1、第18章 粒子物理简介,北京正负电子对撞机 (BEPC) 正电子源照片,一. 粒子的分类,1. 按自旋分类,18.1 粒子和粒子的分类 四种相互作用,2. 共振态粒子 寿命极短（约10-23s）,4. 按相互作用分类,正、反粒子物理量的绝对值都相同，但某些物理量 ( 如电荷、磁矩等 ) 的符号相反。,( 参与),引力子 自旋应为2、静止质量和电荷为零，以光速运动。,光子 自旋为1，是玻色子,3. 正粒子、反粒子,轻子（共12种）,中微子系中性粒子，质量为零，只参与弱相互作用。,说明,中微子的自旋方向（按右螺旋法则）与运动方向相反；反中微子的自旋方向与运动方向一致。,强子分类,v,K 介子和各种
2、超子称为奇异粒子。试验中发现以下现象,二. 四种基本相互作用,协同产生: 一个超子总是和一个或几个K介子同时产生。,奇异粒子协同产生的过程极快(约为10-23s), 表明是在强相互作用下进行的；而衰变过程很慢(寿命约为10-8 10-10s)， 表明是在弱相互作用下进行的。,1. 四种基本相互作用的性质,2. 相互作用是通过交换一定粒子实现的,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。在相互作用过程中，如果交换的是W + 、 W 和 Z0 粒子，就是弱相互作用过程；如果交换的是光子，就是电磁相互作用过程。,大统一理论,试图将强、电、弱三种相互作用统一起来
3、。,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 探测器,一. 基本相互作用和守恒定律,18.2 守恒定律,注： “-” 表示不守恒； “+” 表示守恒,左手,右手,二. 宇称守恒定律,镜,物 像,物和其镜面反演象不同，所以不具有镜面反演对称性 。,镜面反演,任意物理过程 A 过程 B,A、B 过程 遵守的规律相同,都可以实现,宇称守恒定律,粒子都有特定的宇称， 称为 “内禀宇称”，简称 宇称P P = 1（偶宇称） P = -1（奇宇称）,实验表明，在光的发射、
4、吸收过程中，以及在原子核反应和衰变等过程中，系统整体的宇称奇偶性保持变 宇称守恒定律,李政道 杨振宁,在强相互作用和电磁相互作用下宇称守恒定律的正确性是有充分实验根据的，但在弱相互作用下宇称是否守恒当时并没有充分的实验证据。针对、之迷提出弱相互作用过程中宇称不守恒。,8个重子 (自旋1/2 宇称 “+”),18.3 粒子分类的八重法,6个重子形成正6边形的6个顶点，另2个在中心。,1961年提出八重法，对强子分类排列。将具有相同自旋 s 、相同宇称 P 的强子结成一“族”，每族按电荷、奇异数或超荷排列成八重态图、十重态图等 粒子物理中的周期表,水平轴奇异数斜轴 电荷数,在粒子多重态图（自旋为3
5、/2、宇称为“+”）中，有一空位，对应于后来发现的- 超子 。,水平轴奇异数 斜轴 电荷数,9个介子 (自旋0 宇称 “-”),6个形成正6边形，另3个处于中心。,元素周期表表明原子是有内部结构的、原子是由更基本的粒子组成的。强子成功的分成族，表明强子是有内部结构的，强子是由更基本的粒子组成的。,说明,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 c 底夸克 b 顶夸克 t,18.4 强子结构的夸克模型,1. 质子(uud),电荷,重子数,奇异数,自旋,同位旋,2. 奇异粒子（uus）,电荷,重子数,奇异数,自旋,3.+ 介子,重子数,电荷,奇异数,自旋,同位旋分量,介子族的八重态图,重子族八重态图,介子（夸克和反夸克组成）,重子（三个夸克组成）,
