广东工业大学：《大学物理》课程教学课件（PPT讲稿）第十八章 粒子物理

第18章粒子物理简介 北京正负电子对撞机(BEPC)正电子源照片

第18章 粒子物理简介 北京正负电子对撞机(BEPC) 正电子源照片

S18.1粒子和粒子的分类四种相互作用 一.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 半整数 费米一狄拉克 (电子质子中子 服从 1/2,3/2,. 统计分布 各种重子) 玻色子 整数 玻色一爱因斯 (光子元介子 不服从 0或1等 K介子、n介子) 坦统计分布 2.共振态粒子一寿命极短（约1023s)

一. 粒子的分类 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) 整数 0 或 1 等 不服从 玻色— 爱因斯 坦统计分布 1. 按自旋分类 §18.1 粒子和粒子的分类 四种相互作用 2. 共振态粒子—寿命极短（约10-23s）

3.正粒子、反粒子 正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量（如电荷、 磁矩等)的符号相反。 4.按相互作用分类 (十一 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

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 ＋ ＋ ＋ ＋ 4. 按相互作用分类 正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量 ( 如电荷、 磁矩等 ) 的符号相反。 (＋ —— 参与) • 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 3. 正粒子、反粒子

·轻子（共12种） 分类 正反 自旋 电荷量 重子数 轻子数 寿命 粒子 h e B Le Lu L 106s 电子 ee -1 +1 稳定 -1 +1 2.2 -1+1 <2.3 子 1/2 0 -1+1 中微子 0 0 稳定 0 说明 中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用

分类 正反 粒子 自旋 电荷量 e 重子数 B 轻子数 寿命 10-6 s 轻 子 电子 μ子 τ子 1/2 -1 +1 -1 +1 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1 稳定 2.2 <2.3 中 微 子 稳定        e e − − −        e e + + +  Le L L • 轻子（共12种） 中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。 说明

中微子的自旋方 向（按右螺旋法 则)与运动方向 相反：反中微子 的自旋方向与运 动方向一致。 ·强子分类 分类 粒子名称 自旋 介子 元、 n、 K介子等 整数 玻色子 核子 质子、中子及其反粒子 1/2 重子 费密子 超子 ∧三超子及反粒子 (2超子3/2) K介子和各种超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象

中微子的自旋方 向（按右螺旋法 则）与运动方向 相反；反中微子 的自旋方向与运 动方向一致。 分类 粒子名称 自旋 介子 、  、 K介子等 整数 玻色子 重子 核子 质子、中子及其反粒子 1/2 (Ω超子 3/2) 费密子 超子 ΩΣΛΞ超子及反粒子 • 强子分类 v v v  v  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1023s),表明是在强 相互作用下进行的；而衰变过程很慢（寿命约为108~ 1010s),表明是在弱相互作用下进行的。 二，四种基本相互作用 1,四种基本相互作用的性质 类别 相对强度 力程(m) 作用时间S) 参与离子 强作用 <1015 10-23 强子 电磁作用 ≈102 长程 1020~1016 强子轻子光子 弱作用 1013 ≤1017 ~108 强子轻子 引力作用 ≈10-39 长程 切物质

类别 相对强度 力程(m) 作用时间(s) 参与离子 强作用 1 < 10-15 10-23 强子 电磁作用 ~10-2 长程 10-20 ~ 10-16 强子 轻子 光子 弱作用 ~10-13 < 10-17 ~ 10-8 强子 轻子 引力作用 ~10-39 长程 一切物质 二. 四种基本相互作用 • 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。 1. 四种基本相互作用的性质

2.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 弱作用 强作用 胶子 交换粒子 引力子 光子 (W、W 玻色子 Z粒子) 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。在 相互作用过程中，如果交换的是W+、W-和Z0粒子 就是弱相互作用过程；如果交换的是光子，就是电磁相 互作用过程。 大统一理论 试图将强、电、弱三种相互作用统一起来

2. 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 弱作用 强作用 交换粒子 引力子 光子 胶子 (W+ 、W – Z 0 粒子) 玻色子 • 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。在 相互作用过程中，如果交换的是W + 、 W – 和 Z0 粒子， 就是弱相互作用过程；如果交换的是光子，就是电磁相 互作用过程。 •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一反质子对撞试验中发现了W+、W 和☑心粒子。为60年代提出的弱电统一理论提供了实验上的支持

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。 欧洲核子中心高能质子同步加速器上的UAI 探测器

s18.2 恒定律 一，基本相互作用和守恒定律 守恒量 能 量 角动量 書 从轻子数 e轻子数 重子数 同位旋 黪 奇异数 蒜 相互作用 量 强相互作用 + 十 弱相互作用 + + 电磁相互作用 注： “”表示不守恒；“+” 表示守 恒

守恒量 相互作用 能 量 动 量 角 动 量 电 荷  轻 子 数 e 轻 子 数 重 子 数 同 位 旋 同位 旋分 量 奇 异 数 宇 称 强相互作用 + + + + + + + + + + + 弱相互作用 + + + + + + + - - - - 电磁相互作用 + + + + + + + - + + + 一. 基本相互作用和守恒定律 §18.2 守恒定律 注： “-” 表示不守恒； “+” 表示守 恒

二.宇称守恒定律 镜 左手 右手 物 像 物和其镜面反演象不同，所以不具有镜面反演对称性

左手 右手 二. 宇称守恒定律 镜 物 像 物和其镜面反演象不同，所以不具有镜面反演对称性