第5節(jié)“基本”粒子第五章

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選擇性必修第三冊(cè)發(fā)現(xiàn)新粒子01粒子的分類02典例分析03新課導(dǎo)入圖中顯示的是質(zhì)子對(duì)質(zhì)子碰撞后粒子的軌跡。20世紀(jì)，人們通過(guò)對(duì)粒子碰撞和宇宙線的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了很多新粒子。這些新發(fā)現(xiàn)的粒子分為哪幾類？彼此間有什么關(guān)系？道爾頓（原子）湯姆遜（電子）盧瑟福（質(zhì)子）查德威克（中子）科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)基本粒子基本粒子不基本發(fā)現(xiàn)新粒子PART011931——1970年發(fā)現(xiàn)的新粒子1、部分新粒子的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)年代21971——2001年發(fā)現(xiàn)的新粒子大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)部設(shè)備的一個(gè)局部1932年發(fā)明的粒子加速器，能使帶電粒子加速到很高的能量。讓這些高能粒子彼此對(duì)撞，就能產(chǎn)生更多的粒子，這種裝置稱為對(duì)撞機(jī)?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子達(dá)到400多種年份發(fā)現(xiàn)的粒子年份發(fā)現(xiàn)的粒子1931—1940正電子、u子1971—1980τ子、膠子、J/Ψ介子1941—1950K介子、π介子1981—1990W和Z玻色子1951—1960反質(zhì)子電子中微子1991—2000τ子中微子1961—1970u子中微子2000年至今希格斯玻色子①研究宇宙線發(fā)現(xiàn)新的粒子②利用加速器發(fā)現(xiàn)新的粒子粒子的質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過(guò)去發(fā)現(xiàn)的粒子相同，電荷等其他性質(zhì)相反。例如：由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)叫反物質(zhì)

反粒子（反物質(zhì)）最顯著的特點(diǎn)是當(dāng)它們與相應(yīng)的正粒子（物質(zhì)）相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生“湮滅”，即同時(shí)消失而轉(zhuǎn)化成其他的粒子。質(zhì)子和反質(zhì)子等電子和正電子威爾遜云室里正電子“軌跡”2、反粒子粒子的分類PART021、強(qiáng)子：參與強(qiáng)相互作用的粒子。2、輕子：不參與強(qiáng)相互作用的粒子。電子電子中微子μ子μ子中微子τ子和τ子中微子輕子（6種）質(zhì)子中子根據(jù)相互作用的性質(zhì)分類3、規(guī)范玻色子：傳遞各種相互作用的粒子。光子中間玻色子（W和Z玻色子）膠子傳遞弱相互作用4、希格斯玻色子：希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)。傳遞電磁相互作用傳遞強(qiáng)相互作用希格斯玻色子別稱上帝粒子，是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的一種自旋為零的玻色子。2012年7月4日科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新粒子，與希格斯玻色子特征有吻合之處。

現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子達(dá)400多種。它們大體可被分為強(qiáng)子、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子幾種類別。特點(diǎn)粒子強(qiáng)子參與強(qiáng)相互作用質(zhì)子和中子輕子不參與強(qiáng)相互作用電子、電子中微子、u子、u子中微子、τ子、τ子中微子規(guī)范玻色子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子希格玻色子希格斯場(chǎng)的量子激發(fā)夸克與粒子物理標(biāo)注模型

夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分?jǐn)?shù)電荷。拓展學(xué)習(xí)1964年，美國(guó)科學(xué)家蓋爾曼等人提出了夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子由更基本的成分組成，這種成分叫作夸克。下夸克d上夸克u奇夸克s粲夸克c底夸克b頂夸克t介子（夸克和反夸克組成）質(zhì)子中子重子（三個(gè)夸克組成）每種夸克都有對(duì)應(yīng)的反夸克1、夸克模型夸克的“禁閉”：夸克不能以自由的狀態(tài)單個(gè)出現(xiàn)夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分?jǐn)?shù)電荷。在夸克模型的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們發(fā)展出了描述強(qiáng)相互作用的系統(tǒng)理論——量子色動(dòng)力學(xué)。以量子色動(dòng)力學(xué)和電弱統(tǒng)一理論為核心，人們已經(jīng)完成了一整套關(guān)于粒子的理論，稱為粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型。2、夸克模型的意義

標(biāo)準(zhǔn)模型和大量實(shí)驗(yàn)吻合得很好，取得了很大的成功。在標(biāo)準(zhǔn)模型中，夸克、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯玻色子是組成物質(zhì)的幾類最基本的粒子。3、粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型華人科學(xué)家在粒子物理學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)趙忠堯(1902-1998)第一個(gè)發(fā)現(xiàn)正電子的人，比安德遜早兩年。王淦昌(1907-1998)探測(cè)中微子的理論，發(fā)現(xiàn)超子的反粒子，研究宇宙線中介子衰變吳健雄(1912-1997）實(shí)驗(yàn)證明了在弱相互作用中的宇稱不守恒科學(xué)漫步華人科學(xué)家在粒子物理學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)楊振寧（1922-）提出基本粒子第一個(gè)復(fù)合模型，宇稱不守恒理論，1955年獲諾貝爾獎(jiǎng)李政道（1926-）主要從事粒子物理和場(chǎng)論領(lǐng)域的研究，宇稱不守恒理論，1955年獲諾貝爾獎(jiǎng)丁肇中(1936-)發(fā)現(xiàn)J粒子，領(lǐng)導(dǎo)阿爾法磁譜儀項(xiàng)目，1976年獲諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)漫步典例分析PART03【例題】關(guān)于粒子，下列說(shuō)法正確的是()A．電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子B．強(qiáng)子都是帶電的粒子C．夸克模型是研究各類粒子結(jié)構(gòu)的理論D．夸克模型說(shuō)明電子電荷不再是電荷的最小單位小試牛刀D小試牛刀C【例題】(多選)關(guān)于人們發(fā)現(xiàn)的新粒子,下列說(shuō)法正確的是()A.許多粒子都有自己的反粒子B.電子屬于輕子C.質(zhì)子屬于強(qiáng)子D.光子屬于輕子ABC小試牛刀【例題】目前普遍認(rèn)為,質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的。u夸克所帶的電荷量為

,d夸克所帶的電荷量為,e為元電荷,下列論斷中可能正確的是()BA.質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成,中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成B.質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成,中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成C.質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成,中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成D.質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成,中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成小試牛刀【例題】(多選)下列說(shuō)法正確的是()A.目前還未發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)B.自然界存在著的能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律及電荷守恒定律,對(duì)基本粒子不適用C.反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí),會(huì)發(fā)生湮滅現(xiàn)象D.強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子,質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子ACD小試牛刀【例題】太陽(yáng)放出的大量中微子向地球飛來(lái)，但實(shí)驗(yàn)測(cè)定的數(shù)目只有理論的三分之一，后來(lái)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)中微子在向地球傳播過(guò)程中衰變成一個(gè)μ子和一個(gè)τ子.若在衰變過(guò)程中μ子的速度方向與中微子原來(lái)的方向一致，則τ子的運(yùn)動(dòng)方向（）A.一定與μ子同方向B.一定與μ子反方向C.一定與μ子在同一直線上D.不一定與μ子在同一直線上C小試