通過(guò)強(qiáng)作用衰變的粒子，其壽命極短，是不穩(wěn)定的粒子，也稱(chēng)為共振態(tài)。 當(dāng)前了解的物質(zhì)的所有粒子結(jié)構(gòu)W+, W-, Z0弱玻色子圖粒子的性質(zhì)各種粒子分別有各自的內(nèi)稟性質(zhì)，有粒子的質(zhì)量m（靜質(zhì)量，以能量表示）、壽命（平均壽命，指靜止系的平均壽命）、電荷Q（以

3、質(zhì)子的電荷為單位）、自旋J（以為單位）、宇稱(chēng)P、同位旋I、同位旋第3分量I3、重子數(shù)B、輕子數(shù)Le、Lr、奇異數(shù)S、粲數(shù)C 、底數(shù)d等等。下面給出部分穩(wěn)定粒子及其性質(zhì)一覽表在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的精度下，輕子的行為類(lèi)似點(diǎn)粒子，沒(méi)有顯示出具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而強(qiáng)子顯示是復(fù)合粒子，具有一定的結(jié)構(gòu)。按照現(xiàn)代粒子物理的觀點(diǎn)，介子由一對(duì)正反夸克構(gòu)成，重子由3個(gè)夸克構(gòu)成，輕子和夸克屬于同一層次?；玖Ｗ覧lementary particles基本粒子簡(jiǎn)介構(gòu)成一切物質(zhì)實(shí)體的基本成分；也指量子理論中有基本力的粒子。 質(zhì)子圖中子圖嚴(yán)格地說(shuō)，基本粒子是不能再分解為任何組成部分的粒子。在這一定義下，只有夸克和輕子兩族基本粒子。但是，

4、雖然質(zhì)子和中子由夸克組成，這兩類(lèi)重子都不可能分解為它們的夸克成分，因?yàn)楠?dú)立的夸克是不能存在的。所以，盡管質(zhì)子和中子以及其他重子由夸克組成，它們常被看成是基本粒子。電子的發(fā)現(xiàn)直到19世紀(jì)末，原子一直被認(rèn)為是物質(zhì)的基本建筑砌塊。后來(lái)，英國(guó)粒子物理學(xué)先驅(qū)、劍橋卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的約瑟夫約翰湯姆遜(Joseph John Thomson，18561944)，發(fā)現(xiàn)原子產(chǎn)生的一種輻射能夠用原子自身分裂出來(lái)的帶電微粒流來(lái)解釋?zhuān)F(xiàn)在知道這種帶電微粒就是電子。原子核的研究原子核組成之基本粒子圖既然電子帶負(fù)電荷，而原子呈電中性，很明顯，原子內(nèi)部必然有另外的帶原子核結(jié)構(gòu)正電荷的粒子，以抵消電子的負(fù)電荷。20世紀(jì)初葉，工

5、作于曼徹斯特的新西蘭裔物理學(xué)家歐內(nèi)斯特盧瑟福(Ernest Rutherford，18711937) (后來(lái)繼湯姆孫任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室主任)證明，這一正電荷與原子的大部分質(zhì)量一起，都集中在很小的中心核內(nèi)。起初人們認(rèn)為，原子核是電子與荷正電的質(zhì)子的混合物。到了1932年，也在卡文迪什實(shí)驗(yàn)室工作的詹姆斯查特威克(James Chadwick，18911937)才發(fā)現(xiàn)了不帶電的質(zhì)量幾乎與質(zhì)子一樣的中子。于是原子核被解釋成由強(qiáng)核相互作用，或強(qiáng)力，維持在一起的質(zhì)子和中子的集合。那時(shí)，這三種粒子電子、質(zhì)子和中子似乎是構(gòu)成一切物質(zhì)的僅有基本粒子，但宇宙射線研究和粒子加速器中高能粒子束互相轟擊的實(shí)驗(yàn)卻表明，還存

6、在其他類(lèi)型亞原子粒子；不過(guò)這些新粒子是不穩(wěn)定的，它們將迅速衰變成其他粒子簇射，以我們熟悉的電子、質(zhì)子和中子告終。重要的是應(yīng)該懂得，這些新粒子根本不是存在于粒子加速器中互相轟擊的粒子(如質(zhì)子)的內(nèi)部；它們是從注入加速器的能量中，按照阿爾伯特愛(ài)因斯坦的公式 (或者，在所討論的情況下，更恰當(dāng)?shù)氖?創(chuàng)造出來(lái)的。然而，在它們的短暫壽命期間，它們是具備質(zhì)量和電荷等特征的真正粒子。這樣的粒子，應(yīng)該曾經(jīng)在大爆炸的高能條件下大量出現(xiàn)。介子的研究物理學(xué)家不知道如何將這些粒子納入一個(gè)圓滿的物理理論，他們?cè)噲D解釋這些粒子之間基本力的作用方式。他們這樣做時(shí)，仿效光子攜有帶電粒子之間的電磁力，想借助另一類(lèi)攜帶著力的粒子介

7、子。但介子又是用什么東西制造的呢？夸克理論三色夸克結(jié)構(gòu)模型圖有一段時(shí)期，局面極其混亂。但1960和1970年代發(fā)展的夸克理論使局面趨于明朗?？淇死碚撜J(rèn)為，所有已知粒子可以分成兩族。一族由夸克組成，能夠感知只在夸克之間起作用的強(qiáng)力，叫做強(qiáng)子。另一族叫做輕子，它們不能感知強(qiáng)力，但參與以所謂的弱力做媒介的相互作用(或稱(chēng)弱相互作用)，比如，放射衰變(包括衰變)過(guò)程就是弱相互作用引起的。強(qiáng)子既能參與強(qiáng)相互作用，也能感知弱力。輕子輕子-結(jié)構(gòu)模型圖是名副其實(shí)的基本粒子，它們不由任何別的東西構(gòu)成。典范的輕子就是電子，電子與另一種叫做中微子(嚴(yán)格說(shuō)應(yīng)是電子中微子)的輕子相伴生。當(dāng)電子參與放射衰變這類(lèi)過(guò)程時(shí)，總有

8、中微子卷入。由于一些無(wú)人知曉的原因，這一基本圖像已經(jīng)復(fù)制了兩次，產(chǎn)生了三代輕子。除電子本身外，還有比較重的叫做介子，它們除了比電子重207倍外，完全像是電子；還有一種甚至更重的粒子叫做粒子，它的質(zhì)量接近質(zhì)子的兩倍。這兩種重電子各有其自己的中微子，所以輕子族有六種(三對(duì))粒子。雖然介子和粒子都能在粒子加速器中用能量制造或從宇宙線產(chǎn)生，但它們很快衰變，轉(zhuǎn)化成電子或中微子。強(qiáng)子族各種費(fèi)米子圖強(qiáng)子族本身又再分為兩類(lèi)。由三個(gè)夸克構(gòu)成的粒子叫做重子，就是我們常說(shuō)的物質(zhì)粒子，包括質(zhì)子和中子(重子和輕子都是費(fèi)米子族的成員，費(fèi)米子實(shí)際上是普通物質(zhì)粒子的別稱(chēng))。由成對(duì)的夸克構(gòu)成的粒子叫做介子，它們是攜帶基本力的粒

9、子，盡管還有其他的介子(這些力的載體和其他介子又稱(chēng)為玻色子)。只需要兩種夸克(它們的名字很怪，叫做上夸克和下夸克)就能解釋質(zhì)子和中子的結(jié)構(gòu)。一個(gè)質(zhì)子由通過(guò)強(qiáng)力維持在一起的兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克構(gòu)成，而一個(gè)中子由通過(guò)強(qiáng)力維持在一起的兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克構(gòu)成。力本身可視為膠子的交換，而膠子本身又由夸克對(duì)組成，因而是介子。 膠子之內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型圖正如輕子族復(fù)制了三代，夸克族也如此。雖然只需要兩種夸克來(lái)解釋質(zhì)子和中子的本質(zhì)，但復(fù)制的兩代夸克卻一代比一代重，其中一代叫做奇夸克和粲夸克，最重的一代叫做底夸克和頂夸克。和重輕子一樣，這些粒子能夠在高能實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生(因而大爆炸時(shí)必定大量存在過(guò))，但迅速衰變成它們

10、的較輕對(duì)應(yīng)物。雖然不可能分離出單個(gè)夸克，但粒子加速器實(shí)驗(yàn)已經(jīng)提供了夸克族所有這六個(gè)成員存在的直接證據(jù)；最后一種(頂)夸克是芝加哥費(fèi)密實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家于2007年找到的。對(duì)夸克的質(zhì)量和其他性質(zhì)的研究表明，不可能有更多代的夸克，只能有三族夸克和三族輕子。幸而標(biāo)準(zhǔn)大爆炸模型也認(rèn)為不可能存在多于三代的粒子；不然的話，極早期宇宙中額外中微子造成的壓力應(yīng)該驅(qū)動(dòng)宇宙過(guò)快地膨脹，從 三族夸克與三族輕子之模型圖而使留存下來(lái)的氦含量與極年老恒星的觀測(cè)結(jié)果不符(見(jiàn)理論、核合成)。這是最美妙的證據(jù)之一，表明粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)兩者的標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)宇宙行為的描述，都同基本真理相去不遠(yuǎn)。但是，除了大爆炸的最早片刻之外，第二和第三

11、代粒子在宇宙的演化或其內(nèi)容物的行為中基本不起作用。我們?cè)谟钪嬷锌吹降拿繕訓(xùn)|西都能用兩種夸克(上和下)和兩種輕子(電子和電子中微子)加以說(shuō)明；確實(shí)，由于單個(gè)的夸克不能獨(dú)立存在，我們看到的每樣?xùn)|西的行為，仍然能夠用1932年就已經(jīng)知道的電子、中子和質(zhì)子再加上電子中微子，以及四種基本力，相當(dāng)準(zhǔn)確地予以近似說(shuō)明。最新進(jìn)展電子可分裂電子內(nèi)圈為-磁自旋子.外圈為-電空穴子新華社倫敦09年8月2日電（記者黃堃）英國(guó)研究人員最近通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子可分裂為自旋子和空穴子的理論假設(shè)，這一進(jìn)展將有助于研制下一代量子計(jì)算機(jī)。英國(guó)劍橋大學(xué)日前發(fā)布新聞公報(bào)說(shuō)，該校研究人員和伯明翰大學(xué)的同行合作完成了這項(xiàng)研究。公報(bào)稱(chēng)，電子

12、通常被認(rèn)為不可分。但1981年有物理學(xué)家提出，在某些特殊條件下電子可分裂為帶磁的自旋子和帶電的空穴子。劍橋大學(xué)研究人員將極細(xì)的“量子金屬絲”置于一塊金屬平板上方，控制其間距離為約30個(gè)原子寬度，并將它們置于約零下273攝氏度的超低溫環(huán)境下，然后改變外加磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)金屬板上的電子在通過(guò)量子隧穿效應(yīng)跳躍到金屬絲上時(shí)分裂成了自旋子和空穴子。研究人員說(shuō)，人們對(duì)電子性質(zhì)的研究曾掀起了半導(dǎo)體革命，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，現(xiàn)在又出現(xiàn)了實(shí)際研究自旋子和空穴子性質(zhì)的機(jī)會(huì)，這可能會(huì)促進(jìn)下一代量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，帶來(lái)新一輪的計(jì)算機(jī)革命。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)新粒子費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室2009年03月27日搜狐科學(xué)消息1：據(jù)美國(guó)國(guó)

13、家地理雜志報(bào)道，科學(xué)家這周宣布，他們?cè)诿绹?guó)伊利諾斯州的費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)了一種奇異的新粒子，完全無(wú)法用現(xiàn)有理論對(duì)它進(jìn)行解釋?zhuān)鼘⒖赡艽蚱片F(xiàn)有物質(zhì)構(gòu)成的所有已知規(guī)則。這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的粒子稱(chēng)為Y(4140)，它不符合二種物質(zhì)構(gòu)成的已知模式，甚至科學(xué)家還沒(méi)有確定Y(4140)是由什么組成的?？茖W(xué)家一直認(rèn)為夸克能以各種行之有效的方式結(jié)合在一起形成其他較大的亞原子粒子，一種模式是由夸克-反夸克對(duì)形成的介子，另一種模式是由3個(gè)夸克組成的重子，如質(zhì)子和中子?！暗覀儼l(fā)現(xiàn)的這種新粒子不屬于這些夸克組合，這令人驚奇，”美國(guó)佛州大學(xué)的雅各布科尼格斯伯格說(shuō)，“據(jù)我們所知，如果你試圖將夸克-反夸克對(duì)組合在一起，你

14、不可能建造出這種粒子?！绷Ｗ游锢韺W(xué)家表示，此次發(fā)現(xiàn)的Y(4140)粒子是這些實(shí)驗(yàn)室觀察到的具有類(lèi)似非常規(guī)屬性的粒子家族成員之一，是由二束粒子以近光速的速度彼此劇烈碰撞產(chǎn)生的，這樣發(fā)現(xiàn)新粒子Y(4140)的機(jī)率大約為百億億分之二十。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，Y(4140)粒子在衰變過(guò)程中常常產(chǎn)生包含有一個(gè)底夸克(稱(chēng)為B+介子)的粒子。對(duì)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的數(shù)萬(wàn)億次質(zhì)子和反質(zhì)子碰撞進(jìn)行篩選后，科學(xué)家們確定了一個(gè)以非常規(guī)方式衰變的B+介子的小樣本。進(jìn)一步分析表明，這些B+介子可衰變成Y(4140)。此外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)Y(4140)粒子可衰變成一對(duì)其他粒子J/psi和phi粒子，物理學(xué)家認(rèn)為它可能是一個(gè)粲數(shù)和反

15、粲數(shù)夸克組合。但是，對(duì)于這樣的一個(gè)構(gòu)成來(lái)說(shuō)，其衰變特性有違常規(guī)。日本高能實(shí)驗(yàn)室發(fā)言人、物理學(xué)家山內(nèi)正則說(shuō)，這是首次證實(shí)一個(gè)新的意想不到的Y態(tài)新粒子可衰變?yōu)镴/psi和phi粒子。這個(gè)Y態(tài)可能和之前他們發(fā)現(xiàn)的Y(3940)有關(guān)，也可能是含有粲數(shù)夸克的外來(lái)強(qiáng)子的又一個(gè)例證。這些外來(lái)的夸克組合不屬于目前已知的介子和重子，理論物理學(xué)家正在對(duì)它們的真實(shí)性質(zhì)進(jìn)行破解，實(shí)驗(yàn)人員也在繼續(xù)努力尋找更多這樣的粒子。這一新粒子的發(fā)現(xiàn)向那些深諳夸克如何結(jié)合形成物質(zhì)的粒子物理學(xué)家發(fā)出了挑戰(zhàn)。加上不久前美國(guó)剛剛宣布發(fā)現(xiàn)了罕見(jiàn)的單頂夸克和其它幾項(xiàng)最近發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)家實(shí)際上離尋獲希格斯玻色子（所謂的上帝粒子）已越來(lái)越近了，但他

16、們現(xiàn)在不得不重新思考物質(zhì)是如何構(gòu)成的。此研究成果發(fā)表在最新一期出版的物理評(píng)論快報(bào)上。自11維大霹靂奇異點(diǎn)衰變到3維的原子及反原子結(jié)構(gòu)模型表空間超弦，粒子11維時(shí)空超重力場(chǎng)大霹靂奇異點(diǎn)TOEE8E8混成型雜弦10維時(shí)空起源10秒GUTE型雜弦GUTO型雜弦10維空間大統(tǒng)一場(chǎng)五種超弦型弦重力子。衰變?nèi)缦拢篍型雜弦Y玻色子。衰變?nèi)缦拢篈型左旋閉弦（反）陰磁單極子。衰變?nèi)缦拢築型右旋閉弦（正）陽(yáng)磁單極子。衰變?nèi)缦拢篛型雜弦X玻色子。衰變?nèi)缦拢盒拖抑亓ψ?。衰變?nèi)缦拢?維空間希格斯場(chǎng)第5,4,3期重力子-傳遞各維空間重力第5,4,3期中性希格斯玻色子第5,4,3期Z弱玻色子（同右）第5,4,3期引力型-及

17、磁力型-中性膠子第5,4,3期Z弱玻色子衰變成-10,9,8,7,6,5代（正負(fù)）t,t,m陽(yáng)陰電子加nt,nt,nm正反微中子及磁力型中性膠子第5,4,3期W弱玻色子衰變成-第10,9,8,7,6,5代（負(fù)陰）電子加反微中子及陰電膠子。第5,4,3期陰電希格斯玻色子衰變成10,9,8,7,6,5代反上夸克及下夸克（下夸克由3/4陰磁單極子加1/4陽(yáng)磁單極子組成）第5,4,3期中性希格斯玻色子(1/2陰磁單極子加1/2陽(yáng)磁單極子組成)10,9,8,7,6,5代反微中子磁力型-中性膠子（加陽(yáng)磁單極子）.第5,4,3期陽(yáng)電希格斯玻色子衰變成10,9,8,7,6,5代上夸克及反下夸克（反下夸克由3/

18、4陽(yáng)磁單極子加1/4陰磁單極子組成）第5,4,3期中性希格斯玻色子(1/2陽(yáng)磁單極子加1/2陰磁單極子組成)10,9,8,7,6,5代微中子磁力型-中性膠子（加陰磁單極子）.第5,4,3期Z弱玻色子衰變成-10,9,8,7,6,5代（負(fù)正）t,t,m陰陽(yáng)電子加nt,nt,nm反正微中子及磁力型中性膠子第5,4,3期W弱玻色子，衰變成-第10,9,8,7,6,5代（正）陽(yáng)電子加微中子及陽(yáng)電膠子。第5,4,3期重力子-傳遞各維空間重力第5,4,3期中性希格斯玻色子第5,4,3期Z弱玻色子（同左）第5,4,3期引力型-及磁力型-中性膠子8維空間至4維空間第2,1期重力子-傳遞各維空間重力第2,1期中

19、性希格斯玻色子。第2,1期Z弱玻色子（同右）.第2,1期引力型-及磁力型-中性膠子第2,1期Z弱玻色子衰變成-第4,3,2代（正負(fù)）t,t,m陽(yáng)陰電子加nt,nt,nm正反微中子及磁力型中性膠子第2,1期W弱玻色子衰變成-第4,3,2代（負(fù)）t,t,m陰電子加nt,nt,nm反微中子及陰電膠子g光子（加t,t,m正電子）第2,1期陰電希格斯玻色子衰變成第4,3,2代t,t,c反上夸克及b,b,s下夸克，再由第4,3,2代夸克組成反超子及反介子nt,nt,nm反微中子。第2,1期中性希格斯玻色子（組成同第5,4,3期）磁力型-中性膠子（加陽(yáng)磁單極子）.第2,1期陽(yáng)電希格斯玻色子衰變成第4,3,2代t,t,c上夸克及b,b,s反下夸克，再由第4,3,2代夸克組成之超子及介子。nt,nt,nm微中子。第2,1期中性希格斯玻色子（組成同第5,4,3期）磁力型-中性膠子（加陰磁單極子）.第2,1期Z弱玻色子衰變成-第4,3,2代（負(fù)正）t,t,m陰陽(yáng)電子加nt,nt,nm反正微中子及磁力型中性膠子第2,1期W弱玻色子，衰變成-第4,3,2代（正）t,t,m陽(yáng)電子加nt,nt,nm微中子及陽(yáng)電膠子。g光子（加t-,t-,m-電子）第2,1期重力子-傳遞各維空間重力第2,1期中性希格斯玻色子。第2