關于物質的基本粒子第1頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五物質的基本粒子我的世界是由許許多多的基本粒子構成的.大到宇宙天體,小至細胞原子.歷史上人們為認識物質不斷努力著.古希臘哲學家指出我們的物質世界是由許許多多”原子”組成的.(不過這里的”原子”只是一種抽象化了的概念,并非我們現在生活中所指原子)再如中國古代的哲人們認為任何物質都是由一種基本的粒子組成的.第2頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五這是一些樸素的基本粒子認識觀.到十九世紀人們通過化學反應中物質的分子原子數量保持不變,而認為原子是組成物質的基本粒子.直到1897年湯姆遜發現電子后,原子其實也不是組成物質最基本的粒子它也有自己的結構.再后來隨著1919年質子的發現和1932年查德威克發現中子,人們才認識到原子是由中子.電子.質子所構成.第3頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五爾后，1932年發現正電子，1937年湯川秀樹發現u子，1947年科學家又發現K介子和介子（介子是質量介于質子和電子之間的粒子），再到后來科學家們從宇宙射線中發現了另外一些基本粒子，特別是粒子加速器的發明使基本粒子的數目大量增加。第4頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五同時人們發現，許多粒子都有和它質量相同但電荷相反的粒子，這些粒子叫作反粒子（1927年狄拉克提出電子的方程即狄拉克方程它滿足狹義相對論且能夠解釋實驗中已觀測到的電子自旋可取+1/2和-1/2，并預言正電子的存在并預言一切構成物質的粒子都有反粒子）。第5頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五例如電子的反粒子是正電子，質子的反粒子叫反質子，它是科學家于1955年發現的。新粒子的發現使人們的視野不斷開闊，目前已發現的基本粒子達數百種，并且這一數目還在不斷的增加。第6頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五基本粒子的分類按基本粒子之間的主要相互作用，它們大體可分為三類：強子.輕子和媒介子。強子：核子之間的核力，是一種比電磁作用強得多的相互作用，叫強相互作用。凡是參加強相互作用的粒子都叫強子，質子是最早發現的強子。強子又分重子（中子.質子.超子）和介子兩類第7頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五輕子：輕子都不參加強相互作用，目前只發現六種這六種粒子都有自己的反粒子。電子是最早發現的輕子。u子從它的許多性質來看它也屬于輕子。1975年又發現了一種質量很大的輕子，稱為t子，也叫重輕子。還有三種中微子（電子中微子u子中微子t子中微子）也屬于輕子。媒介子：是傳遞物質間相互作用的粒子，例如光子.引力子弱力的媒介有Z和W,強力的媒介有8種顏色（這里的顏色不是我們日常生活中所說的顏色）的膠子。第8頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五其中這些粒子中除了質子電子光子等少數粒子能夠穩定存在，其它粒子大都是不穩定的。例如中子的壽命為9.3×100秒，再如u子的壽命為2.2×10秒，中性介子的壽命為0.83×10秒。它們在衰變的過程中也會產生一些其它粒子第9頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五結合上面事例以及我們已掌握的大量事實我們可以斷定宇宙中這些基本粒子間存某種聯系（中子衰變產生質子負電子和中微子，而質子回釋放一個正電子同時生成中子和中微子）。第10頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五而且我們可以斷定我們宇宙中的每一個粒子都有自己特定的功能，它們各盡所能，從而使我們的宇宙在某一方程的支配下正常運轉。雖然對于這些粒中的大部分，我還不清楚它們的作用，但是每一個粒子肯定擔當著一特定的角色。

第11頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五但我們要相信我們宇宙的能力，她絕對能確她所生產的東西既不是廢品，同時又是獨一無二的.第12頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五思考再如上面我提到反粒子。電子和正電子碰撞時湮滅（？）（自然界三大守恒定律）。任何粒子都有它的反粒子，而我們的宇宙就是由這些基本粒子組成。或許我們的宇宙在開始時就不存在，在某一時刻（這里時刻應是不準確的，那時應不存在時空）世上有了正反粒子的出現于是有了宇宙。第13頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五粒子的反粒子的存在，一定程度上是由我們的宇宙的對稱性決定的。我們應感嘆我們的宇宙是如此美妙，她把世上的事都安排的盡善盡美。

第14頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五任何一個細微之處都不放過。雖然我們的世界對稱中存稱不對稱但正如李政道先生所說：不對稱中存在于對稱中才更說明我們宇宙的對稱性（不對稱與對稱不就是一組對稱嗎？）。第15頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五但是隨著基本粒子數目的增加，同時由于20世紀60年代蓋爾曼夸克理論的提出及被證明使人們認識到這些粒子也不可能是組成物質最基本的粒子。對于以上內容其實我們可以這樣來理解。首先我們提出這樣一個問題，我們的宇宙是否有邊界?；蛘呖梢赃@樣來說我們的宇宙是否是一個孤立系統？第16頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五在我看來我們的宇宙應該是一個有界系統，若是一個無界系統則它可看成一個孤立系統。但是我們知道一個孤立系統內的物質總是從不均勻到均勻，最后處在均勻狀態。從現今主流的宇宙學說我們得知我們的宇宙起源于一次大爆炸，在宇宙的形成初期她應該是一個各向物質均勻的系統，但是隨著時間的推移，宇宙中慢慢形成太陽地球等宇宙天體，第17頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五而這使宇宙變得不均勻，從而可知宇宙應該不是一孤立系統（或許宇宙中存在著大量的中微子來平衡這一不均勻）。月亮是地月系統的一部分，地球屬于太陽系的一部分，而太陽則是銀河系億萬顆橫星中的一顆……或許我們的宇宙也是某一系統的子系統,而此時所說的基本粒子也應還有它們自己的結構（例如強子是由夸克組成，而電子本身存在自旋理應它內部也是有結構的）。第18頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五宇宙大爆炸模型第19頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五近來物理學界傾向于把以前稱作為基本粒子的物質，統稱為基本粒子。同時越來越多的物理學家認為基本粒子的提法是不正確的。物質結構在不同的能量尺度有不同的層次，最終的層次很可能不存在。第20頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五u子衰變子是不穩定的能自發衰變。當初把宇宙射線中的u子，經過一層密度較大物質減弱程度，同通過單位面積中具有相同質量的空氣的減弱程度相比較，發現在空氣中的減弱比較多。這兩種吸收層單位面積的質量是相同的，但空氣層要厚的多，這就是說通過空氣層的時間要要比通過密度高的吸收層的時間長。如果u子是穩定的粒子，通過這兩種吸收層的減弱程度應相同。事實是通過空氣層的減弱程度大第21頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五。這說明粒子會自發發生衰變，時間越長自發衰變的越多。經過這個原則設計的實驗進行測量，測得u子的平均壽命是2.2×10秒那麼u子衰變成什麼呢?在云室或乳膠中可以觀察到u子衰變成電子，但電子的徑跡不在u子的方向。電子從u子徑跡的末端向另一方向射出這說明u子衰變中不僅產生電子而且還產生一種中性粒子中性在云室或乳膠中是顯示不出徑跡的。第22頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五此外又測出衰的電子的能量是連續分布的。從零到55Mev，這說明至少有兩種中性粒子產生，經過一個時期的研究，知道這兩種中性粒子的質量差不多是零，一種是同u子聯系的，用vu表示，另一種是同電子聯系的，用ve表示。u子的衰變方程可表示為：

u→e+vu+ve,（相當于u+vu→e+ve）

u→e+vu+ve.（相當于u+vu→e+ve）第23頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五u子有帶正電和帶負電兩種，u是u反粒子，正負子分別衰變成正負電子，正電子是負電子的反粒子。上式中v為v的反粒子，為v的v反粒子。這四種中微子分別同正負u子正負電子有一定的聯系，如上面括弧中所示。u子同原子核的相互作用:從實中我們了解原子核對正負子的俘獲完全不同。第24頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五在吸收物中u子被原子核排斥，經自發衰變而消失。u子能量逐漸損耗而速度變慢的情況下被原子核俘獲，進入玻爾軌道繞核運動。由于u子質量是電子質量的207倍，其軌道半徑相應應比電子軌道半徑小，在軌道中的子也能通過躍遷來發射射線。（我國張文裕發現）u子雖被原子核俘獲，但同原子核的相互作用是十分微弱的。因此可見u子不是強子，它的衰變是弱相互作用的效果，它是輕子。第25頁，共28頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五問題我們是否能夠讓光子的運動速度變慢。電子為什麼會繞著原子核運動，而且永遠落不到原子核上。（我們知道原子中的電子永遠都在不停地繞核高速運轉，原子核對它們有一一個吸