粒子物理簡介

1、一. 粒子的分類分類自旋泡利不相容原理統(tǒng)計規(guī)律費米子 (電子 質子 中子 各種重子)半整數1/2，3/2，服從費米狄拉克統(tǒng)計分布玻色子 ( 光子 介子K介子、介子 ) 整數0 或 1 等不服從玻色 愛因斯坦統(tǒng)計分布1. 按自旋分類18.1 粒子和粒子的分類 四種相互作用 2. 共振態(tài)粒子 壽命極短（約10-23s）萬有引力電磁力弱相互作用強相互作用引力子光子輕子強子4. 按相互作用分類正、反粒子物理量的絕對值都相同，但某些物理量 ( 如電荷、磁矩等 ) 的符號相反。( 參與) 引力子 自旋應為2、靜止質量和電荷為零，以光速運動。 光子 自旋為1，是玻色子3. 正粒子、反粒子分類正反粒子自旋電荷

2、量e重子數B輕子數壽命10-6s輕 子電子子子1/2-1 +1-1 +1-1 +10000-1 +1穩(wěn)定2.22.3中微子穩(wěn)定 輕子（共12種）中微子系中性粒子，質量為零，只參與弱相互作用。說明中微子的自旋方向（按右螺旋法則）與運動方向相反；反中微子的自旋方向與運動方向一致。 分類粒子名稱自旋介子、 、 K介子等整數玻色子重子核子質子、中子及其反粒子1/2(超子 3/2)費密子超子超子及反粒子 強子分類vvK 介子和各種超子稱為奇異粒子。試驗中發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象類別相對強度力程(m)作用時間(s)參與離子強作用1 10-1510-23強子電磁作用10-2長程10-20 10-16強子 輕子 光子弱作

3、用10-13 10-17 10-8強子 輕子引力作用10-39長程一切物質二. 四種基本相互作用 協(xié)同產生: 一個超子總是和一個或幾個K介子同時產生。奇異粒子協(xié)同產生的過程極快(約為10-23s), 表明是在強 相互作用下進行的；而衰變過程很慢(壽命約為10-8 10-10s)， 表明是在弱相互作用下進行的。1. 四種基本相互作用的性質2. 相互作用是通過交換一定粒子實現(xiàn)的作用類型引力作用電磁作用弱作用強作用交換粒子引力子光子膠子(W+ 、WZ0 粒子)玻色子 引力子尚未被實驗證實 弱電統(tǒng)一理論電磁相互作用和弱相互作用被看作是一種相互作用。在相互作用過程中，如果交換的是W + 、 W 和 Z0

4、 粒子，就是弱相互作用過程；如果交換的是光子，就是電磁相互作用過程。大統(tǒng)一理論試圖將強、電、弱三種相互作用統(tǒng)一起來。1983年，魯比亞實驗組在高能質子反質子對撞試驗中發(fā)現(xiàn)了W +、W -和 Z0 粒子。為60年代提出的弱電統(tǒng)一理論提供了實驗上的支持。歐洲核子中心高能質子同步加速器上的UAI 探測器 守恒量相互作用能量動量角動量電荷輕子數e輕子數重子數同位旋同位旋分量奇異數宇稱強相互作用+弱相互作用+-電磁相互作用+-+一. 基本相互作用和守恒定律18.2 守恒定律注： “-” 表示不守恒； “+” 表示守恒左手右手二. 宇稱守恒定律鏡物 像 物和其鏡面反演象不同，所以不具有鏡面反演對稱性 。鏡

5、面反演任意物理過程 A 過程 BA、B 過程 遵守的規(guī)律相同都可以實現(xiàn)宇稱守恒定律粒子都有特定的宇稱， 稱為 “內稟宇稱”，簡稱 宇稱P P = 1（偶宇稱） P = -1（奇宇稱） 實驗表明，在光的發(fā)射、吸收過程中，以及在原子核反應和衰變等過程中，系統(tǒng)整體的宇稱奇偶性保持變 宇稱守恒定律李政道 楊振寧 在強相互作用和電磁相互作用下宇稱守恒定律的正確性是有充分實驗根據的，但在弱相互作用下宇稱是否守恒當時并沒有充分的實驗證據。針對、之迷提出弱相互作用過程中宇稱不守恒。 8個重子 (自旋1/2 宇稱 “+”)18.3 粒子分類的八重法 6個重子形成正6邊形的6個頂點，另2個在中心。1961年提出八

6、重法，對強子分類排列。將具有相同自旋 s 、相同宇稱 P 的強子結成一“族”，每族按電荷、奇異數或超荷排列成八重態(tài)圖、十重態(tài)圖等粒子物理中的周期表水平軸奇異數 斜軸 電荷數在粒子多重態(tài)圖（自旋為3/2、宇稱為“+”）中，有一空位，對應于后來發(fā)現(xiàn)的- 超子 。水平軸奇異數 斜軸 電荷數9個介子 (自旋0 宇稱 “-”)6個形成正6邊形，另3個處于中心。元素周期表表明原子是有內部結構的、原子是由更基本的粒子組成的。強子成功的分成族，表明強子是有內部結構的，強子是由更基本的粒子組成的。 說明下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s強子結構夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克組成） 重子（三個

7、夸克組成）輕子是“基本粒子”沒有任何實驗結果顯示輕子有內部結構粲夸克 c 底夸克 b 頂夸克 t 18.4 強子結構的夸克模型 夸克質量電荷e自旋重子數同位旋同位旋分量奇異數超荷粲數底數頂數d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t頂夸克1742/30+1/300+1例如 質子 奇異粒子 + 介子夸克質量電荷e自旋重子數同位旋同位旋分量奇異數超荷粲數底數頂數d下夸克0.008-1/31/21/31/

8、2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t頂夸克1742/30+1/300+11. 質子 (uud)電荷重子數奇異數自旋同位旋2. 奇異粒子 （uus）電荷重子數夸克質量電荷e自旋重子數同位旋同位旋分量奇異數超荷粲數底數頂數d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3000c粲夸克1.52/30+1/3+100b底夸克4.7-1/30+1/30+10t頂夸克1742/30+1/300+1奇異數自旋夸克質量電荷e自旋重子數同位旋同位旋分量奇異數超荷粲數底數頂數d下夸克0.008-1/31/21/31/2-1/20+1/3000u上夸克0.0042/31/20+1/3000s奇夸克0.15-1/300-1-2/3