粒子物理学的发展
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反粒子：反粒子的质量、寿命、自旋等与粒子相同，而电荷 等相加性量子数与粒子异号。
首先从理论上预言反粒子存在的人，是英国人狄拉克。25 岁时狄拉克对量子力学就做出了令人瞩目的贡献。此后他致 力于建立相对论性电子理论。终于他提出了著名的狄拉克方 程。该方程不仅简洁、优美，而且还能解出实验的自旋值和 磁矩值，精细结构，将量子力学中的康普顿散射、塞曼效应 等事实，通过相对论电子理论统一起来。
速器（能量为3.3×1010eV）上发现
了一个新粒子，将其命名为“J”，并
于11月份宣布。同时在美国西海岸的
斯坦福大学直线加速器中心的里克特
小组也发现了类似的粒子，并将其命
名为“ψ”。因此，这个粒子就命名
为“J/ψ”。不久在意大利和德国的加
速器上也相继观察到这个粒子。为此，
丁肇中和里克特容获1976年诺贝尔物
5. 底夸克(b)和顶夸克(t) 根据基本粒子的发现历史，可将夸克分为三代，第一代夸克
粒子物理学的发展
1955年赛格雷、张伯伦在高能加 速器上获得了反质子。1956年发 现王反淦中昌子发。现了19反59西年格，马我负国~超科 子学家 （ ）。人们又开始想到能否用反 质子、反中子、正电子，组成一个 反原子。
1995年开始，欧洲粒子研究中心 的科学家，在(LEAR)低能反质子 环中，产生了9个反氢原子，虽然 它们存在的时间仅为三亿分之四秒， 但是，却将人们对物质的认知领域 大大扩展了。
里克特
理学奖。
J/ψ粒子是自旋为1的玻色子，质量很大，比质子质量还大3倍多。它的电荷
是2e/3；但寿命却出奇的长，达到10-20秒，是类似能量的典型强子的1000
多倍。
为了说明J/ψ粒子的性质，人们提出了一种新的夸克---桀夸克（c夸克）。
J/ψ粒子是由一个桀夸克和一个反桀夸克组成的束缚态。
粒子物理学的发展
粒子物理学的发展
由于夸克模型能够成 功的解释许多已知事 实，把极为复杂的事 情变得非常简单，而 且在说明强子分类和 质量谱等方面非常成 功，所以这一模型为 大多数人所接受。 1969年，盖尔曼获得 诺贝尔物理学奖。
盖尔曼像
粒子物理学的发展
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.桀夸克的发现
1974年8月，丁肇中领导的研究
小组，在布鲁克海文实验室的质子加
2.理论基础是量子场论，是解释微观现象的基本 理论。
粒子物理学的发展
杨振宁、李政道大胆提出粒子在弱相互作用中，宇称不一 定守恒，θ粒子和τ粒子可能是同一种粒子
李 政 道 和 杨 振 宁
粒子物理学的发展
吴健雄的实验验证
吴
吴健雄做了极化钴
健
60原子核β衰变实验，
雄
将钴60置于0.01K的低
温环境中的磁场内，实
1961年，美国物理学家盖尔曼(M.Gell-Mann)和尼曼 (Y.Neeman) 提出用SU(3)对称性对强子进行分类的 “八重 法”。这一方法概括了当时已经发现的大量粒子，并预言了 Ω-1粒子的存在。这一预言于1964年被实验证实。
粒子物理学的发展
3.夸克理论 1964年盖尔曼进一步提出假设，即作为SU(3)群的物理基础的
雷赛 像格 伦张 像伯
粒子物理学的发展
现在公认的科学分类方法是按粒子参与相互作用的类型来分。 粒子共参与四种相互作用：强相互作用、电磁相互作用、弱相 互作用、引力相互作用。由于相互作用和前三种相比太弱，因 此粒子物理学中不考虑它。 ①轻子：主要参与弱作用，带电的轻子也参与电磁作用，自旋 都是1/2，所以是费米子；轻子必定以粒子与反粒子对的形式 生成湮灭。电子等6种是轻子，加上它们的反粒子，轻子共12 种。 ②强子：直接参与强相互作用的粒子统称为强子，强子也参与 弱作用，带电强子也参与电磁相互作用。强子又分为介子和重 子两类：自旋为整数或零的称为介子，如π、K、Η等；自旋 为半整数的称为重子，如p、n、Σ、Λ、Ξ等； ③规范玻色子：是传递各种相互作用的中介者，它们是传递电 磁作用的光子；传递弱作用的W±、Z0，传递强作用的胶子。 胶子至今未发现。规范玻色子都是玻色子。
验说明了β 衰变规律宇
称不守恒，使杨、李的
观点得到了验证，打破
了人们的传统观念。
粒子物理学的发展
一、粒子的分类 在粒子物理学的发展过程中，提出过不同的分类方案，
如①早期按粒子的质量分类：光子（0）、轻子（轻）、介子 （轻子和重子之间）、重子（重）； ②按粒子的寿命分为稳定粒子（平均寿命>10-18s)和不稳定 粒子（平均寿命在10-20-10-24S）； ③分为粒子和反粒子。
粒子物理学的发展
粒子物理 (高能物理)是研究场和粒子的性质、运 动、相互作用和相互转化规律的学科，也是研究 粒子内部结构规律的学科，是当代物理学发展的 前沿。
1.实验研究:主要是通过高能粒子的相互碰撞，用 实验手段发 现新粒子。到目前已经发现了300多 种。
采用的试验设备有加速器、对撞机、探测器、 计算机和数据处理系统。
粒子物理学的发展
二、强子结构和夸克理论 1.坂田模型
最早提出强子结构模型的是费米和杨振宁，1949年他们 提出，π介子是由核子（质子、中子）和它们的反粒子（反质 子和反中子）组成。由于当时反质子和反中子尚未发现，所以， 这一模型的提出需要一定的知识积累和胆识。
1955年，坂田昌一提出“坂田模型”：强子都是由质子、 中子和Λ超子以及它们的反粒子组成。这些粒子称为基础粒子。 2.八重法
三重态，不仅仅是某种数学框架，而是三种不同的粒子：上夸克 (u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)。并提出强子结构的“夸克”模型： 他认为夸克是自然界中更基本的组成粒子，所有强子都是由三种 夸克和它们的反粒子组成。
夸克性质：①夸克必须是费米子。因为费米子可以构成费米子， 也可以构成玻色子；而玻色子只能构成玻色子，不能构成费米子。 ②夸克具有分数电荷。上夸克的电荷为2e/3，下夸克的电荷为-e/3， 奇异夸克的电荷也为-e/3。③夸克带有色荷：红色(R)、黄色(Y)、 绿色(G)。这些色荷决定夸克参与强相互作用的强弱程度。 标准模型：中子由2个下夸克和1个上夸克构成，写作(udd)；质子 则由2上夸克和1下夸克构成，记为(uud)。在强子内部，夸克通过 胶子传递强相互作用。胶子带有色荷，彼此有相互作用，可以形 成胶子-胶子束缚态（即胶球）。
首先从理论上预言反粒子存在的人，是英国人狄拉克。25 岁时狄拉克对量子力学就做出了令人瞩目的贡献。此后他致 力于建立相对论性电子理论。终于他提出了著名的狄拉克方 程。该方程不仅简洁、优美，而且还能解出实验的自旋值和 磁矩值，精细结构，将量子力学中的康普顿散射、塞曼效应 等事实，通过相对论电子理论统一起来。
速器（能量为3.3×1010eV）上发现
了一个新粒子，将其命名为“J”，并
于11月份宣布。同时在美国西海岸的
斯坦福大学直线加速器中心的里克特
小组也发现了类似的粒子，并将其命
名为“ψ”。因此，这个粒子就命名
为“J/ψ”。不久在意大利和德国的加
速器上也相继观察到这个粒子。为此，
丁肇中和里克特容获1976年诺贝尔物
5. 底夸克(b)和顶夸克(t) 根据基本粒子的发现历史，可将夸克分为三代，第一代夸克
粒子物理学的发展
1955年赛格雷、张伯伦在高能加 速器上获得了反质子。1956年发 现王反淦中昌子发。现了19反59西年格，马我负国~超科 子学家 （ ）。人们又开始想到能否用反 质子、反中子、正电子，组成一个 反原子。
1995年开始，欧洲粒子研究中心 的科学家，在(LEAR)低能反质子 环中，产生了9个反氢原子，虽然 它们存在的时间仅为三亿分之四秒， 但是，却将人们对物质的认知领域 大大扩展了。
里克特
理学奖。
J/ψ粒子是自旋为1的玻色子，质量很大，比质子质量还大3倍多。它的电荷
是2e/3；但寿命却出奇的长，达到10-20秒，是类似能量的典型强子的1000
多倍。
为了说明J/ψ粒子的性质，人们提出了一种新的夸克---桀夸克（c夸克）。
J/ψ粒子是由一个桀夸克和一个反桀夸克组成的束缚态。
粒子物理学的发展
粒子物理学的发展
由于夸克模型能够成 功的解释许多已知事 实，把极为复杂的事 情变得非常简单，而 且在说明强子分类和 质量谱等方面非常成 功，所以这一模型为 大多数人所接受。 1969年，盖尔曼获得 诺贝尔物理学奖。
盖尔曼像
粒子物理学的发展
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.桀夸克的发现
1974年8月，丁肇中领导的研究
小组，在布鲁克海文实验室的质子加
2.理论基础是量子场论，是解释微观现象的基本 理论。
粒子物理学的发展
杨振宁、李政道大胆提出粒子在弱相互作用中，宇称不一 定守恒，θ粒子和τ粒子可能是同一种粒子
李 政 道 和 杨 振 宁
粒子物理学的发展
吴健雄的实验验证
吴
吴健雄做了极化钴
健
60原子核β衰变实验，
雄
将钴60置于0.01K的低
温环境中的磁场内，实
1961年，美国物理学家盖尔曼(M.Gell-Mann)和尼曼 (Y.Neeman) 提出用SU(3)对称性对强子进行分类的 “八重 法”。这一方法概括了当时已经发现的大量粒子，并预言了 Ω-1粒子的存在。这一预言于1964年被实验证实。
粒子物理学的发展
3.夸克理论 1964年盖尔曼进一步提出假设，即作为SU(3)群的物理基础的
雷赛 像格 伦张 像伯
粒子物理学的发展
现在公认的科学分类方法是按粒子参与相互作用的类型来分。 粒子共参与四种相互作用：强相互作用、电磁相互作用、弱相 互作用、引力相互作用。由于相互作用和前三种相比太弱，因 此粒子物理学中不考虑它。 ①轻子：主要参与弱作用，带电的轻子也参与电磁作用，自旋 都是1/2，所以是费米子；轻子必定以粒子与反粒子对的形式 生成湮灭。电子等6种是轻子，加上它们的反粒子，轻子共12 种。 ②强子：直接参与强相互作用的粒子统称为强子，强子也参与 弱作用，带电强子也参与电磁相互作用。强子又分为介子和重 子两类：自旋为整数或零的称为介子，如π、K、Η等；自旋 为半整数的称为重子，如p、n、Σ、Λ、Ξ等； ③规范玻色子：是传递各种相互作用的中介者，它们是传递电 磁作用的光子；传递弱作用的W±、Z0，传递强作用的胶子。 胶子至今未发现。规范玻色子都是玻色子。
验说明了β 衰变规律宇
称不守恒，使杨、李的
观点得到了验证，打破
了人们的传统观念。
粒子物理学的发展
一、粒子的分类 在粒子物理学的发展过程中，提出过不同的分类方案，
如①早期按粒子的质量分类：光子（0）、轻子（轻）、介子 （轻子和重子之间）、重子（重）； ②按粒子的寿命分为稳定粒子（平均寿命>10-18s)和不稳定 粒子（平均寿命在10-20-10-24S）； ③分为粒子和反粒子。
粒子物理学的发展
粒子物理 (高能物理)是研究场和粒子的性质、运 动、相互作用和相互转化规律的学科，也是研究 粒子内部结构规律的学科，是当代物理学发展的 前沿。
1.实验研究:主要是通过高能粒子的相互碰撞，用 实验手段发 现新粒子。到目前已经发现了300多 种。
采用的试验设备有加速器、对撞机、探测器、 计算机和数据处理系统。
粒子物理学的发展
二、强子结构和夸克理论 1.坂田模型
最早提出强子结构模型的是费米和杨振宁，1949年他们 提出，π介子是由核子（质子、中子）和它们的反粒子（反质 子和反中子）组成。由于当时反质子和反中子尚未发现，所以， 这一模型的提出需要一定的知识积累和胆识。
1955年，坂田昌一提出“坂田模型”：强子都是由质子、 中子和Λ超子以及它们的反粒子组成。这些粒子称为基础粒子。 2.八重法
三重态，不仅仅是某种数学框架，而是三种不同的粒子：上夸克 (u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)。并提出强子结构的“夸克”模型： 他认为夸克是自然界中更基本的组成粒子，所有强子都是由三种 夸克和它们的反粒子组成。
夸克性质：①夸克必须是费米子。因为费米子可以构成费米子， 也可以构成玻色子；而玻色子只能构成玻色子，不能构成费米子。 ②夸克具有分数电荷。上夸克的电荷为2e/3，下夸克的电荷为-e/3， 奇异夸克的电荷也为-e/3。③夸克带有色荷：红色(R)、黄色(Y)、 绿色(G)。这些色荷决定夸克参与强相互作用的强弱程度。 标准模型：中子由2个下夸克和1个上夸克构成，写作(udd)；质子 则由2上夸克和1下夸克构成，记为(uud)。在强子内部，夸克通过 胶子传递强相互作用。胶子带有色荷，彼此有相互作用，可以形 成胶子-胶子束缚态（即胶球）。