原子物理學(xué)第十一章

原子物理學(xué)第十一章1第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.1基本粒子和粒子的相互作用

第十一章基本粒子2第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.1基本粒子和粒子的相互作用研究基本粒子的目標(biāo)是研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。這樣，從原子到原子核和電子，再進(jìn)入原子核到了核子，并先后又發(fā)現(xiàn)很多粒子，現(xiàn)在對(duì)這些粒子的研究又進(jìn)入了它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這是人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)的不斷深化，現(xiàn)在仍在前進(jìn)。

第十一章基本粒子3第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.1基本粒子和粒子的相互作用表11.1開列了那些比較穩(wěn)定的“基本粒子”。表中把粒子按它們的主要相互作用分類列出。物質(zhì)有四種相互作用：萬有引力作用，弱相互作用，電磁相互作用和強(qiáng)相互作用。這四種相互作用的相對(duì)強(qiáng)度和作用程差別很大，大致比較如下：

第十一章基本粒子4第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.1基本粒子和粒子的相互作用

第十一章基本粒子5第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.1基本粒子和粒子的相互作用按那些粒子的主要相互作用，可以分為三類：第一類是光子，一切帶電粒子或具有磁矩的粒子之間的電磁相互作用就是以光子為媒介的。第二類是輕子，它們之間的主要作用是弱相互作用。第三類粒子是強(qiáng)子，它們之間的主要作用是強(qiáng)相互作用。強(qiáng)子分為重子和介子兩類。重子是費(fèi)米子,介子是玻色子。輕子都是費(fèi)米子，光子是玻色子。

第十一章基本粒子6第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.1基本粒子和粒子的相互作用

第十一章基本粒子7第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.1基本粒子和粒子的相互作用

第十一章基本粒子8第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.2粒子的觀測(cè)和11.3守恒定律和對(duì)稱原理基本粒子的一些量子數(shù)和對(duì)稱關(guān)系如表達(dá)式11.2所示。

第十一章基本粒子9第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.2粒子的觀測(cè)和11.3守恒定律和對(duì)稱原理三種相互作用的守恒定律如表11.3所示。

第十一章基本粒子10第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.2粒子的觀測(cè)和11.3守恒定律和對(duì)稱原理這些相互作用的守恒定律和有關(guān)量子數(shù)的數(shù)值是從觀察到的事實(shí)總結(jié)出來的，并不是先有完整的理論。但這樣的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)也就是進(jìn)入理論的門徑。邊總結(jié)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，邊發(fā)展理論。從這些規(guī)律出發(fā)，現(xiàn)在的研究已進(jìn)入基本粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題。有關(guān)理論仍在發(fā)展中。

第十一章基本粒子11第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.4共振態(tài)基本粒子互相碰撞時(shí)，可以產(chǎn)生一種狀態(tài)，即二、三個(gè)粒子短時(shí)結(jié)合在一起。成為一個(gè)粒子，這稱為共振態(tài)或激發(fā)態(tài)，不久就衰變了。這樣的短期結(jié)合，如果也看作基本粒子，那么現(xiàn)在知道的基本粒子數(shù)目，包括以前已談到的比較穩(wěn)定的粒子，已有二百多種了。出現(xiàn)了這么多種粒子，很難說都是“基本”的了。第十一章基本粒子12第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.4共振態(tài)

共振態(tài)分為兩類：一類稱為重子共振態(tài)，它的衰變產(chǎn)物有重子在內(nèi)。另一類是介子共振態(tài)，它衰變成為兩個(gè)或兩個(gè)以上介子。

1、重子共振態(tài)（P389-）

2、介子共振態(tài)（P391-）第十一章基本粒子13第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.5強(qiáng)子分類和層子模型粒子種類包括共振態(tài)已經(jīng)達(dá)到200以上，用各種量子數(shù)標(biāo)記它們的特性到了很復(fù)雜的程度，但是可以看出存在著一定的系統(tǒng)性和規(guī)律性。近年理論的研究認(rèn)為多樣的強(qiáng)子是由更深一層的層子構(gòu)成的。我國(guó)在這方面的理論工作者作了不少貢獻(xiàn)，并提出“層子”這個(gè)名稱（國(guó)際上稱為Quark）。前些年根據(jù)強(qiáng)子的特性的對(duì)稱性，人們提出三個(gè)層子的模型，近年共振態(tài)粒子的連續(xù)發(fā)現(xiàn)，用三個(gè)層子的模型來說明復(fù)雜的強(qiáng)子情況已經(jīng)感到不夠，又采用四層子模型。第十一章基本粒子14第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.5強(qiáng)子分類和層子模型經(jīng)過這樣的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到，所謂“基本粒子”，還有更基本的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這就推動(dòng)了對(duì)這些粒子深一層的研究。值得注意的一個(gè)情況是輕子的數(shù)目在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持四種：電子、μ子、電中微子、μ中微子和它們的反粒子。多年來沒有新的發(fā)現(xiàn)。近年才發(fā)現(xiàn)較重的輕子τ。而強(qiáng)子的數(shù)目不斷增加，且彼此有復(fù)雜關(guān)系，但是，這些關(guān)系是有規(guī)律可循的。表11.4中開列了層子和反層子的量子數(shù)。這樣就可以說明強(qiáng)子的特性和彼此關(guān)系的對(duì)稱性。第十一章基本粒子15第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.5強(qiáng)子分類和層子模型

第十一章基本粒子16第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.5強(qiáng)子分類和層子模型人們推斷，每一個(gè)介子是一個(gè)層子和一個(gè)反層子構(gòu)成的，重子是三個(gè)層子構(gòu)成的。按照這樣的結(jié)構(gòu)方式，可以把數(shù)目眾多的強(qiáng)子清理出一個(gè)頭緒來。

第十一章基本粒子17第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.6關(guān)于電磁相互作用1、光子粒子間的電磁相互作用是通過電磁場(chǎng)發(fā)生的。光子是電磁場(chǎng)的量子，它是粒子間電磁相互作用的媒介。帶電體之間，或電流之間，或帶電體和電流之間都有電磁相互作用。

第十一章基本粒子18第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.6關(guān)于電磁相互作用2、粒子的電磁性帶電粒子大多帶一個(gè)電子的電荷e，正的或負(fù)的。共振態(tài)有帶2e電荷的，沒有超過2e的。從電子和μ子在電子上散射的實(shí)驗(yàn)以及這兩種粒子的磁矩情況，可以得到一個(gè)結(jié)論：這兩種粒子直到厘米的半徑，是沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的。關(guān)于電子之間和μ子之間的電磁相互作用的其他實(shí)驗(yàn)也都證實(shí)了這個(gè)結(jié)論。第十一章基本粒子19第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期五原子物理學(xué)11.6關(guān)于電磁相互作用3、來源于電磁作用的強(qiáng)相互作用用γ射線產(chǎn)生π介子。1GeV以下的γ射線被質(zhì)子吸收會(huì)產(chǎn)生單個(gè)π介子。第十一章基本粒子20第20頁，共21頁，2023年，2月