第十九章 原子核 第8節(jié) 粒子和宇宙,比比誰小,分子由_構(gòu)成，不同原子構(gòu)成_分子，相同原子構(gòu)成_分子。 原子是由位于中心的_和核外高速旋轉(zhuǎn)的_構(gòu)成的。 （電子帶_電，原子核帶_電） 原子核是由_和_構(gòu)成的。 （質(zhì)子帶_電，中子_電） 質(zhì)子和中子都是由_組成的。,原子,化合物,單質(zhì),原子核,電子,負(fù),正,質(zhì)子,中子,不帶,夸克,正,蓋爾曼 （夸克）,道爾頓 （原子）,湯姆遜 （電子）,盧瑟福（質(zhì)子）,查德威克（中子）,蓋爾曼 （夸克）,發(fā)現(xiàn)各種微粒的科學(xué)家,1995美國費米國家加速器實驗室證實了頂夸克(Top Quark)的存在,一、“基本粒子”不基本,粒子的分類,1、按自旋分類,2、共振態(tài)粒子 壽命極短（約10-23s）,二、發(fā)現(xiàn)新的粒子,4、按相互作用分類( 參與),正、反粒子物理量的絕對值都相同，但某些物理量 ( 如電荷、磁矩等 ) 的符號相反。,引力子：自旋應(yīng)為2、靜止質(zhì)量和電荷為零，以光速運動。,光子：自旋為1，是玻色子,3、正粒子、反粒子,輕子（共12種）,中微子系中性粒子，質(zhì)量為零，只參與弱相互作用。,說明,強(qiáng)子分類,K 介子和各種超子稱為奇異粒子。試驗中發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象,協(xié)同產(chǎn)生: 一個超子總是和一個或幾個K介子同時產(chǎn)生。,奇異粒子協(xié)同產(chǎn)生的過程極快(約為10-23s), 表明是在強(qiáng) 相互作用下進(jìn)行的；而衰變過程很慢(壽命約為10-8 10-10s)， 表明是在弱相互作用下進(jìn)行的。,強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的夸克模型,下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s,強(qiáng)子結(jié)構(gòu)夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克組成） 重子（三個夸克組成）,粲夸克 c 底夸克 b 頂夸克 t,三、夸克模型,1、質(zhì)子 (uud),電荷,重子數(shù),奇異數(shù),自旋,同位旋,2、奇異粒子 （uus）,電荷,重子數(shù),奇異數(shù),自旋,3.+ 介子,重子數(shù),電荷,奇異數(shù),自旋,同位旋分量,四種基本相互作用,1、四種基本相互作用的性質(zhì),相互作用是通過交換一定粒子實現(xiàn)的,引力子尚未被實驗證實,弱電統(tǒng)一理論:電磁相互作用和弱相互作用被看作是一種相互作用。,大統(tǒng)一理論試圖將強(qiáng)、電、弱三種相互作用統(tǒng)一起來。,1983年，魯比亞實驗組在高能質(zhì)子反質(zhì)子對撞試驗中發(fā)現(xiàn)了W +、W -和 Z0 粒子。為60年代提出的弱電統(tǒng)一理論提供了實驗上的支持。,歐洲核子中心高能質(zhì)子同步加速器上的UAI 探測器,宇宙從何而來？,大爆炸理論 (The Big Bang Theory) 宇宙從一個“奇點”爆炸產(chǎn)生,大爆炸是在無限的宇宙各處同時產(chǎn)生 時間的零點,四、宇宙的演化,早在1929年，埃德溫哈勃作出了一個具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)，即不管你往哪個方向看，遠(yuǎn)處的星系正急速地遠(yuǎn)離我們而去。換言之，宇宙正在不斷膨脹。這意味著，在早先星體相互之間更加靠近。事實上，似乎在大約100億至200億年之前的某一時刻，它們剛好在同一地方，所以哈勃的發(fā)現(xiàn)暗示存在一個叫做大爆炸的時刻，當(dāng)時宇宙無限緊密。 1950年前后，伽莫夫第一個建立了熱大爆炸的觀念。這個創(chuàng)生宇宙的大爆炸不是習(xí)見于地球上發(fā)生在一個確定的點，然后向四周的空氣傳播開去的那種爆炸，而是一種在各處同時發(fā)生，從一開時就充滿整個空間的那種爆炸，爆炸中每一個粒子都離開其它每一個粒子飛奔。事實上應(yīng)該理解為空間的急劇膨脹。"整個空間"可以指的是整個無限的宇宙，或者指的是一個就象球面一樣能彎曲地回到原來位置的有限宇宙。 根據(jù)大爆炸宇宙論，甚早期的宇宙是一大片由微觀粒子構(gòu)成的均勻氣體，溫度極高，密度極大，且以很大的速率膨脹著。這些氣體在熱平衡下有均勻的溫度。這統(tǒng)一的溫度是當(dāng)時宇宙狀態(tài)的重要標(biāo)志，因而稱宇宙溫度。氣體的絕熱膨脹將使溫度降低，使得原子核、原子乃至恒星系統(tǒng)得以相繼出現(xiàn)。,大爆炸宇宙論,從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來，通過幾十年的努力，宇宙學(xué)家們?yōu)槲覀児串嫵鲞@樣一部宇宙歷史： 大爆炸開始時 150200億年前，極小體積，極高密度，極高溫度。 大爆炸后10-43秒 宇宙從量子背景出現(xiàn)。 大爆炸后10-35秒 同一場分解為強(qiáng)力、電弱力和引力。 大爆炸后10-5秒 10萬億度，質(zhì)子和中子形成。 大爆炸后0.01秒 1000億度，光子、電子、中微子為主，質(zhì)子中子僅占10億分之一，熱平衡態(tài)，體系急劇膨脹，溫度和密度不斷下降。 大爆炸后0.1秒后 300億度，中子質(zhì)子比從1.0下降到0.61。 大爆炸后1秒后 100億度，中微子向外逃逸，正負(fù)電子湮沒反應(yīng)出現(xiàn)，核力尚不足束縛中子和質(zhì)子。 大爆炸后13.8秒后 30億度，氘、氦類穩(wěn)定原子核（化學(xué)元素）形成。 大爆炸后35分鐘后 3億度，核過程停止，尚不能形成中性原子。 大爆炸后30萬年后 3000度，化學(xué)結(jié)合作用使中性原子形成，宇宙主要成分為氣態(tài)物質(zhì)，并逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體云塊，直至恒星和恒星系統(tǒng)。,粒子物理和宇宙學(xué)殊途同歸,五、恒星的演化,例1、中子內(nèi)有一個電荷量為+2e/3 的上夸克和兩個電荷量為的 -1e/3 下夸克，一簡單模型是三個夸克都在半徑為r 的同一圓周上，如圖1所示。圖2給出的四幅圖中，能正確表示出各夸克所受靜電作用力的是:,A B C D,