19.8 粒子和宇宙 课件(人教版选修35)

15、一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。2021年9月下午10时19分21.9.1722:19September 17, 2021
16、教学的目的是培养学生自己学习，自己研究，用自己的头脑来想，用自己的眼睛看，用自己的手来做这种精神。2021年9月17日星期五10时19分57秒22:19:5717 September 2021
类别 强作用 电磁作用 弱作用 引力作用
相对强度 1
~10-2 ~10-13 ~10-39
力程(m) < 10-15 长程 < 10-17 长程
作用时间(s) 10-23
10-20 ~ 10-16 ~ 10-8
参与离子 强子
强子 轻子 光子 强子 轻子 一切物质
相互作用是通过交换一定粒子实现的
作用类型 引力作用 电磁作用 交换粒子 引力子 光子
夸克
质量
电 荷
e
自 旋
重 子 数
同 位 旋
同位 旋分
量
奇 异 数
超荷
粲 数
底 数
顶 数
d 下夸克
0.00 8
-1/3
u 上夸克
0.00 4
2/3
-1/2 0 +1/3 0 0 0 1/2
1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 1/2 1/3
-1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 b 底夸克 4.7 -1/3
1/2 (Ω超子 3/2)
费密子
K 介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象 协同产生: 一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。
奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s), 表明是在强 相互作用下进行的；而衰变过程很慢(寿命约为10-8 ～ 10-10s)， 表明是在弱相互作用下进行的。
理量 ( 如电荷、磁矩等 ) 的符号相反。
4、按相互作用分类(＋ —— 参与)
万有引力
电磁力
弱相互作用
强相互作用
引力子
＋
光子
＋
＋
轻子
＋
＋
＋
强子
＋
＋
＋
＋
引力子：自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速运动。 光子：自旋为1，是玻色子
轻子（共12种）
分类
电子 μ子 轻 τ子
子
中 微 子
正反 自旋 电荷量
00
0 +1/3 +1 0 0 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3
0 +1/3 0 0 +1
2、奇异粒子 电荷 Q 2 e 2 e 1e e
（uus）
333
重子数 B 1 1 1 1
333
奇异数S 1 自旋 J 1/ 2
夸克
质量
电 荷
e
自 旋
重 子 数
同 位 旋
四、宇宙的演化
宇宙——从何而来？
大爆炸理论 (The Big Bang Theory) 宇宙从一个“奇点”爆炸产生
时 宙大 间 各爆 的 处炸 零 同是 点 时在
产无 生限
的 宇
五、恒星的演化
粒 子 物 理 和 宇 宙 学 殊 途 同 归
例1、中子内有一个电荷量为+2e/3 的上夸克和两个电荷量为 的 -1e/3 下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r 的同一 圆周上，如图1所示。图2给出的四幅图中，能正确表示出各 夸克所受静电作用力的是:
人教版选修3-5
第十九章 原子核
第8节 粒子和宇宙
比比谁小
分子由__原__子__构成，不同原子构成__化__合__物_分 子，相同原子构成____单__质_分子。
原子是由位于中心的_原__子__核__和核外高速旋 转的_电__子___构成的。
（电子带_负__电，原子核带__正_电） 原子核是由_质__子__和__中__子_构成的。 （质子带_正__电，中子___不__带__电） 质子和中子都是由_夸__克__组成的。
u 上夸克
0.00 4
2/3
-1/2 0 +1/3 0 0 0 1/2
1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 1/2 1/3
-1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 b 底夸克 4.7 -1/3
00
0 +1/3 +1 0 0 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3
（ 夸 克 ）
盖 尔 曼
一、“基本粒子”不基本
1995美国费米国家加速器实验室证实了 顶夸克(Top Quark)的存在
Байду номын сангаас 二、发现新的粒子
粒子的分类
1、按自旋分类
分类
自旋
泡利不相容原 理
统计规律
费米子 (电子 质子 中子 各
种重子)
半整数 1/2，3/2，…
服从
费米—狄拉克统计分 布
玻色子 ( 光子 介子 K介子、介子 )
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。21.9.1721.9.1722:19:5722:19:57September 17, 2021
14、谁要是自己还没有发展培养和教育好，他就不能发展培养和教育别人。2021年9月17日星期五下午10时19分57秒22:19:5721.9.17
-1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 b 底夸克 4.7 -1/3
00
0 +1/3 +1 0 0 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3
0 +1/3 0 0 +1
1、质子 (uud)
电荷 Q 2e 2e 1e e 333
重子数 B 1 1 1 1 333
奇异数 S 0 自旋 J 1/ 2 同位旋 I 1/ 2
00
0 +1/3 +1 0 0 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3
0 +1/3 0 0 +1
d 3.π+ 介子
(ud)
1/3
1/2
1/3
1/2
电荷 重子数
Q 2e1e e 33
B 11 0 33
0
奇异数 S 0 自旋 J 1/ 2
同位旋分量 Iz 1
四种基本相互作用 1、四种基本相互作用的性质
粒子
e
e e
-1 +1 -1 +1
1/2 e e
-1 +1
0 0 0
重子数 轻子数 寿命
B
Le L L10-6s
稳定
2.2
<2.3
0 -1 +1
稳定
说明
中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。
强子分类
分类 介子
粒子名称 、 、 K介子等
自旋 整数
玻色子
重子
核子 超子
质子、中子及其反粒子 ΩΣΛΞ超子及反粒子
整数 0或1等
不服从
玻色— 爱因斯坦统计 分布
2、共振态粒子— 寿命极短（约10-23s）
9、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲共学；要学生守的规则，教职员躬亲共守。21.9.1721.9.17Friday, September 17, 2021
10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。22:19:5722:19:5722:199/17/2021 10:19:57 PM
A．
B．
C．
D．
例2、
0 +1/3 0 0 +1
例如 质子 奇异粒子 π+ 介子
夸克
质量
电 荷
e
自 旋
重 子 数
同 位 旋
同位 旋分
量
奇 异 数
超荷
粲 数
底 数
顶 数
d 下夸克
0.00 8
-1/3
u 上夸克
0.00 4
2/3
-1/2 0 +1/3 0 0 0 1/2
1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 1/2 1/3
同位 旋分
量
奇 异 数
超荷
粲 数
底 数
顶 数
d 下夸克
0.00 8
-1/3
u 上夸克
0.00 4
2/3
-1/2 0 +1/3 0 0 0 1/2
1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 1/2 1/3
-1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 b 底夸克 4.7 -1/3
11、只有让学生不把全部时间都用在学习上，而留下许多自由支配的时间，他才能顺利地学习……（这）是教育过程的逻辑。21.9.1722:19:5722:19Sep-2117-Sep-21
12、要记住，你不仅是教课的教师，也是学生的教育者，生活的导师和道德的引路人。22:19:5722:19:5722:19Friday, September 17, 2021
强子结构的夸克模型
强子结构夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）
下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s 粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t
三、夸克模型
夸克
质量
电 荷
e
自 旋
重 子 数
同 位 旋
同位 旋分
量
奇 异 数
超荷
粲 数
底 数
顶 数
d 下夸克
0.00 8
-1/3
17、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。下午10时19分57秒下午10时19分22:19:5721.9.17
You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己，这是成功的秘诀。
3、正粒子、反粒子
正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物
弱作用
玻色子 (W+ 、W– Z0 粒子)
强作用 胶子
引力子尚未被实验证实
弱电统一理论:电磁相互作用和弱相互作用 被看作是一种相互作用。
大统一理论试图将强、电、弱三种相互作 用统一起来。
欧洲核子中心高能质子同步加速器上的UAI 探测器
1983年，鲁比亚实验组在高能质子—反质子对撞试验中发 现了W +、W -和 Z0 粒子。为60年代提出的弱电统一理论 提供了实验上的支持。