高三物理粒子物理学及其应用.ppt

高三物理粒子物理学及其应用 第一页，共三十五页，2022年，8月28日 第三篇 粒子物理学及其应用 第二页，共三十五页，2022年，8月28日 第三篇 粒子物理学及其应用 一、基本粒子概念的发展和粒子的 分类 二、轻子 三、夸克 四、四种基本相互作用 五、粒子探测器 六、粒子物理的应用 第三页，共三十五页，2022年，8月28日 一、基本粒子概念的发展和粒子的分类 1、基本粒子概念的发展 ⑴ 古代对物质结构的猜想 我国夏朝：金、木、水、火、土五行学说 古希腊：水、火、土、空气组成物质 （德谟克利特）提出了原子论（公元前3世纪） ⑵ 近代对物质结构的认识 道尔顿的原子论：每一种元素都代表一种特定的原子，不同元素的原子的性质不同。 第四页，共三十五页，2022年，8月28日 ⑶ 现代对物质结构认识的飞跃 1911年，卢瑟福的原子核式结构模型——原子由原子核和电子组成； 1932年，确认中子的存在——原子核由中子和质子组成；（三种基本粒子） 1932年，安德森发现正电子；µ子、 л介子和第一个奇异粒子被发现； 20世纪50年代以后，夸克的发现——构成物质的基本粒子共有12种，包括6种轻子和6 种夸克。至目前，尚未发现这12种粒子有内部结构。 第五页，共三十五页，2022年，8月28日 2、基本粒子的分类 ⑴ 轻子 ⑵ 夸克 ⑶ 规范粒子 ⑷ Higgs粒子（未发现） 第六页，共三十五页，2022年，8月28日 二、轻子 轻子——不参与强相互作用的粒子。 6种轻子按其发现的年代和性质，分为三代；轻子同一代之间才发生相互作用。 第七页，共三十五页，2022年，8月28日 三代轻子的电荷和质量 第八页，共三十五页，2022年，8月28日 1、电子的发现 ⑴ 电子是最早发现的基本粒子。1897年汤姆逊在测定阴极射线粒子荷质比时发现。 电子的静止质量为 电子带负电荷 第九页，共三十五页，2022年，8月28日 ⑵ 正电子的发现 1928年，狄拉克从理论上预言了正电子的存在； 1932年安德森在宇宙射线中发现了正电子。 正电子的质量与电子相等。 正电子带与电子等量的正电荷。 第十页，共三十五页，2022年，8月28日 2、μ子和τ子的发现 μ子有带负电的和带正电的两种，不参与强相互作用。质量比质子重207倍。 μ 子和电子具有相同的性质，但不可能以一种简单的方式衰变成单个电子。 τ子是1975年在美国电子对撞机上发现的。它的质量比许多重子的质量还要大得多。带一个单位电荷。 第十一页，共三十五页，2022年，8月28日 3、中微子  在研究β衰变时，对能量守恒定律产生怀疑时提出的。1931年，泡里认为，在β衰变过程中，同时发射了一个质量很小（质量为零或接近零）的中性粒子，后来费米将它称为中微子。这样，原子核β衰变过程中就保持了能量和动量守恒。例如，中子的衰变过程可表示为 第十二页，共三十五页，2022年，8月28日 1942年，我国物理学家王淦昌提出了探测中微子的方案。美国物理学家艾伦根据这个方案，从实验上证实了电子中微子存在。1956年，莱茵斯等人在实验上检测到脱离了发射源的传播中的电子中微子（这才是电子中微子存在的直接证据）。 后来又发现了μ子中微子。并有间接证据证明有τ子中微子。 第十三页，共三十五页，2022年，8月28日 三、夸克 1、强相互作用和强子 核子（中子和质子）间存在着很强的吸引力——强相互作用。强相互作用的特点是： ① 短程力（力程为 ） 很强（约为电磁力强度的100倍） 很快（作用时间约 ） ② 与电荷无关 ③ 具有饱和性 第十四页，共三十五页，2022年，8月28日 1935年日本物理学家汤川为了解释强相互作用的传递方式，提出了π介子理论。 π介子的质量约等于电子质量的275倍。后来又发现了比核子还要重得多的介子，连同核子称为重子。 介子和重子统称强子。 第十五页，共三十五页，2022年，8月28日 Π介子理论