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1、粒子和宇宙粒子和宇宙江苏省新海高级中学江苏省新海高级中学杨杨 杰杰知识：粒子物理学的基础知识宇宙大爆炸理论和恒星的演化过程3感悟：科学发展过程中蕴藏着的科学精神1背景：人们对物质本质的认识是不断深入的2 点击进入 点击进入 点击进入 点击进入1803年道尔顿发现原子 1897年汤姆逊发现电子原子模型1919年卢瑟福发现质子1932年查德威克发现中子石蜡石蜡铍铍人们对物质本质的认识是不断深入的1932年安德森发现正电子 1937年发现子 1947年 发现K介子 介子 对真理的追求永无止境1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在 一套称之为标准模型的粒子物理学模型所
2、预言的62个粒子中的61个都已经得到了实验数据的支持与验证，但仍有一个粒子未被发现。 看上去标准模型马上就要获得决定性的胜利，对物质微观结构的探索已经到达了它的尾声，似乎人类也马上就要听到这一跌宕起伏的，充满了高潮与华彩的探索乐章的终曲，但是仍然有一个粒子，游离在这座辉煌的大厦之外，仿佛一个幽灵，这就是希格斯粒子，而且就是这个粒子可能会击垮整座大厦。 希格斯玻色子（或称希格斯粒子、希格斯子Higgs boson）是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子，至今尚未在实验中观察到。它也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。“上帝粒子”欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(Large Hadron
3、Collider，简称LHC)将有机会发现希格斯粒子。 2012年7月2日，美国能源部下属的费米国家加速器实验室宣布，该实验室最新数据接近证明被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在。 马上观看“这是我们在认识自然道路上的一座里程碑” 欧洲核子研究中心的负责人罗尔夫霍耶尔“别忘了，标准模型只能解释4%的宇宙，” 占宇宙质量96%的暗物质仍没有得到解释， “我们还有很长的路要走”。 返回主页电子质子中子光子正电子 子K介子、 介子p基本粒子p新粒子“基本粒子”不基本一、一、“基本粒子基本粒子”不基本不基本介子超子宇宙射线中质量介于质子、电子之间 介子、K介子质量比质子大的粒子物理性质与已知粒子相等
4、，而电荷量等其他性质相反。新粒子反粒子1932年发明的加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。人们用它进行了许多核物理实验而不再依赖天然的宇宙射线，于是发现了更多的粒子。现在已经发现的粒子达400多种。是参与强相互作用的粒子。质子是最早发现的强子。强子又分为介子和重子是传递各种相互作用的粒子二、粒子的分类二、粒子的分类强子轻子媒介子是不参与强相互作用的粒子。电子是最早发现的轻子。现在还没发现轻子的内部结构光子中间玻色子胶子电磁相互作用弱相互作用强相互作用按照粒子与各种相互作用的不同关系类别相对强度力程(m)作用时间(s)参与离子强作用1 10-1510-23强子电磁作用10-2长程10-20 1
5、0-16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长程一切物质四种基本相互作用四种基本相互作用相互作用是通过交换一定粒子实现的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玻色子 (W+ 、WZ0 粒子)胶子 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。大统一理论试图将强、电、弱三种相互作用统一起来。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
6、器强子结构的夸克模型强子结构的夸克模型 下夸克下夸克 d 上夸克上夸克 u 奇夸克奇夸克 s强子结构夸克模型 (1964年 ) ： 介子（夸克和反夸克组成） 重子（三个夸克组成）粲夸克粲夸克 c 底夸克底夸克 b 顶夸克顶夸克 t夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷目前人们对夸克的认识还是很初步的，科学家们直到今天都还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”能否解放被禁闭的夸克，是21世纪物理学面临的重大课题之一 返回主页 正如诺贝尔物理学奖获得者格拉肖所说：“隐藏在原子内心的，是宇宙结构的秘密。”研究微观世
7、界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论相互沟通、相互支撑。三、宇宙的演化w大爆炸理论 (The Big Bang Theory)w宇宙从一个“奇点”爆炸产生大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生时间的零点从大爆炸到太阳系合成大爆炸夸克轻子胶子轻子时代 氢原子强子时代核合成恒星、星系恒星的演化 大爆炸星云团恒星诞生氢核聚变白矮星、中子星、黑洞氦核聚变宇宙尘埃猎户座大星云，距太阳系约1700光年，在冬季的南部天空肉眼依稀可见。粒子物理和宇宙学殊途同归 返回主页我的书库在线搜索下载管理应用展示我的文档我的图片赵忠尧王淦昌 杨振宁丁肇中吴健雄李政道searchsearch科学足迹华人物华人物理学家理学家证实了衰变中的宇称不守恒 大胆创新 勇于探索 射线在重元素中的反常吸收 预言了反超子的存在 在弱相互作用下宇称不守恒 发现新粒子粒子巨大的贡献未来已经来临只是还未惠及所有人谢谢！
