西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 物质世界的结构层次 第一节 基本粒子及其相互作用

大学物理 第二章物质世界的结构层次 物质世界的空间尺度—宇宙的42个台阶 哈勃半径 宇宙学粒子物理的奇妙衔接 超新星系 粒子 星系团 原子核 E15 银河系 E12 原子 E+18 最近恒星 E-oN 的距离 E-LD 最小的 细胞 太阳系 E+03 DNA长度 太阳 人类 脉 第2页共35页

大学物理 第2页 共35页 一、物质世界的空间尺度——宇宙的42个台阶 宇 宙 学 、 粒 子 物 理 的 奇 妙 衔 接 第二章 物质世界的结构层次

大学物理 渺观:1035m 微观:107m,各种凝聚态,显示粒子性 服从因果规律。牛顿力学描述。 宇观:天体物理 胀观:1040m~1016亿光年 第3页共35页

大学物理 第3页 共35页 胀观: 1040m ~1016亿光年 实 物 物 质 微观： 10-7 m，各种凝聚态，显示粒子性， 服从因果规律。牛顿力学描述。 渺观：10-35m 介观：性质上介于微观与宏观 宇观: 天体物理

大学物理 二、宇宙中物体的质量量级—跨跃了约80个数量级 地珲 阳 活性细框 飞机 小行星 100 10 2 自然界的奥秘何在? 科学的基本原理之一:万物都是由难以观察到 的 微小 第4页共35页

大学物理 第4页 共35页 二、宇宙中物体的质量量级——跨跃了约80个数量级 科学的基本原理之一：万物都是由难以观察到 的微小粒子组成的。 自然界的奥秘何在？

大学物理 物质世界的时间尺度 星系形成:50亿年 宇宙年龄: 130~200亿年≈10°s 地球年龄 大爆炸 46×10年=10s 地球 第5页共35页

大学物理 第5页 共35页 三、物质世界的时间尺度 10 s 18  宇宙年龄： 130 ~200亿年 星系形成：50亿年 地球年龄: 4.6 10 10 s 9 17  年 =

大学物理 大气形成:≈8×10年=10s生命的诞生:约40亿年 脊椎动物:约6亿年 Asphere 外大气层 人类出现104s~3×0年 Atmospheric layers earth's atun divided into five natm layers. 热电离层 Thermosphere 平流层 Stratosphere 臭氧层 Ozone lay Mesosphere中间层 ayer Troposphere对流层 第6页共35页

大学物理 第6页 共35页 大气形成: 8 10 10 s 8 16   年= 热电离层 对流层 中间层 平流层 外大气层 臭氧层 生命的诞生：约40亿年 脊椎动物： 约6亿年 人类出现 1014 s ~ 3106 年

大学物理 生 生命起源 物 3000 的 进 化 海洋无脊椎动物 若干百万年以前 海洋脊椎动物 500 灵长类 300 陆生植物 爬行动物 哺乳动物 真核细胞 生物进化的螺旋 第7页共35页

大学物理 第 7 页 共35 页 生物的进化

大学物理 地球公转3×107s 月球公转26×106 地球自转105s 百米跑10s 市电周期10-s 中子寿命103s 介子寿命10。~10s 中间玻色子寿命10s 108s~10-24s共计跨越了42个数量级 第8页共35页

大学物理 第8页 共35页 地球公转 3 10 s 7  月球公转 2.6 10 s 6  地球自转 10 s 5 中子寿命 10 s 3 百米跑 10s 市电周期 10 s −2 介子寿命 10 ~ 10 s −8 −17 中间玻色子寿命 10 s −24 10 s ~10 s 18 −24 共计跨越了42个数量级

大学物理 第一节基本粒子及其相互作用 基本粒子:人类迄今为止尚未 发现其内部结构的 “点”粒子,是一个 不断向更深层次转 移的动态概念。 标准模型:1964年美国盖尔曼提出,1969年斯坦福直 线加速器中心电子—核子撞击实验首次 验证,获当年诺贝尔物理奖。 要点:三大家族、四种相互作用 基本粒子特征:质量、电荷、自旋、寿命 第9页共35页

大学物理 第9页 共35页 第一节 基本粒子及其相互作用 要点：三大家族、四种相互作用 基本粒子特征：质量、电荷、自旋、寿命…… 基本粒子：人类迄今为止尚未 发现其内部结构的 “点”粒子，是一个 不断向更深层次转 移的动态概念。 标准模型：1964年 美国盖尔曼提出，1969年斯坦福直 线加速器中心电子 —— 核子撞击实验首次 验证，获当年诺贝尔物理奖

大学物理 分类:三大家族 基本粒子分类 1.规范粒子 场粒子,传递相互作用的媒介,共13种。 光子(20世纪20年代)传递电磁相互作用 中间玻色子(3种)(20世纪7080年代) 传递弱作用 胶子(8种)(已有实验基础) 传递强作用 引力子(尚未发现) 传递引力作用 第10页共35页

大学物理 第10页共35页 光子（20世纪20年代） —— 传递电磁相互作用 中间玻色子(3种) （20世纪70~80年代） —— 传递弱作用 胶子 (8种) （已有实验基础） —— 传递强作用 引力子（尚未发现） —— 传递引力作用 1.规范粒子： 场粒子，传递相互作用的媒介,共13种。 一、基本粒子分类 分类：三大家族

大学物理 规范粒子 名称符号静质量电荷自旋 传递的 MeⅤ 方 寿命s 相互作用 光子y 电磁 中间W± 80600±400±11 (2.93±0.18)×1025 玻色子 弱 91161±31 (2.60±0.03)×1025 胶子(g) 01 强 引力子 2 引力 玻色子 第11页共35页

大学物理 第11页共35页 规范粒子 名称 符号 静质量 MeV 电荷 e 自旋  寿命s 传递的 相互作用 光子 中间 玻色子 胶子 引力子  Z0 W  (g) ? ? 0 0 0 0 0 0 1 1 1 2 1 引力   0 1 电磁 弱 强 25 25 (2.60 0.03) 10 (2.93 0.18) 10 − −     91161 31 80600 400   玻色子