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§5.5 “基本”粒子
20世纪30年代以来，人们是通过对宇宙射线的研究中发现了一些新的粒子
这些新发现的粒子分为哪几类？彼此间有什么关系？
问题与思考：
道尔顿（原子）
汤姆逊（电子）
卢瑟福（质子）
查德威克（中子）
盖尔曼（夸克）
发现新粒子：
从20 世纪30 年代以来，人们在对宇宙线的研究中陆续发现了一些新的粒子。
1931——1970年发现的新粒子
21971——2001年发现的新粒子
大型强子对撞机
1932年发明的粒子加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。让这些高能粒子彼此对撞，就能产生更多的粒子，这种装置称为对撞机。
现在已经发现的粒子达到400多种
对新粒子的认识历程
发现时间 1932年 1937年 1947年 20世纪60年代后
新粒子 反粒子 μ子 K介子与π介子 超子
基本特点 质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反 比质子的质量小　　 质量介于电子与核子之间 其质量比质子大
1．“基本”粒子不基本
1897年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。继而我们发现了光子，并认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？
发现了电子、质子和中子后，许多人认为光子和它们是组成物质的“基本粒子”。
逐渐发现了数以百计的不由质子、中子、电子组成的新粒子；又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子。
19世纪末都认为原子是组成物质的最小微粒。
1932年发现了正电子,
后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大，叫做超子。
2．发现新粒子
1947年发现了K介子和 介子.
1937年发现了 子,
粒子加速器有助于发现更多的新粒子
反粒子
质量、寿命、自旋等物理性质相同而电荷等其他性质相反的粒子。
电子
正电子
质子
反质子
现在已经发现的粒子达到400多种。
1.强子：参与强相互作用的粒子。
例如：质子。
强子又分为介子和重子两类。
2.轻子：不参与强相互作用的粒子。
例如：电子和电子中微子、μ子和μ子中微子、τ子和τ子中微子。
每种轻子都有对应的反粒子。τ子质量比核子大。现代实验还没有发现轻子的内部结构。
3.媒介子：传递各种相互作用的粒子。
如：光子、中间玻色子、胶子。
分别传递电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用。
3.粒子的分类
按照粒子与各种相互作用的不同关系，将粒子分为三类。
粒子的分类 概念 实例
强子 参与强相互作用的粒子 质子、中子
轻子 不参与强相互作用的粒子
规范玻色子 传递各种相互作用的粒子 光子、中间玻色子（W和Z玻色子）、胶子
希格斯玻色子 希格斯场的量子激发 基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量
粒子的分类
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克(Top Quark)的存在
拓展学习：
原子核的结构
夸克与粒子物理标准模型
3．夸克模型
1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。
下夸克d 上夸克u 奇夸克s
粲夸克c 底夸克b 顶夸克t
介子（夸克和反夸克组成）
质子
中子
重子（三个夸克组成）
每种夸克都有对应的反夸克
科学家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。
到目前为止，人们已经从实验中发现了所有6种夸克及其反夸克存在的证据。
1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克的存在。
夸克模型
夸克 质量 电荷 e 自旋 重子数 同位旋 同位旋分量 奇异数 超荷 粲数 底数 顶数
d 下夸克 0.008 -1/3 1/2 1/3 1/2 -1/2 0 +1/3 0 0 0
u 上夸克 0.004 2/3 1/2 0 +1/3 0 0 0
s 奇夸克 0.15 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0 0
c 粲夸克 1.5 2/3 0 +1/3 +1 0 0
b 底夸克 4.7 -1/3 0 +1/3 0 +1 0
t 顶夸克 174 2/3 0 +1/3 0 0 +1
粒
子
媒介子
轻子
(6种)
强子
光子（传递电磁相互作用）
胶子（传递强相互作用）
电子和电子中微子
μ子和μ子中微子
τ子和τ子中微子
质子
中子
介子
超子
上夸克
下夸克
奇夸克
粲夸克
底夸克
顶夸克
夸克
标准模型中最基本的粒子类型
夸克
规范玻色子
轻子
希格斯玻色子
夸克与粒子物理标准模型
类别 相对强度 力程(m) 作用时间(s) 参与离子
强作用 1 < 10-15 10-23 强子
电磁作用 ~10-2 长程 10-20 ~ 10-16 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
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+ 、W–Z0 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。
1.关于粒子，下列说法正确的是( )
A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子
B.强子都是带电粒子
C.夸克模型是探究三大类粒子结构的理论
D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
D
小试牛刀
2. 关于粒子的分类，目前人们认为构成粒子世界的三类粒子是( )
A.媒介子、夸克、强子
B.夸克、轻子、强子
C.媒介子、轻子、强子
D.质子、中子、电子
C
小试牛刀
3.关于粒子，下列说法中正确的是(　　)
A．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子
B．质量比核子大的粒子都参与强相互作用
C．强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子夸克组成
D．许多粒子都存在反粒子
D
小试牛刀
4．为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪（AMS）在太空中寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的。“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反，则反氢原子是（　　）
A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成
B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
B
小试牛刀
5．关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是（　 　）
A．许多粒子都有自己的反粒子
B．把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系
C．质子属于强子
D．光子属于轻子
ABC
小试牛刀
6．以下说法正确的是（　　）
A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子
B．质子、中子、介子和超子都属于强子
C．现代实验发现强子、轻子都有内部结构
D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子
B
小试牛刀
华人科学家在粒子物理学领域的杰出贡献
赵忠尧(1902-1998)
第一个发现正电子的人，比安德逊早两年。
王淦昌(1907-1998)
探测中微子的理论，发现超子的反粒子，研究宇宙线中介子衰变
李政道（1926-）
主要从事粒子物理和场论领域的研究，宇称不守恒理论，1955年获诺贝尔奖
吴健雄(1912-1997）
实验证明了在弱相互作用中的宇称不守恒
杨振宁（1922-）
提出基本粒子第一个复合模型，宇称不守恒理论，1955年获诺贝尔奖
丁肇中(1936-)
发现J粒子，领导阿尔法磁谱仪项目，1976年获诺贝尔奖
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