• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.作用
  • 4.性质
  • 5.基本粒子
  • 5.1.电子发现
  • 5.2.原子核
  • 5.3.介子
  • 5.4.夸克
  • 5.5.轻子
  • 5.6.强子族
  • 6.最新进展
  • 6.1.电子可分
  • 6.2.发现新粒子
  • 6.3.结语
  • 7.参考资料

粒子

物理学概念

粒子(particle)指能够以自由状态存在的最小物质组分。最早发现的粒子是原子电子质子,1932年又发现中子,确认原子由电子、质子和中子组成,它们比起原子来是更为基本的物质组分,于是称之为基本粒子。以后这类粒子发现越来越多,累计已超过几百种,且还有不断增多的趋势;此外这些粒子中有些粒子迄今的实验尚未发现其有内部结构,有些粒子实验显示具有明显的内部结构。看来这些粒子并不属于同一层次,因此基本粒子一词已成为历史,如今统称为粒子。粒子并不是像中子、质子等实际存在的具体的物质,而是它们的统称,是一种模型理念。

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基本信息

  • 中文名

    粒子

  • 外文名

    particle1

  • 别名

    基本粒子

  • 定义

    指构成一切物质实体的基本成分

  • 领域

    核能

  • 学科

    核物理

作用

规范粒子:光子-内部结构模型图

粒子之间存在着相互作用,有 强相互作用、 电磁相互作 用、 弱相互作用和引力相互作用,其中引力相互作用非常弱,可以忽略。通过这些相互作用,产生新粒子或发生粒子衰变等粒子转化现象。按照参与相互作用的性质将粒子分成以下几类:①规范粒子。即传递相互作用的媒介粒子,已发现的有传递电磁作用的 光子和传递 弱作用的W、Z粒子。② 轻子。不直接参与 强作用可直接参与电磁作用和弱作用的粒子,已发现的有电子、 μ子、τ子和相伴的电子 中微子ve、 μ子中微子、 τ子中微子及它们的反粒子共12种。③ 强子。直接参与强作用,也参与电磁作用和弱作用的粒子。其中 自旋为 整数的强子称为 介子,自旋为 半整数的强子称为 重子。强子的数目众多,其中大部分是通过强作用衰变的粒子,其寿命极短,是不稳定的粒子,也称为 共振态

性质

各种粒子分别有各自的内禀性质, 有粒子的质量m( 静质量,以能量表示)、寿命τ(平均寿命,指静止系的平均寿命)、电荷Q(以质子的电荷为单位)、自旋J(以为单位)、 宇称P、 同位旋I、同位旋第3分量I3、 重子数B、 轻子数Le、、Lr、 奇异数S、 粲数C 、 底数d等等。

在现有实验的精度下,轻子的行为类似点粒子,没有显示出具有内部结构,而强子显示是复合粒子,具有一定的结构。按照现代粒子物理的观点,介子由一对正反 夸克构成,重子由3个夸克构成,轻子和夸克属于同一层次。

基本粒子

构成一切物质实体的基本成分;也指 量子理论中有基本力的粒子。

严格地说,基本粒子是不能再分解为任何组成部分的粒子。在这一定义下,只有 夸克和轻子两种基本粒子。但是,虽然质子和 中子由夸克组成,这两类重子都不可能分解为它们的夸克成分,因为独立的夸克是不能存在的。所以,尽管质子和中子以及其他重子由夸克组成,它们常被看成是基本粒子。

电子发现

直到19世纪末, 原子一直被认为是物质的基本建筑砌块。后来,英国 粒子物理学先驱、剑桥卡文迪什实验室的 约瑟夫·约翰·汤姆逊(Joseph John Thomson,1856—1944),发现原子产生的一种辐射能够用原子自身分裂出来的带电微粒流来解释,知道这种带电微粒就是电子。

原子核

既然电子带负电荷,而原子呈电中性,很明显,原子内部必然有另外的带 正电荷的粒子,以抵消电子的负电荷。20世纪初叶,工作于曼彻斯特的新西兰裔物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford,1871—1937) (后来继 汤姆孙任卡文迪什实验室主任)证明,这一正电荷与原子的大部分质量一起,都集中在很小的中心核内。

起初人们认为,原子核是电子与荷正电的质子的混合物。到了1932年,也在卡文迪什实验室工作的詹姆斯·查特威克(James Chadwick,1891—1937)才发现了不带电的质量几乎与质子一样的 中子。于是 原子核被解释成由强核相互作用,或强力,维持在一起的质子和中子的集合。

那时,这三种粒子——电子、 质子和中子

——似乎是构成一切物质的仅有基本粒子,但 宇宙射线研究和粒子 加速器中高能 粒子束互相轰击的实验却表明,还存在其他类型‘ 亚原子’粒子;不过这些‘新’粒子是不稳定的,它们将迅速‘衰变’成其他粒子簇射,以我们熟悉的电子、质子和中子告终。

重要的是应该懂得,这些新粒子根本不是存在于 粒子加速器中互相轰击的粒子(如质子)的‘内部’;它们是从注入加速器的能量中,按照阿尔伯特` 爱因斯坦的公式 (或者,在所讨论的情况下,更恰当的是)创造出来的。

然而,在它们的短暂寿命期间,它们是具备质量和电荷等特征的真正粒子。这样的粒子,应该曾经在大爆炸的高能条件下大量出现。