18-9粒子及其相互作用-课件（PPT-精）.pptVIP

* §18-9 粒子及其相互作用 一、关于“基本”粒子：是物质微观结构的最小单元 自从20世纪60年代以来，陆续发现了大量的新的基本粒子，使基本粒子的数目成倍地增加。 到20世纪50年代，基本粒子有光子、电子、正电子、质子、反质子、中子、反中子、?子、?介子、中微子和反中微子。分稳定粒子和不稳定粒子。 质子、?介子和中子都不是点粒子，存在内部结构。电子等粒子仍然可以被看为点粒子。上面基本粒子并不属于微观结构的同一层次。自20世纪60年代起把基本粒子中的“基本”两字去掉，统称为粒子。 粒子质量指粒子静质量。所有的粒子都具有确定的质量或质量范围。用能量单位表示，在粒子物理中粒子的质量一般以MeV和GeV表示。 二、粒子内在属性的描述：总和是辨别粒子的依据 1. 质量 质量分布用两个参量表征：实验测得粒子质量值平均值，“粒子的质量”，用m表示；粒子质量在平均值附近分布宽度，粒子宽度，用 ? 表示。 绝大多数粒子的质量在电子的200到21600倍范围内，宽度小于400 MeV。最重的粒子是Z粒子，其质量为91.187 GeV，约为电子质量的178448倍，粒子宽度也最大，其宽度为2.490 GeV。 粒子寿命是粒子从产生到衰变平均经历的时间，反映粒子不稳定性的物理量，寿命长短与运动速度有关。粒子寿命指它静止时的寿命。 不稳定粒子的宽度与寿命?间关系 ：?? = 1, 表示寿命越短的粒子，其宽度就越大。 2. 寿命 稳定粒子寿命无限大，其宽度为零，即质量有确定值。在不稳定粒子中，中子寿命最长，其寿命是887.0s，Z粒子是宽度最大的粒子，其寿命是2.643?10?25s。 粒子的不稳定性表现在在它存在的任意时间间隔内都有一定的衰变概率。 3. 电荷 电荷量子化。到目前为止，已经发现的粒子中具有的最大电荷是质子电荷的2倍。 1931年狄拉克指出，磁单极子的磁荷与任意一个与它相互作用的粒子的电荷的乘积等于半奇数。 该论断表明，只要宇宙中存在一个磁单极子，理论上就要求所有带电粒子所带电荷必定量子化。 反之，既然实验表明电荷量子化，是否预示着磁单极子的存在？多年来，物理学家们一直到处寻找着磁单极子，但到目前为止还没有找到它，因而还不能断定它是否确实存在。 5. 重子数：电荷数守恒决定电子稳定性。规定质子重子数为1，正电子和光子的重子数都为零。质子是重子数为1的最轻粒子。重子数守恒决定质子稳定性。任何衰变既要满足电荷数守恒，也必须遵从重子数守恒。 4. 自旋：粒子都有确定自旋，用自旋量子数J 描述。已知粒子中，最大的自旋量子数是11/2。 6. 同位旋：也是一种角动量，自旋角动量与普通的三维空间中的旋转行为有关，同位旋是指在某种抽象空间的角动量。同位旋量子数常用I表示，同位旋在第三轴上的投影用I3表示。 三、物质存在的基本形式 粒子和场 量子场论对物质存在的形式的描述： (2)各种场的能量最低状态为场的基态，场处于基态时，不能通过状态的变化释放能量，不会输出任何信号，不会显现出直接的物理效应，不能观测到粒子的存在；当一种场处于激发态时，这种粒子就出现了，场的不同激发态表现为粒子的数目和运动状态的不同。 (1)每种粒子存在一种对应场，对应不同粒子的各种场互相重叠地充满全空间。 场运动状态可用复数量来表示，互为复共轭的两种激发态分别为粒子和反粒子两种物理状态。 如场用实数量来表示，激发态也用实数量表示，实数量的复共轭就是该实数量本身，与这种场相对应的粒子就是它自身的反粒子。 用实数量表示的场为纯中性场，与纯中性场对应粒子为纯中性粒子。电磁场是用实数量表示的纯中性场，?光子是纯中性粒子，反粒子是?光子自己。 场是更基本的，粒子只是场处于激发态的表现。 所有场都处于基态时，任一种场都不能释放出能量，都不能输出信号，不能显现出粒子，这就是物理上的真空，物理真空。真空并不是空无一物，而是充满了各种场。 四、粒子的相互作用 粒子相互作用来自场之间的相互作用，场之间的相互作用是粒子转化的原因。 电磁作用的媒介粒子是?光子；引力是引力子(尚未找到)；弱相互作用是W?粒子、W?粒子和不带电的Z0粒子；强相互作用是介子和胶子。 引力相互作用和电磁相互作用的媒介粒子的静止质量都为零，这两种相互作用的力程都是无限大，称长程力。 粒子相互作用随粒子间距离而变化，用力程表示，力程是粒子间的有效作用范围。力程大小正比于媒介粒子质量的倒数。 ?介子是质子质量的0.149