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1、1,粒子和宇宙,江苏省新海高级中学,杨,杰,2,知识：粒子物理学的基础知识,宇宙大爆炸理论和恒星的演化过程,3,感悟：科学发展过程中蕴藏着的科学精神,1,背景：人们对物质本质的认识是不断深入的,2,点击进入,点击进入,点击进入,点击进入,1803,年,道尔顿发现原子,1897,年汤姆逊,发现电子,原子模型,1919,年,卢瑟福发现质子,1932,年查德威克,发现中子,石蜡,铍,人,们,对,物,质,本,质,的,认,识,是,不,断,深,入,的,1932,年,安德森发,现正电子,1937,年,发现,子,1947,年,发现,K,介,子,?,介子,?,对真理的追求永无止境,1995,美国费米国家加速器实
2、验室证实了顶夸克,(Top Quark),的存在,一套称之为标准模型的粒子物理学模型所预言的,62,个粒子中的,61,个,都已经得到了实验数据的支持与验证，但仍有一个粒子未被发现。,看上去标准模型马上就要获得决定,性的胜利，对物质微观结构的探索,已经到达了它的尾声，似乎人类也,马上就要听到这一跌宕起伏的，充,满了高潮与华彩的探索乐章的终曲，,但是仍然有一个粒子，游离在这座,辉煌的大厦之外，仿佛一个幽灵，,这就是希格斯粒子，而且就是这个,粒子可能会击垮整座大厦。,希格斯玻色子（或称希格斯粒子、,希格斯子,Higgs boson,）是粒,子物理学标准模型预言的一种自,旋为零的玻色子，至今尚未在实,
3、验中观察到。它也是标准模型中,最后一种未被发现的粒子。,“,上帝粒子”,欧洲核子研究中心的大,型强子对撞机,(Large,Hadron Collider,，,简称,LHC),将有机会,发现希格斯粒子。,2012,年,7,月,2,日，美国能源部下属的费米国家,加速器实验室宣布，该实验室最新数据接近证,明被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在。,马上观看,“,这是我们在认识自然道路上,的一座里程碑”,欧洲核子研究中心的负责人,罗尔夫,霍耶尔,“别忘了，标准模型只能解释,4%,的宇宙，”,占宇宙质量,96%,的暗物质仍没有得到解释，,“我们还有很长的路要走”。,返回主页,?,电子,?,质子,?,中子
4、,?,光子,?,正电子,?,子,?,K,介子、,?,介子,?,基本粒子,?,新粒子,e,0,1,?,H,1,1,n,1,0,?,“,基本粒子”不基本,一、“基本粒子”不基本,介子,超子,宇宙射线中,质量介于质子、电子之间,?,介子、,K,介子,质量比质子大的粒子,物理性质与已知粒子相等，,而电荷量等其他性质相反。,e,0,1,?,e,0,1,?,H,H,1,1,1,1,?,?,He,He,4,2,4,2,?,?,新粒子,反粒子,?,1932,年发明的加速器，能使带电粒子加,速到很高的能量。人们用它进行了许多核,物理实验而不再依赖天然的宇宙射线，于,是发现了更多的粒子。,?,现在已经发现的粒子达
5、,400,多种。,是参与强相互作用的粒子。,质子,是最早发,现的强子。强子又分为,介子和重子,是传递各种相,互作用的粒子,二、粒子的分类,强子,轻子,媒介子,是不参与强相互作用的粒子。,电子,是最早发,现的轻子。现在还没发现轻子的内部结构,光子,中间玻色子,胶子,电磁相互作用,弱相互作用,强相互作用,按照粒子与各种相互作用的不同关系,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,
6、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,Z,0,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。,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,Z,0,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,强子结构的夸克模型,下夸克,d,上夸克,u,奇
7、夸克,s,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,?,夸克模型的提出是物理,学发展中的一个重大突,破,?,电子电荷不再是电荷的最小单,元，即存在分数电荷,?,目前人们对夸克的认识还是很,初步的，科学家们直到今天都,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”,返回主页,正如诺贝尔物理学,奖获得者格拉肖所说：,“隐藏在原子内心的，,是宇宙结构的秘密。”,研究微观世界的粒子,物理、量子理论，与,研究宇宙的理论相互,沟通、相互支撑。,三、宇宙的演化,?,大爆炸理论,(Th
8、e Big Bang Theory),?,宇宙从一个“奇点”爆炸产生,?,大,爆,炸,是,在,无,限,的,宇,宙,各,处,同,时,产,生,?,时,间,的,零,点,从大爆炸到太阳系合,成,21,大爆炸,夸克轻子胶子,轻子时代,氢原子,强子时代,核合成,恒星、星系,恒星的演化,大爆炸,星云团,恒星诞生,氢核聚变,白矮星、中子星、黑洞,氦核聚变,宇宙尘埃,猎户座大星云，距太阳系约,1700,光年，在冬季的南部天空肉眼依稀可见。,24,粒,子,物,理,和,宇,宙,学,殊,途,同,归,返回主页,我的书库,在线搜索,下载管理,应用展示,我的文档,我的图片,赵忠尧,王淦昌,杨振宁,丁肇中,吴健雄,李政道,search,科学足迹,华人物,理学家,证实了,衰变中的宇称不守恒,大胆创新,勇于探索,射线在重元素中的反常吸收,预言了反超子的存在,在弱相互作用下宇称不守恒,发现新粒子,?,J,粒子,巨,大,的,贡,献,26,未来已经来临,只是还未惠及所有人,谢谢！,
