高中物理198　粒子和宇宙課件人教版選修3-5

1、第十九章 原子核,第八節(jié) 粒子和宇宙,比比誰小,分子由______構成，不同原子構成_______分子，相同原子構成_______分子。原子是由位于中心的_______和核外高速旋轉的______構成的。（電子帶___電，原子核帶___電）原子核是由_____和_____構成的。（質子帶___電，中子_______電）質子和中子都是由_____組成的。,原子,化合物,單質,原子核,電子,負,正,質子,中子,不帶,夸克,正,,蓋

2、爾曼（夸克）,,,道爾頓（原子）,湯姆遜（電子）,盧瑟福（質子）,查德威克（中子）,蓋爾曼（夸克）,,,,發(fā)現(xiàn)各種微粒的科學家,一、“基本粒子”不基本,1995美國費米國家加速器實驗室證實了頂夸克(Top Quark)的存在,,二、發(fā)現(xiàn)新的粒子,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）,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

3、) 的符號相反。,引力子 自旋應為2、靜止質量和電荷為零，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，質量為零，只參與弱相互作用。,說明,,強子分類,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 相互作用下進行的；而衰變過程很慢(壽命約為10-8 ～

4、 10-10s)， 表明是在弱相互作用下進行的。,強子結構的夸克模型,強子結構夸克模型 (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.π+ 介子,重子數(shù),電荷,奇異數(shù),自旋,同位旋分量,四種

5、基本相互作用,1. 四種基本相互作用的性質,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、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子—反質子對撞試驗中發(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子同步加速器上的UAI 探測器,四、宇宙的演化,宇宙——從何而來？,大爆

6、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,,,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，遠處的星系正急速地遠離我們而去。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，當時

7、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

8、，甚早期的宇宙是一大片由微觀粒子構成的均勻氣體，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)一的溫度是當時宇宙狀態(tài)的重要標志，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，宇宙學家們?yōu)槲覀児串嫵鲞@樣一部宇宙歷史：大爆炸開始時 150－200億年前，極小體積，極高密度，極高溫度。 大爆炸

9、后10-43秒 宇宙從量子背景出現(xiàn)。 大爆炸后10-35秒 同一場分解為強力、電弱力和引力。 大爆炸后10-5秒 10萬億度，質子和中子形成。 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，正負電子湮沒反應出現(xiàn)，核力尚不足束縛中子和質

10、子。 大爆炸后13.8秒后 30億度，氘、氦類穩(wěn)定原子核（化學元素）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，化學結合作用使中性原子形成，宇宙主要成分為氣態(tài)物質，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)。,五、恒星的演化,粒子物理和宇宙學殊途同歸,17．(2004天津) 中子內有一個電荷量為+2e/3 的上夸克和兩個電荷量為的 -1e/3 下夸克，