质子、中子、电子和它们的反粒子粒子的发展概况知识讲解
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3.电磁相互作用
一切具有电荷或磁矩的全部粒子包括强子和轻 子都参与电磁相互作用。电磁相互作用通过电磁场 交换光子来实现。一些基本粒子通过电磁相互作用 发生衰变。电磁相互作用的强度比强相互作用弱， 电磁力的大小与物体间距离的平方成反比。
Fkq r 1q 22 k9109N m 2/kg2
2.费米子
自旋是 h 的半整数倍的基本粒子称为费米子。
包括重子和轻子。轻子、核子的自旋为1/2，超子的
自旋为1/2、3/2，.。..
由于介子和重子参加强相互作用又统称为强子。
1974年丁肇中等发现了 J /ψ粒子， J粒/ψ子也是一
种介子。
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三、粒子的相互作用和守恒定律
宇宙间的一切物质的相互作用归结为以下四种。 1. 强相互作用
强相互作用是一种原子核结合在一起的力， 它的作用范围为10m15 以下，故称短程力；作用时 间极短，约为 1s0,这23种相互作用强度大，比电磁 作用强得多，故称强作用。强相互作用只存在于 重子和介子之间。
2.弱相互作用 弱相互作用范围在10-17m以下，通常也称短程力。
弱相互作用的强度比强相互作用弱得多，作用时间慢得 多。参与弱相互作用的粒子：一切强子和轻子。
2.轻子类 这类粒子质量较小，包括电子、μ子、τ子及其相
应的中微子。 3.介子类
质量介于重子和轻子之间的粒子称为介子。包括
K介子、π介子、 介 子。
4.光子类 只有光子一种，其静止质量为零。
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按自旋分为： 1.玻色子
自旋是 的h 整数倍的基本粒子称为玻色子。包括光
π 子类和介子类。光子的自旋为1， 介子的自旋为0。
§15-4 粒子物理简介
一、粒子的发展概况
基本粒子
20世纪30年代，电子、光子、质子、中子随着新 的粒子被发现，基本粒子不是构成世界的基本单元。
粒子 例如：质子、中子、电子和它们的反粒子及 子、介子、K介子等。到目前为止， 已经发现了400多种基本粒子(包括共振 态粒子)。
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反粒子和奇异粒子
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实验证明，除轻子还未发现有任何内部结构外， 核子、超子、介子即所有的强子都还能细分。
相互作用过程中遵守守恒定律： 能量守恒定律、动量守恒定律
角动量守恒定律、电荷量守恒定律 1964年盖尔曼等人提出强子由夸克组成。他认 为所有强子都是由三种夸克组成，这三种夸克分
别称为上夸克、下夸克、奇异夸克，分别用u、d、
s表示。三种夸克都有相应的反夸克。
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夸克模型认为：所有重子都是由三个夸克组 成，所有介子都是由一个夸克和一个反夸克组 成。
夸克共有六种，其性质如下表所示。
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六种夸克特性表
夸克 电荷/e u(上) 2/3 d(下) -1/3 s(奇) -1/3 c(粲) 2/3 b(底) -1/3 t(顶) 2/3
弱作用 1012
引力作用
1039
作用范围 (m)
作用时间(s)
被作用粒子
1015
1023
强子
1017
10 20~10 16
1010
强子、轻子 强子、轻子 一切物体
传递子
介子
光子 中间玻色子 引力子
举例
核力 原子结合
β衰变 天体之间
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四、强子的夸克模型
原子由原子核和电子构成，原子核是由质子 和中子构成，那么质子、中子内部是否还有内部 结构？
4.万有引力相互作用 所有粒子都参与万有引力相互作用，其强度比
弱作用还小，与物体间距离的平方成反比。传递引 力的粒子称为引力子。
F G m r 1 m 22 G 6 .6 7 1 0 1 1N m 2 /k g 2
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四种相互作用的比较
名称 相对强度
强作用 1
电磁作用
102
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m 0c 2
光子 产生 湮没
两个
0
m 0c2
空位 空位
自由电子的能量区域
电子偶的产生和湮没
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二、粒子的分类
按照参与的相互作用分为： 1.轻子
参与弱相互作用，带电的轻子还参与电磁作用。
e
e
μ
τ
至今未发现轻子具有内部结构。
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要组成自旋为半整数的重子和自旋为零的介子，
夸克的自旋应为 ,它1的两个分量为 。如 果1 用电
2
2
子或质子所带电荷作为单位，为要组成电荷为正负
整数或零的强子，夸克所带的电荷就是分数电荷： u夸克的电荷为 ，d夸克2 e和s夸克的电荷为 。
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2.强子 参与强相互作用，也参与弱相互作用，带电的或中性
带磁矩的磁矩也参与电磁作用。 强子又可分为介子和重子。
3.媒介子 场量子或者规范玻色子，传递相互作用。 有光子、中间玻色子、胶子、引力子。
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按质量分为：
1.重子类
这类粒子质量较大，包括核子和超子（因质量 超过核子，故称为超子）。
1932年，斯特恩测得质子的磁2.79 ， 后p 来又 测得中子的磁矩为-1.91 （而 不p 是零），中子不
带电，可磁矩却不为零，说明中子还有内部结构。
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用能打入质子内部的高能量轻子打击质子， 由于轻子能量很高，能打入质子内部，因此可以 发现质子的内部是否有结构。
1956年霍夫斯塔特用高速电子轰击质子时， 发现质子的电荷分布半径为0.7fm.后来又发现中 子虽呈电中性，但内部却有正电和负电，电荷分 布半径为0.8fm。还发现核子内部存在好多个散射 中心。
1.反粒子 1932年安德逊在宇宙射线中发现了正电子,从
1955年起陆续发现了反质子、反中子、反介子、 反超子。
正粒子和反粒子有相同的质量、自旋、寿命，电 荷等值反号，磁矩方向相反。从理论上说，还应该 有这些反粒子组成的反原子核、反原子、反物质、 反星体等。
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质子和反质子的运动轨迹
自旋 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2
同位旋 奇异数 重子数
1/2
0
1/3
1/2
0
1/3
0
-1
1/3
0
0
1/3Hale Waihona Puke Baidu
0
0
1/3
0
0
1/3
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质子p是由(uud)构成 中子n是由(udd)构成
π介 子是由( u)构d 成 π介-子是由( )u构d成 介π 子0 是由( uu)构或成dd
3.电磁相互作用
一切具有电荷或磁矩的全部粒子包括强子和轻 子都参与电磁相互作用。电磁相互作用通过电磁场 交换光子来实现。一些基本粒子通过电磁相互作用 发生衰变。电磁相互作用的强度比强相互作用弱， 电磁力的大小与物体间距离的平方成反比。
Fkq r 1q 22 k9109N m 2/kg2
2.费米子
自旋是 h 的半整数倍的基本粒子称为费米子。
包括重子和轻子。轻子、核子的自旋为1/2，超子的
自旋为1/2、3/2，.。..
由于介子和重子参加强相互作用又统称为强子。
1974年丁肇中等发现了 J /ψ粒子， J粒/ψ子也是一
种介子。
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三、粒子的相互作用和守恒定律
宇宙间的一切物质的相互作用归结为以下四种。 1. 强相互作用
强相互作用是一种原子核结合在一起的力， 它的作用范围为10m15 以下，故称短程力；作用时 间极短，约为 1s0,这23种相互作用强度大，比电磁 作用强得多，故称强作用。强相互作用只存在于 重子和介子之间。
2.弱相互作用 弱相互作用范围在10-17m以下，通常也称短程力。
弱相互作用的强度比强相互作用弱得多，作用时间慢得 多。参与弱相互作用的粒子：一切强子和轻子。
2.轻子类 这类粒子质量较小，包括电子、μ子、τ子及其相
应的中微子。 3.介子类
质量介于重子和轻子之间的粒子称为介子。包括
K介子、π介子、 介 子。
4.光子类 只有光子一种，其静止质量为零。
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按自旋分为： 1.玻色子
自旋是 的h 整数倍的基本粒子称为玻色子。包括光
π 子类和介子类。光子的自旋为1， 介子的自旋为0。
§15-4 粒子物理简介
一、粒子的发展概况
基本粒子
20世纪30年代，电子、光子、质子、中子随着新 的粒子被发现，基本粒子不是构成世界的基本单元。
粒子 例如：质子、中子、电子和它们的反粒子及 子、介子、K介子等。到目前为止， 已经发现了400多种基本粒子(包括共振 态粒子)。
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反粒子和奇异粒子
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实验证明，除轻子还未发现有任何内部结构外， 核子、超子、介子即所有的强子都还能细分。
相互作用过程中遵守守恒定律： 能量守恒定律、动量守恒定律
角动量守恒定律、电荷量守恒定律 1964年盖尔曼等人提出强子由夸克组成。他认 为所有强子都是由三种夸克组成，这三种夸克分
别称为上夸克、下夸克、奇异夸克，分别用u、d、
s表示。三种夸克都有相应的反夸克。
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夸克模型认为：所有重子都是由三个夸克组 成，所有介子都是由一个夸克和一个反夸克组 成。
夸克共有六种，其性质如下表所示。
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六种夸克特性表
夸克 电荷/e u(上) 2/3 d(下) -1/3 s(奇) -1/3 c(粲) 2/3 b(底) -1/3 t(顶) 2/3
弱作用 1012
引力作用
1039
作用范围 (m)
作用时间(s)
被作用粒子
1015
1023
强子
1017
10 20~10 16
1010
强子、轻子 强子、轻子 一切物体
传递子
介子
光子 中间玻色子 引力子
举例
核力 原子结合
β衰变 天体之间
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四、强子的夸克模型
原子由原子核和电子构成，原子核是由质子 和中子构成，那么质子、中子内部是否还有内部 结构？
4.万有引力相互作用 所有粒子都参与万有引力相互作用，其强度比
弱作用还小，与物体间距离的平方成反比。传递引 力的粒子称为引力子。
F G m r 1 m 22 G 6 .6 7 1 0 1 1N m 2 /k g 2
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四种相互作用的比较
名称 相对强度
强作用 1
电磁作用
102
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m 0c 2
光子 产生 湮没
两个
0
m 0c2
空位 空位
自由电子的能量区域
电子偶的产生和湮没
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二、粒子的分类
按照参与的相互作用分为： 1.轻子
参与弱相互作用，带电的轻子还参与电磁作用。
e
e
μ
τ
至今未发现轻子具有内部结构。
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要组成自旋为半整数的重子和自旋为零的介子，
夸克的自旋应为 ,它1的两个分量为 。如 果1 用电
2
2
子或质子所带电荷作为单位，为要组成电荷为正负
整数或零的强子，夸克所带的电荷就是分数电荷： u夸克的电荷为 ，d夸克2 e和s夸克的电荷为 。
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2.强子 参与强相互作用，也参与弱相互作用，带电的或中性
带磁矩的磁矩也参与电磁作用。 强子又可分为介子和重子。
3.媒介子 场量子或者规范玻色子，传递相互作用。 有光子、中间玻色子、胶子、引力子。
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按质量分为：
1.重子类
这类粒子质量较大，包括核子和超子（因质量 超过核子，故称为超子）。
1932年，斯特恩测得质子的磁2.79 ， 后p 来又 测得中子的磁矩为-1.91 （而 不p 是零），中子不
带电，可磁矩却不为零，说明中子还有内部结构。
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用能打入质子内部的高能量轻子打击质子， 由于轻子能量很高，能打入质子内部，因此可以 发现质子的内部是否有结构。
1956年霍夫斯塔特用高速电子轰击质子时， 发现质子的电荷分布半径为0.7fm.后来又发现中 子虽呈电中性，但内部却有正电和负电，电荷分 布半径为0.8fm。还发现核子内部存在好多个散射 中心。
1.反粒子 1932年安德逊在宇宙射线中发现了正电子,从
1955年起陆续发现了反质子、反中子、反介子、 反超子。
正粒子和反粒子有相同的质量、自旋、寿命，电 荷等值反号，磁矩方向相反。从理论上说，还应该 有这些反粒子组成的反原子核、反原子、反物质、 反星体等。
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质子和反质子的运动轨迹
自旋 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2
同位旋 奇异数 重子数
1/2
0
1/3
1/2
0
1/3
0
-1
1/3
0
0
1/3Hale Waihona Puke Baidu
0
0
1/3
0
0
1/3
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质子p是由(uud)构成 中子n是由(udd)构成
π介 子是由( u)构d 成 π介-子是由( )u构d成 介π 子0 是由( uu)构或成dd