望城区水务局局长是谁:原子 质子 中子 夸克 等粒子的发现时间

来源:百度文库 编辑:高考问答 时间:2024/04/29 10:07:07

基本粒子

所谓基本粒子就是构成物质的最基本的单元。根据作用力的不同,粒子分为强子、轻子和传播子三太类。

强子就是是所有参与强力作用的粒子的总称。它们由夸克组成,已发现的夸克有五种,它们是:上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。理论预言还有第六种夸克存在,已命名为顶夸克,但目前尚未发现。现有粒子中绝大部分是强子,质子、中子、π介子等都属于强子。

轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用,而不参与强相互作用的粒子的总称。轻子共有六种,包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。电子、μ子和τ子是带电的,所有的中微子都不带电;τ子是1975年发现的重要粒子,不参与强作用,属于轻子,但是它的质量很重,是电子的3600倍,质子的1.8倍,因此又叫重轻子。

传播子也属于基本粒子。传递强作用的胶子共有8种,1979年在三喷注现象中被间接发现,它们可以组成胶子球,但至今尚未被直接观测到。传递弱作用的W+,W-和Z0。中间玻色子是1983年发现的,非常重,是质子的80一90倍。

基本粒子要比原子、分子小得多,现有最高倍的电子显微镜也不能观察到。质子、中子的大小,只有原子的十万分之一。而轻子和夸克的尺寸更小,还不到质子、中子的万分之一。

粒子的质量是粒子的另外一个主要特征量。按照粒子物理的 规范理论,所有规范粒子的质量为零,而规范不变性以某种方式 被破坏了,使夸克、带电轻子、中间玻色子获得质量。现有的粒子质量范围很大,从0到90吉电子伏。光子、胶子是无质量的,电子质量很小,只有0.5兆电子伏,π介子质量为电子质量的280倍;质子、中子都很重,接近电子质量的2000倍,约为1吉电子伏,已知最重的粒子是Z0,其质量为90吉电子伏。己发现的五种夸克,从下夸克到底夸克,质量从轻到重。下夸克质量只有0.3吉电子伏,而底夸克重达5吉电子伏,顶夸克还没有发现,理论预言它的质量可能超过100吉电子伏。中微子的质量非常小,目前己测得的电子中微子的质量小于7电子伏,即为电子质量的七万分之一,已非常接近零。

粒子的寿命是粒子的第三个主要特征量。电子、质子、中微子是稳定的,称为 "长寿命"粒子;而其他绝大多数的粒子是不稳定的,即可以衰变。一个自由的中子会衰变成一个质子、一个电子和一个中微子; 一个π介子衰变成一个μ子和一个中微子。粒子的寿命以强度衰减到一半的时间来定义。质子是最稳定的粒子,实验已测得的质子寿命大于10的33次方年。

粒子具有对称性,有一个粒子,必存在一个反粒子。1932年科学家发现了一个与电子质量相同但带一个正电荷的粒子,称为正电子;后来又发现了一个带负电、质量与质子完全相同的粒子,称为反质子;随后各种反夸克和反轻子也相继被发现。一对正、反粒子相碰可以湮灭,变成携带能量的光子,即粒子质量转变为能量;反之,两个高能粒子碰撞时有可能产生一对新的正、反粒子,即能量也可以转变成具有质量的粒子。

粒子还有另一种属性—自旋。自旋为半整数的粒子称为费米子,为整数的称为玻色子。

物质是不断运动和变化的,在变化中也有些东西不变,即守恒。粒子的产生和衰变过程就要遵循能量守恒定律。此外还有其他的守恒定律,例如轻子数和夸克数守恒,这是基于实验上观察不到单个轻子和夸克的产生和湮灭,必须是粒子、反粒子成对地产生和湮灭而总结出来的。

微观世界的粒子具有双重属性粒子性和波动性。描述粒子的粒子性和波动性的双重属性,以及粒子的产生和消灭过程的基本理论是量子场论。量子场论和规范理论十分成功地描述了粒子及其相互作用。

1899年,物理学家卢瑟福发现放射性元素镭发出的射线中,有在磁场中偏转的α-射线和β-射线。1903年他证实α-射线为正离子流(氦核),β-射线为电子流。在研究α-射线的穿透能力时,他发现大部分α-粒子均可穿过极薄的金属箔,少数发生偏转,个别的被反弹回来。这就是著名的α-粒子散射实验。据此,他设想:原子内部一定是有一个带正电的、坚硬的核。核只占据很小的空间,他估算核的半径约为3×10-12cm,而原子半径约为1.6×10-8cm。这样,大部分α-粒子可以从原子中的空隙穿过,但如果遇到核,则将被反弹回来,或发生一定角度的偏转。这一实验,证实了原子核的存在。从而改变了汤姆生的原子模型。1911年卢瑟福提出了“行星系式”原子模型。对于认识原子结构具有十分重要的意义

原子这一概念最早由古希那这哲学家德墨克力特提出的,后经道耳顿等人不断完善了这一体系。

中子是由剑桥大学卡文迪许实验室的英国物理学家查德威克于1932年发现的。
中子是一种电中性的粒子,具有与质子大约相同的质量。中子属于重子类,由两个底夸克和一个顶夸克构成。 绝大多数的原子核都由中子和质子组成(仅有一种氢原子的同位素例外,它由一个质子构成)。在原子核外,中子性质不稳定,半衰期为15分钟。中子衰变时释放一个电子和一个反中微子而成为质子。同样的衰变过程在一些原子核中也存在。原子核中的中子和质子可以通过吸收和释放π介子互相转换。

欧内斯特·卢瑟福被公认为质子的发现人。1918年他注意到在使用α粒子轰击氮气时他的闪光探测器纪录到氢核的迹象。卢瑟福认识到这些氢核唯一可能的来源是氮原子,因此氮原子必须含有氢核。他因此建议原子序数为1的氢原子核是一个基本粒子。在此之前尤金·戈尔德斯坦(Eugene Goldstein)就已经注意到阳极射线是由正离子组成的。但他没有能够分析这些离子的成分。

20世纪60年代,美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——夸克(quark)组成的,很多中国物理学家称其为“层子”。它们具有分数电荷,是电子电量的2/3或-1/3倍,自旋为1/2。“夸克”一词是由默里·盖尔曼改编自詹姆斯·乔伊斯的小说《芬尼根的苏醒》(Finnegan's Wake)中的诗句。最初解释强相互作用粒子的理论需要三种夸克,叫做夸克的三种味,它们分别是上夸克(up,u)、下夸克(down,d)和奇异夸克(strange,s)。1974年发现了J/ψ粒子,要求引入第四种夸克粲夸克(魅夸克)(charm,c)。1977年发现了Υ粒子,要求引入第五种夸克底夸克(bottom,b)。1994年发现第六种夸克顶夸克(top,t),人们相信这是最后一种夸克。

告诉你,到现在为止,夸克也只是一个假说。不论是理论还是实验中都不能发现单个夸克