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粒子物理基础 世界由什么构成？ 中国古代有元气说，和阴阳五行说 在古希腊有原子说即由一种不能再分的 最小基本单元“原子”构成 亚里士多德却认为物质是连续的。 正如中国《庄子、天下篇》所言“一尺之棰，日取其半，万世不竭” 世界由什么组成？ 为什么世界上不同的物质具有相同的特征？ 因为世界上的物质是由几个基本的砖块组成的 ---简单、没有内部结构！ 从远古时代，人类就开始 这样想。比如认为世界是 由“水、火、土、气”组成。 世界的基本砖块？原子 ？ 今天人们知道“水、火、土、气”并不“基本”，它们是由“原子”组成的。 在1900年前后，人们认为“原子”是可穿透的球，内部有一些电荷在跳动。 “原子”是基本的吗？ 人们很快就发现：可以根据其化学性质把“原子”分类 《元素周期表》 这表明“原子”有内部结构，是由更小的砖块组成的。 19世纪未的三大发现 1895年伦琴（W.C.R?ntgen）发现X射线 1896年贝克勒尔(H.Becquerel)发现放射性 1897年汤姆逊(J.J.Thomson)发现电子 他们三人也因此分别获得了1901年、1903年和1906年的诺贝尔物理学奖。 电子的发现对物理学的影响非常深远 物理学对象从宏观转入到了微观领域 “原子”是由带正电的、重 而小的“原子核”和围绕它 的带负电的“电子云”组成 “原子核”是基本的吗？ “原子核”很小、很重、密度很大，曾被人们认为是基本的粒子。 后来，人们发现“原子核”并不基本，是由带正电的“质子”和不带电的“中子”组成。 世界由什么组成？如何组成？最后答案 粒子的衰变和湮灭 原子核的衰变：一个大原子核变成几个小原子核 基本粒子的衰变：一个基本粒子变成几个较轻的基本粒子 放射性的发现 1800年代的晚期，德国物理学家Wilhelm R?ntgen 发现：当电子束打到金属片上时，会有奇怪的射线发出，他称之为 X-射线 两个月后，法国物理学家Henri Becquerel 发现有些矿石（如铀）会自然的放出射线。不稳定的原子核衰变而放出射线—放射性 射线的种类 ? 射线：氦（helium）核（2p,2n) ? 射线：高速电子 ? 射线： 高能光子 ? 射线可以被纸片挡住 ? 射线可以被铝片挡住 ? 射线只能用铅板来档 铀的衰变 铀为什么会衰变？ 残余的强力把相互排斥的 核子束缚在一起形成原子核 微观粒子只能以几率的方式描述：量子力学 核子团（比如?)逃逸出原子核的几率很小； 对大原子核（如铀）这种几率比较大。 衰变中的质量亏损 “质子”和“中子”是基本的吗？ 人们发现“质子”和“中子”并不基本， 是有更小的粒子---“夸克” 组成。 现代的“原子”图像 注意： “原子”体积的99.999999999999% 是空的 ！ “原子”的大小 原子的有核结构 1911年汤姆逊的学生卢瑟福确立了原子的有核结构 1913年卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔建立了量子的原子结构模型 1919提出了原子核内存在中子的设想 1932年查德威克确认了中子的存在 物质的结构层次： 宏观物体 场 分子 原子 原子核 质子 中子 夸克 电子 规范粒子 世界的层次 宏观系统：尺度在 m以上的客体 因果规律，用牛顿力学或相对论力学描述 微观系统：尺度在 m以下的客体 统计规律，用量子力学描述 介观系统：呈现微观特性的宏观系统 亚微米尺寸的器件，一定条件下表现出量子效 应，微观特性起主导