基本粒子关系

基本粒子关系

强子就是参与强相互作用的粒子，可以分为介子和重子，目前粒子物理的夸克模型认为介子是由夸克和反夸克组成，重子则有三个夸克（或者反夸克）组成，重子可以再分为核子（包括质子和中子）和超子（因为质量超过核子的质量而得名）。电子和中微子等属于轻子，不参与强相互作用。

目前粒子物理认为轻子，夸克等没有结构，是点粒子。

电子质子等粒子带有电荷，带电粒子之间可以发生电磁相互作用，而电磁作用场的量子是光子，即带电粒子之间通过交换光子而发生相互作用。

夸克带有颜色（或者色荷），夸克之间，夸克和胶子之间，胶子之间，可以发生色相互作用，而色相互作用场的量子是胶子。

光子和胶子都是传递相互作用的媒介粒子，目前认为它们也没有结构，是个点粒子。

第一类：纯单个粒子，中微子，电子，大统一粒子，夸克。

第二类：由两个基本粒子合成的粒子，如π介子，W、Z玻色子。

第三类：由三个基本粒子合成的粒子，如：中子，质子及其它强子。

第一类粒子中的大统一粒子不能游离态存在，它们必须二个并存，构成了π介子，和W玻色子。（特别注意的是，这一点与传统理论完全不同，为什么要这样猜想呢？你如果接着往下看就明白了。）第一类中的夸克也不能单独存在，它们必须三个并存在，构成了质子与中子等强子

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1. 强子和轻子是构成世界万物的两个基本类别

①强子：由夸克组成的粒子。两个夸克组成的强子叫介子；三个夸克组成的强子叫重子。所以，不管是介子还是重子，都是强子。与之对应的是轻子。

②轻子：目前已知的的轻子有三代，包括电子及电子中微子、缪子及缪子中微子、tau子及tau子中微子。轻子之所以叫轻子，主要是因为轻子一直到现在都没有发现其有内部结构，认为轻子是点粒子。

2. 胶子是传递强相互作用的传播子。强相互作用的粒子，即强子是有夸克组成，夸克和夸克之间形成的介子或者重子就是靠夸克间的胶子相互传递从而耦合在一起的。

3. 根据色禁闭理论，单独的夸克是不存在的，而胶子是传播子，严格意义上将，比较两者的大小根本没有任何意义，因为单独的夸克不存在，存在的夸克都以介子或强子而存在。没法和胶子进行定量的比较。胶子没有固定的尺寸，胶子和光子一样，都是传播子，只不过胶子传播强相互作用力，而光子传播电磁相互作用力。

发给我自己..强子，重子，介子，中微子，轻子

2008-07-13 23:55

强子提供强相互作用的介子

质子、中子里有些什么质子、中子里有些什么

对强子结构和标准模型研究的一再成功已表明夸克和色场是强子世界的最基本组成部分．尽管如此，强子物理还存在一些悬而未决的困难，如夸克幽禁、质子自旋危机、质子衰变等．

一、质子、中子不是点状粒子

对于物质结构的探索是科学的重要任务，自从有人类出现，这种探索从来没有停止过．在19

世纪，人们逐渐弄清楚物质是由分子原子构成的．1932年查德威克发现了中子，人们认识到原子核应由质子和中子构成．人们对物质结构的研究就如剥笋一样层层盘剥下去，每一个层次的发现，都是对物质结构认识的深化．在原子核层次下面，质子和中子是否还有其内部结构呢？

质子和中子不是点粒子，它们都具有内部结构．在30年代，理论物理学家认为作为核子的质子和中子是基本粒子，应该象点粒子，根据狄拉克的相对论性波动方程，质子的磁矩是一个单位核磁子，中子由于不带电，因而磁矩是零．但出乎意料的是，实验家斯特恩测得的质子磁矩却为5.6个单位核磁子，中子磁矩也不是零，而是-3.82个单位核磁子，与点粒子理论相悖．这些都清楚地说明质子、中子并不是我们想象的那样简单，它们可能是具有内

部结构的．60年代，霍夫斯塔特等人用高能电子轰击核子，证明核子电荷呈弥散分布，核子的确具有内部结构[1]．既然核子并不是点粒子，那么其内部的物质是怎样分布的呢？也许有三种情形：或者核子内有一个硬核，核子象一枚桃子；或有许多颗粒，象石榴一样有许多子；或没有颗粒，疏松如棉絮状．具体属哪一种情形，要靠深度非弹性散射实验来作进一步决定．

深度非弹性散射实验指用极高能电子去撞击质子或中子，使后者激发到一个个分立的能级即共振态，甚至达到使π介子离化出来的连续激发态．非弹性散射实验会改变质子、中子的静止质量．实验表明，质子、中子内部有一个个点状的准自由的粒子，它们携带有一定动量和角动量．那么质子、中子内的这些点状粒子是什么呢？具有些什么性质？

二、夸克模型

1964年，美国科学家盖尔曼.提出了关于强子结构的夸克模型．强子是粒子分类系统的一个概念，质子、中子都属于强子这一类．“夸克”一词原指一种德国奶酪或海鸥的叫声．盖尔曼当初提出这个模型时，并不企求能被物理学家承认，因而它就用了这个幽默的词．夸克也是一种费米子，即有自旋1/2．因为质子中子的自旋为1/2，那么三个夸克，如果两个自旋向上，一个自旋向下，就可以组成自旋为1/2的质子、中子．两个正反夸克可以组成自旋为整数的粒子，它们称为介子，如π介子、J/ψ子，后者由丁肇中等人于1974年发现，它实际上是由粲夸克和反粲夸克组成的夸克对．凡是由三个夸克组成的粒子称为重子，重子和介子统称强子，因为它们都参与强相互作用，故有此名．原子核中质子间的电斥力十分强，可是原子核照样能够稳定存在，就是由于强相互作用力（核力）将核子们束缚住的．由夸克模型，夸克是带分数电荷的，每个夸克带+2/3e或-1/3e 电荷（e为质子电荷单位）．现代粒子物理学认为，夸克共有6种（味道），分别称为上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克，它们组成了所有的强子，如一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成，则上夸克带+2/3e电荷，下夸克带-1/3e电荷．上、下夸克的质量略微不同．中子的质量比质子的质量略大一点点，过去认为可能是由于中子、质子的带电量不同造成的，现在看来，这应归于下夸克质量比上夸克质量略大一点点．

质子和中子的组成：一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成．

虽然夸克模型当时取得了许多成功，但也遇到了一些麻烦，如重子的夸克结构理论认为，象Ω-和Δ++这样的重子可以由三个相同夸克组成，且都处于基态，自旋方向相同，这种在同一能级上存在有三个全同粒子的现象是违反泡利不相容原理的．泡利不相容原理说的是两个费米子是不能处于相同的状态中的．夸克的自旋为半整数，是费米子，当然是不能违反泡利原理的．但物理学家自有办法，你不是说三个夸克全同吗？那我给它们来个编号或着上“颜色”（红、黄、蓝），那三个夸克不就不全同了，从而不再违反泡利原理了．的确，在1964年，格林伯格引入了夸克的这一种自由度——“颜色”的概念．当然这里的“颜色”并不是视觉感受到的颜色，它是一种新引入的自由度的代名词，与电子带电荷相类似，夸克带颜色荷．这样一来，每味夸克就有三种颜色，夸克的种类一下子由原来的6种扩展到18种，再加上它们的反粒子，那么自然界一共有36种夸克，它们和轻子（如电子、μ子、τ子及其相应的中微子）、规范粒子（如光子、三个传递控制夸克轻子衰变的弱相互作用的中间玻色子、八个传递强（色）相互作用的胶子）一起组成了大千世界．夸克具有颜色自由度的

理论得到了不少实验的支持，在70年代发展成为强相互作用的重要理论——量子色动力学．

三、量子色动力学及其特点

“量子色动力学”这一名称听起来有点可怕，念起来有点拗口，应该这样念：量子/色/动力学．这个理论认为，夸克是带有色荷的，胶子场是夸克间发生相互作用的媒介．这不禁让我们想起电子是带有电荷的，传递电子间相互作用的媒介是电磁场（光子场）．的确，关于电荷的动力学我们早已有了，它叫“量子电动力学”，发展于三四十年代．一般读者对电磁相互作用都有点熟悉，因此就以它为例来理解质子中子内的色相互作用．电磁场的麦克斯韦方程的量子化就是量子电动力学，具体地说，量子电动力学就是研究电子和光子的量子碰撞（即散射）的，自然，量子色动力学是研究夸克和胶子的量子碰撞的．

胶子是色场的量子，就象光子是电磁场的量子一样．胶子和光子都是质量为0、自旋为1、传递相互作用的媒介粒子，都属于规范粒子．两个电子发生相互作用是靠传递一个虚光子而发生的（虚光子只在相互作用中间过程产生，其能量和动量不成正比，不能独立存在，在产生后瞬时就湮灭．由相对论知道，自由运动的电子不能发射实光子，但可以发射虚光子．给予我们光明和热能的是实光子，它的能量和动量成正比，脱离源后，能独立存在），自然，两个夸克发生相互作用是靠传递一个虚胶子而发生的．虚胶子携带着一个夸克的部分能量和动量，交给另一个夸克，于是两个夸克就以胶子为纽带发生了相互作用．看到这里，我们会说，不是重复了一下吗？量子色动力学可以由量子电动力学依葫芦画瓢建立起来，真是太容易了！不过实际上没有这么简单．按群论的语言讲，电磁场是U（1）规范场，是一种阿贝尔规范场，群元可以交换，而胶子场是SU(3)规范场，是一种非阿贝尔规范场，群元不可以交换．一般来说，“非”总比“不非”要麻烦得多．电荷只有一种，而色荷却有三种（红、黄、蓝）；U(1)群的生成元只有一个，就是1，所以光子只有一种，而SU(3)群有八个生成元，一个生成元对应一种胶子，所以胶子共有八种；光子不带电荷，而胶子场由于是非阿贝尔规范场，场方程具有非线性项，体现了胶子的自相互作用，因而胶子也带色荷，夸克发射带色的胶子，自身改变颜色．所以胶子场比电磁场复杂，因而出现了许多不同寻常的

现象和性质，其中最重要的恐怕要数“渐近自由”和“夸克幽禁”了．

“渐近自由”说的是两个夸克之间距离很小时，耦合常数也会变得很小，以致夸克可以看成是近自由的．耦合常数变小是由于真空的反色屏蔽效应引起的．真空中的夸克会使真空极化（即它使真空带上颜色），夸克与周围真空的相互作用导致由真空极化产生的虚胶子和正反虚夸克的极化分布，最终效果使夸克色荷变大，这称为色的反屏蔽效应（对于电荷，刚好相反，由于真空极化导致电荷吸引反号电荷的虚粒子，所以总电荷减少，这称为电的屏蔽效应．与它作比较，色的反屏蔽效应这一术语由此而来）．由于这一效应，在离夸克较小距离上看来，大距离的夸克比它带的色荷多，所以小距离上强作用相对而言变弱了，这就是所谓“渐近自由”．渐近自由是量子色动力学的一项重要成果，它使得高能色动力学可以用微扰理论计算．但是在低能情形或者说大距离情形，由于耦合常数变强及存在幽禁力，计算变得困难．

量子色动力学可以预言小距离的“渐近自由”，但是对大距离的“夸克幽禁”，量子色动力学就无法预言了，这是量子色动力学的困难．

“夸克幽禁”说的是夸克无法从质子中逃逸出去．红黄蓝三色夸克组成无色态，强子都是无色的．一旦夸克可以从质子或强子中跑出来，自然界就会存在带色的粒子;带色的粒子引起真空的进一步极化，色荷之间的幽禁势是很大的，整个真空都带上了颜色，能量很高，导致真空爆炸．实际这些都没有发生，暗示自然界不存在游离的夸克，那么我们会问：夸克倒底是一个数学技巧还是一个物理实在？研究这一问题，是对夸克模型的考验．不过，现在因为已有了夸克存在的间接证据，物理学家相信夸克是应该的确存在的．夸克为什么要被幽禁起来，物理学家已提出了几个理论．有人提出口袋模型，如认为质子是一只受真空挤压的口袋，可将夸克束缚住而逃不出来；有人提出了弦理论，认为夸克绑在弦的两端，而这条弦却难以断裂，即使一旦断裂，断裂处生成一对正反夸克，原来的强子碎裂为两个新的强子，从而自由的夸克从来不可能出现；也有人说，既然胶子带色荷，胶子之间也会有色磁吸引力，从而色力线被拉紧呈平行状，就如一个带电电容器两板因为有平行的电力线因而彼此有吸引一样，夸克之间也有类似这种吸引力；格点规范理论的面积定律证明夸克之间有线性禁闭势存在；90年代中期塞伯和威滕用他们发展的四维空间量子场论证明磁单极凝聚也会导致夸克幽禁．关于夸克幽禁的理论有许多，正好说明了我们对强力的了解还不够充分．

四、核子结构图象与核子衰变

对介子谱的研究表明，夸克之间除了由于单胶子交换引起的色库仑力外，还有色禁闭力，其势是随距离线性增长的，正如上面所说，虽然不清楚线性禁闭势的来源，但可以认为正是这个势导致了夸克幽禁．但是这一观点也许要受到挑战．因为用相对论性波动方程解介子能谱，发现在无穷远处波函数并不收敛至零，而是一个散射解．这意味着我们应探测到游离的夸克，但实际并不如此．那这些散射解是怎么产生的呢？原来禁闭势在无穷远处十分巨大，以致扰动真空导致正反夸克产生．实际没有测到这些产生的夸克，一个原因可能是大距离时夸克的质量也会变得十分巨大，远远超过了线性势，抑制了真空扰动产生正反夸克的能力．夸克质量会随距离增大而增大，可能可以用真空色电极化（导致真空带上颜色）来解释．真空色电极化使得色荷象滚雪球一样越来越大，夸克能量和质量也相应越来越大，浸在真空中的单一夸克质量巨大，真空没有足够的能量产生这些夸克，也许这最终导致了夸克幽禁．

对于强子结构，现在对不同的能态用不同的理论模型来描述．基态质子和中子，

可以用量子力学的薛定谔方程求解，强子质量主要由夸克承担；对于处于激发态的共振粒子，弦模型比较成功，该模型认为重子和介子的质量和自旋主要由弦（色力线管）提供[10]；对于更高能的强子激发态，由于真空色电极化十分强大，因而强子质量主要就是色电极化质量，夸克的质量和弦的质量十分微小．现在对处于不同能态的质子、中子结构还无法用一个统一的理论来描述．

上面讨论的是质子中子及其共振态的静态性质，下面谈一下它们的衰变问题．原子核内的质子中子是稳定的，但自由的中子是不稳定的，寿命约为11分钟．中子的质量比质子略大一些，因而可以有足够的能量衰变为质子，并放出一个电子和一个电子型反中微子．在夸克水平上解释这一过程，实际上就是：中子内的一个下夸克（带-1/3e电荷）放出一个传递弱相互作用的中间玻色子W-

，自身变成上夸克（带+2/3e电荷），W-又衰变为一个电子和一个电子型反中微子．由于质子中子的重子数都为+1，轻子数为0，电子和电子型中微子的重子数为0，轻子数分别为+1和-1，所以这一过程重子数、轻子数都守恒．现在的粒子物理标准模型（量子电动力学、弱电统一理论、量子色动力学）认为重子数是守恒的，质子已是最轻的重子，所以它不能再衰变为其他重子，它是永恒的．由于人们面遇的物质世界主要就是由重子组成的，所以很容易相信质子是永恒的．但是有一种理论却预言这种观念是不对的，质子会衰变成正电子和中性π介子，重子数和轻子数并不绝对守恒．这种理论是大统一理论，它企图把强、弱、电相互作用统一起来，用一个耦合常数来描写．大统一理论包含着标准模型，但比标准模型来得更大，因而有更多的传递相互作用的规范玻色子．虽然这些规范玻色子是一种超弱场的量子，但质子中的下夸克却会释放这种规范玻色子，自身变成正电子，而质子内的一个上夸克吸收这个规范玻色子，变成上夸克的反粒子（反上夸克），这个反上夸克与质子内的另一个上夸克结合成中性π介子．由于引起这种夸克—轻子转化场十分弱，所以质子虽然要衰变，但衰变寿命是很长的，大约为一千万亿亿亿年，而我们的宇宙寿命也只有几百亿年，所以质子平均寿命比宇宙寿命长十万亿亿倍．在你一生当中，你体内的质子只能衰变零点几个，不必担心质子衰变会给我们的生活带来什么不便．质子衰变还只是一个理论预言，实验的证明还没有完全结束．

前面提到，质子中的点粒子是夸克，实际上它们还包括胶子和不断产生、湮灭的海夸克．过去认为质子自旋为1/2，是由三个夸克提供的，而如今的研究却不能支持这一观点，质子中的三个夸克的总角动量只占质子自旋的15%，而大部分自旋也许由胶子和海夸克承担．这被称为“质子自旋危机”，是个热门课题．五、简短总结

虽然胶子的存在证据也有了，顶夸克存在的证据也在1995年找到了，但是对于强子结构的研究和自由夸克的探索还需走更长远的路．夸克幽禁的根本原因倒底是线性禁闭势的存在还是色电极化所致，夸克幽禁是暂时的还是永久的，值得继续研究．如果夸克是永久性禁闭的，强子永远是无色的，正应了一句话：“色即空，空即色．”孰是孰非，有待高能物理及其理论的继续发展．

强子(Hadron)是一种亚原子粒子，所有受到强相互作用影响的亚原子粒子都被称为强子。强子包括重子和介子。按现代的粒子物理学中的

标准模型理论而言，强子是由夸克、反夸克和胶子组成的。胶子是量子色动力学中的力子，它将夸克连在一起，强子是这些连接的产物。

强子

按其组成夸克的不同，强子还可以分为：

1重子(質子,中子,超子).2介子-結構圖

1、重子(Baryon)：重子由三个夸克或三个反夸克组成，它们的自旋总是半数的，也就是说，它们是费米子。它们包括人们比较熟悉的组成原子核的质子和中子和一般鲜为人知的超子（Hyperon, 比如Δ、Λ、Σ、Ξ和Ω），这些超子一般比核子重，而且寿命非常短。

2、介子(Meson)：介子由一个夸克和一个反夸克组成，它们的自旋是整数的，也就是说，它们是玻色子。介子有许多种。在高空射线与地球空气相互作用时会产生介子。

其它很稀有和奇怪的强子。

由多于三个但单数的夸克或反夸克组成类似重子的强子。

由多于一对夸克-反夸克对组成的类似介子的强子。

完全由胶子组成的粒子。

介子的自旋（粒子的固有角动量）量子数为整数（也称玻色子）

重子的自旋量子数为半整数。(也属于费米子）

质子的自旋量子数为半整数1/2，并且参与强相互作用。所以质子属于强子的一种。

目前发现的所有强子都满足盖尔曼-西岛关系，即：Ｓ＝２（Ｑ-Ｉ３）-Ｂ，Ｓ是奇异数，Ｑ是电荷，Ｉ３是同位旋，Ｂ为重子数。

重子及介子-八正道圖

强子的构成是粒子物理的基本问题之一。在朴素夸克模型中，强子具有$\bar qq$(介子)和$qqq$(重子)构成。但是这种简单的构成正受到来自实验的严峻挑战。无论是越来越多的无法归类的强子态，还是具有无法为朴素夸克模型所容许量子数的介子的发现，都暗示有超越朴素夸克模型构成的新强子存在。胶球、多夸克态和混杂子是三种可能的新强子构造，它们分别是胶子、多夸克以及夸克与胶子的束缚态。本文将研究这些新强子的性质。首先是所采用的研究方法的介绍，由于我们采用QCD求和规则作为我们的主要理论框架，因此对于瞬子物理我们主要采用一种易于使用到QCD求和规则框架内的半唯象方法，即单瞬子近似。

对于某些特定新强子性质的研究。在考虑了直接的瞬子效应后，我们在QCD求和规则的框架内研究了$0^{++}$胶球的质量问题。结果

显示在考虑了瞬子效应后，胶球的质量被大大降低。之后我们考虑瞬子效应在标量胶球衰变中的作用。我们发现由于非微扰效应，标量胶球衰变过程中$SU(3)_f$对称性是被很好保持的。我们也考虑了标量胶球的四夸克衰变与两夸克衰变宽度之比。与普通介子衰变相比，我们预言标量胶球衰变会有较大的多强子末态分支比。首先构造了两个典型的$1^{-+}$分子四夸克态，利用考虑瞬子效应修正后的QCD 求和规则研究它们的质量问题。我们发现我们的模型可以在1.4GeV 附近容纳两个不同的$1^{-+}$四夸克介子。接着构造具有Diquark结构和分子态结构的四夸克态，并研究了它们的衰变方式。在已有的$1 ^{-+}$和$0^{++}$混杂子质量的求和规则中考虑直接的瞬子效应，研究瞬子在其中所起的作用，并给出较稳定的$0^{++}$胶球的质量预言。

夸克(層子)與輕子間的對稱性-結構圖

1964 年，美国科学家盖尔曼等人提出“夸克模型”。他们认为，所有的强子都是由若干种叫做“夸克”的更深层次的粒子组成。西方人将这

些粒子称为“夸克”，中国人则常常又称它们为“ 层子”。顾名思义，层子是相对电子、质子、中子这些基本粒子来说的，它属于“下一层次的粒子”。盖尔曼等人认为夸克带“分数电荷”，它们被禁闭在强子内部，不能脱离强子自由运动。

夸克模型出现之后，又有人提出夸克是物质分割的极限。因为夸克被禁闭在强子内部，本身也无法直接观察。然而，对大自然的好奇心，促使人们对夸克是否还有“内部结构”这个问题产生浓厚的兴趣。目前的迹象表明，夸克和轻子可能是由某些更为基本的粒子所组成，夸克和轻子之间具有极大的对称性。根据目前的理论，夸克可分为三代，每代有两种（不计反夸克），它们分别是（u,d）、（c, s）和（t,b）。轻子也有三代，每代也有两种。如此多的粒子表明，即便夸克和轻子，也不可能是物质分割的“最小单元”。

三代夸克圖

但是从1964 年至今，人们还没有“看到”过夸克的真实面目。在盖尔曼提出的夸克理论中，他假设存在三种夸克。他用这三种夸克及它们的反粒子来说明微观粒子构成的模型，取得了很大的成功。但是，由

于物理学家至今还不能使夸克脱离其他微观粒子而独立存在，它只能像犯了错误而被关禁闭的士兵那样，被幽禁在微观粒子中。所以，“夸克禁闭”成了当今粒子物理学的难题之一，这对哲学中关于物质无限可分的观点，也是一次严峻的挑战。

近半个世纪以来，物理学家为了寻找自由夸克，绞尽了脑汁。每当一台新的高能加速器建成以后，首要的任务之一就是试图找到夸克。有的物理学家把微观粒子想成一只口袋，夸克永远被裹在这只口袋里——在这口袋的小范围内，它可以自由飞翔，但决不许脱离这个口袋。就是这个神秘的口袋，似乎要把夸克同外界永远隔离开来。也有的物理学家把微观设想成一口半径很小又很深的“ 井”，夸克过的就是这种“ 坐…井?观天”的生活。在“井”里它们都相当自由，运动速度也不快，可就是跑不出去。人们必须提供极大的能量，才能把它从“井”底拉出来。但是目前人们还没有办法产生这么大的能量，使夸克获得“解放”。既然不能直接找到自由夸克，一些物理学家就改变了策略，企图间接地搜寻它。因为根据理论推测，夸克带有所谓的“分数电荷”，这使物理学家看到了一线希望。他们认为只要找到了“分数电荷”的携带者，那也许它就是夸克的化身了。因此物理学家在粒子加速器、陨石、月球、地下深井和海底等许多地方“张罗织网”，到处寻找具有“分数电荷”的粒子。

目前探测夸克结构和轻子结构的实验都在进行中，但未取得进展。考虑到原子和原子核的线度相差10 万倍，因而可以预言夸克的结构最

多只能在10-20 米的尺度上显示出来；但目前的实验只能探测到10 -17 米的线度，因而夸克究竟是否有“内部结构”，至今还是一个谜。[1]

强子

强子结构的层子模型(以下简称“层子模型”)是在1965年9月到1966年6月之间完成的。当时的研究背景是这样的：在电子、质子、中子发现之后，人们普遍认为它们是构成物质的终极单元，称之为“基本粒子”。随着介子和超子在20世纪40到50年代的陆续发现，基本粒子的家族迅速扩大，这些粒子绝大部分是强作用粒子，简称强子。很难想像这么多的强子都是基本粒子。1955年日本物理学家坂田提出了一个结构模型：强子中只有质子、中子和超子三种是基础的粒子，由它们构成其他所有的强子。坂田模型存在一系列困难，但是所提出的强子具有内部结构的思想是正确的。1964年美国物理学家盖尔曼

改造了坂田模型，提出了“夸克模型”，认为强子是由三种具有SU(3)对称性的组分构成的，他把这些组分称为夸克。

到了1965年，基本粒子表中粒子的数目已经可以与周期表中元素的数目相比，其中重子的自旋可以高达11/2，并且实验上关于核子的电磁形状因子的测量说明以前被认为是基本粒子的核子具有一定的大小和空间结构。这些事实说明了两点，一是“基本粒子”并不基本，二是强子有着内部结构。坂田模型和夸克模型都是关于强子结构的科学设想，有待于进一步发展为强子结构的科学理论。但是在当时发展强子结构的理论有困难，因为不知道在强子内部是否有新的力学规律在起作用，不知道强相互作用的具体形式，不知道处理强相互作用的数学方法，所以在结构模型中还只限于讨论由对称性能够得出的强子分类、新粒子预言和诸如质量、自旋、电荷、磁矩等静态性质。进一步的发展必须超出对称性的范畴，引入动力学起作用的因素。

在当时已知的最高能量下，物理实验结果表明量子数、本征值、几率波这些概念仍然有效，也就是说在强子内部的小尺度范围中，用波函数描述状态、用算符描述物理量的基本概念和方法仍然有效。于是他提出引入强子内部的结构波函数来描述强子内部结构的状态，至于决定波函数的力学规律和运动方程等则留待以后去讨论，一些严格的物理要求如相对论洛伦兹协变性和内部对称性等已经大大限制了波函数可能具有的形式。强子的组成及遵从的对称性是否取夸克模型或坂田模型的其他变种，所以后来按钱三强的建议把强子的组分粒子称为

“层子”，表示物质结构许多层次中的一个层次的意思。在引入波函数以描述运动着的强子时，他认为应当区分描述内部运动和整体运动的两个概念。通过对已知实验数据的分析，他提出层子在强子内部的运动速度远小于光速，是非相对论性的，虽然强子的整体运动可以是相对论性的。

夸克及輕子互相衰變-結構圖

这样，可以在强子的静止坐标系中定出非相对论性的结构波函数，然后通过洛伦兹变换得到作自由运动的强子的波函数。在讨论强子发生转化的过程时，朱洪元引入始态和终态强子结构波函数的重叠积分的概念和具有特定的对称性的强子构成组分(层子)之间的相互作用来

计算跃迁矩阵元，用以统一地描述一系列强子的转化过程。在这些概念和方法的基础上，由钱三强大力支持，朱洪元领导的粒子理论研究集体系统地研究了强子的力学、电磁及几何等静态性质，以及强子的电磁衰变、弱衰变、强衰变等动态过程。在九个月里，他们发表了4 6篇科学论文，得到了一系列理论结果，其中许多和实验结果相符合。

有一些当时没有实验数据，在后来才得到实验的证实。也有一些理论结果与实验不合，有待后来的实验和理论工作的新进展来解决。

“层子模型”是强子结构研究的一个重要开拓，它是在层子之间的动力学理论提出来之前的一个方向性的系统工作。这个理论中提出的强子内部结构波函数和波函数的重叠积分的概念沿用至今，随着层子间强相互作用的动力学理论的建立，它们越来越细致地被确定下来。在1 966年北京亚太科学讨论会上，巴基斯坦诺贝尔物理学得主萨拉姆高度评价了这项工作。很可惜，朱洪元和中国粒子物理学家在理论上一个很好的开头被随后十年的大破坏所打断。

强子多重数分布的研究，从KNO标度算起，已有30多年的历史。动量分布的Feynman杨标度被破坏后由平均标度代替。重整化群方程能够证明KNO标度,而且可得到多重数与非弹性度服从Kendall标度分布。KNO标度的理论基础是重整化群，是［C‖O］类半群对称性。强子动量·多重数关联( S1/2=22～900GeV) 的研究表明：粒子·粒子碰撞产生3个发射源，a+b→NJ0+NJ1+NJ2强子；由此确定了基本强子发射源的物理性质(UAl数据,TASSO数据)。在这些研究的基础上，就可以讨论多重数分布对强子质量的依赖了。多重数N被定义为末态强子的总和，其阈能(末态总质量)EN=mπNπ+mкNк+2mрN р+…，显然是重要的。多重数分布同强子质量产生有关。

目前，强子动量·多重数关联(ｓ＝22～900ＧｅＶ)的研究表明：粒子·粒子碰撞产生3个强子发射源，ａ＋ｂ→ＮＪ0＋ＮＪ１＋ＮＪ2，强子多重数Ｎ＝ＮＪ0＋ＮＪ１＋ＮＪ2，并由此确定了基本强子发射源的物理性质(UAI数据，TASSO数据)，对NA22的π介子海鸥效应(Seagull effects)的详细分析，揭示出3个发射源的运动学与动力学结构，确定了J1与J2的相对论多普勒(Doppler)效应。近年来的C ERN(NA22)实验研究又指出，不用质量与电荷证认数据，而得出的动力学结论是不完全的。为此，在这些研究的基础上，才能讨论多重数分布对强子质量的依赖性。现在用质量与电荷证认数据来改进多重数分布的研究，从而得出动力学结论。

1、Bose强子的倒易统计起伏

电荷强子多重数Ｎ＝Ｎπ＋Ｎｋ＋Ｎｐ＋Ｎ＋…，在质心能量ｓ＝4～1800ＧｅＶ的区域，π±介子与Ｋ±介子占85%～95%的比率。因此，可近似考虑Bose强子数NB=Nπ+NK.Bose强子平均多重数〈N B〉满足重整化群方程，即

Ｄ<ＮＢ>＝2γＢ（ｇＲ）Ｄ2ＮＢ（1）

倒易统计起伏αＢ＝<ＮＢ>2／Ｄ2ＮＢ，结合(1)式我们有－Ｄ1<ＮＢ>＝1αＢ2γＢ（ｇＲ）（2）

利用CERN-ISR数据(1978)，UA5数据(Ｐｓ=540GeV，1982)等资料，我们得到强子·强子碰撞经验公式为<ｍ>＝ｍπ±·ｅｘｐ［0.052

／αｓ］（3）

这里αs是QCD(味数nf=4)跑动耦合常数，αｓ＝0.48／ｌｎ（ｓ／ΛＱＣＤ），ΛＱＣＤ＝2ｍπ±。对于e+ e-碰撞(３)式变为<ｍ>＝ｍπ±·（14ｅｘｐ［0.052／αｓ］）(4)

这就是说，e+ e-碰撞比Ｐ碰撞多产生ｍπ±/4的质量(ｓs=3～10Ge V)。Bose强子平均质量<ｍＢ>＝ｍπ±·ｅｘｐ［0.045／αｓ］（ｓ= 3GeV～20TeV)。只考虑π±与Ｋ±介子，Bose强子倒易统计起伏为

αＢ＝<ＮＢ>2<Ｎ2Ｂ>－<ＮＢ>2（5）

则αＫ＝απ<ｍＢ>－ｍπＭＫ－<ｍＢ>（6）

αＢ＝απ（ＭＫ－ｍπＭＫ－<ｍＢ>）2（7）

这里απ与αＫ分别是π±介子与Ｋ±介子的倒易统计起伏。α０π＝(1. 27±0.09)２是比较精确的实验值，其Ｎ±π的基本强子发射源中的分布为<Ｎπ>σＴｄσπｄＮπ＝

24γＢ－１／２Γ（3／2－4γＢ）（βπＮπ<Ｎπ>）1＋νＫν（βπＮπ<Ｎπ>）(8)

这里βπ≈2［1－2γＢ－（ｇＲ）］，ν＝1／2－4γＢ（ｇＲ），由H ankel积分公式<Ｎ2π><Ｎπ>＝3／2Γ（2－4γＢ）·［Γ（3／2－4γＢ）Γ（3／2）］2·Γ（5／2－4γＢ）Γ（5／2）（9）

再利用黎曼δ(q，x)函数与Γ(x)函数的关系，可算出αＪ±π≈2［1－5／2γＢ（ｇＲ）］(10)

式(10)是基本强子发射源的倒易统计起伏。对于3个源(J0，J1，J2），Ｎπ＝ＮＪ０＋ＮＪ１＋ＮＪ2，若J1与J2相同，则有α±π≈αｊ±π［1－（<ＮＪ><Ｎ±π>）］2(11)

再由(7)式，我们最后得αＢ≈α±π（1＋δ<ｍＢ>ＭＫ）2(12)

这里δ<ｍＢ>＝<ｍＢ>－ｍπ，于是我们可得到：量子场反常维度－γＢ（ｇＲ）＝0.045，δmp=119MeV，2<ＮＪ１>=0.96±0.02。

2、高阶积分关联的质量效应

赵树松教授曾证明απ满足兰道(Landau)不等式，指出αｍａｘπ＝4，这对积分关联是很强的限制。积分关联

ｆ2（ｇＲ，<ｍＢ>）＝Ｄ2ＮＢ－<ＮＢ>＝（1αＢ<ＮＢ>－1）·<

ＮＢ>(13)

表达式(13)的结果与NA22数据、NA9数据（μｐ）及W21数据（ｐ，ｖｐ）相符合。π+P与K+P碰撞产生Ｋ±的介子平均数分别为(HEN-316/1988)<ＮＫ±>＝0.420±0.015（Ｋ＋Ｐ），<ＮＫ±>＝0.252±0. 007（π＋Ｐ）。由(12)式我们有

αＢ（Ｋ＋Ｐ）αＢ（πＰ）≈1＋1ＭＫ［（δ<ｍＢ（Ｋ＋）>－（δ<ｍＢ（π＋）>）］(14)

其平均质量差（δ<ｍＢ（Ｋ＋）>）－（δ<ｍＢ（π＋）>）＝ＭＫ<ＮＢ>δ<ＮＫ±>(15)

这里δ<ＮＫ±>＝0.168±0.022(Ｋ＋Ｐ碰撞与π＋Ｐ碰撞的Ｋ±介子平均数之差）。具体值为：αＢ（Ｋ＋Ｐ）／αＢ（π＋Ｐ）＝1.020±0. 004，这样Ｋ＋Ｐ数据ｆ2（ｇＫ，<Ｎ>Ｂ）＝0，ｓ＝7.75ＧｅＶ，π＋Ｐ数据ｆ2（ｇＫ，<Ｎ>Ｂ）＝0，ｓ＝7.07ＧｅＶ，由此实验质量效应得到说明。

奇斜度(skewness)的定义为γ１（ｇＲ，<ｍＢ>）＝<(ＮＢ－<ＮＢ>）3>（<Ｎ2Ｂ>－<ＮＢ>2）3／2(16)

这里，<(ＮＢ－<ＮＢ>）3>＝<Ｎ3Ｂ>－3<Ｎ2Ｂ>／，<ＮＢ>2＋2 <ＮＢ>3，于是我们有γ1（ｇＲ<ｍＢ>）＝α3／2Β［<Ν３Β><ΝΒ> 3－3αΒ－1］(17)

由ＮＢ＝ＮＪＢ＋ＮＪ，将式(17)中的<Ｎ3Ｂ>展开，考虑到(7)与(1 1)式，再令αＪＢ＝（<(ＮＪＢ）2>－<ＮＪＢ>）／Ｄ2ＮＪＢ，经整理可得<Ｎ3Ｂ><ＮＢ>3＝<（ＮＪＢ）3><ＮＢ>3［1－3<ＮＪ><ＮＢ>（1－3<ＮＪ><ＮＢ>）＋3<ＮＪ><ＮＢ>（1－<ＮＪ><ＮＢ>）×（1＋1αＪＢ）］(18)

这里的αＪＢ＝αＪπ±／（１－δ<ｍＢ>／ＭＫ，是基本强子发射源的Bose强子的倒易统计起伏。因此<（ＮＪＢ）3><ＮＢ>3＝（ＭＫ－<ｍＢ>ＭＫ－ｍπ）3［<Ｎ３π><Ｎπ>3＋3<Ｎ2π><Ｎπ>2（<ＮＫ><Ｎπ>）＋3<Ｎ2Ｋ><ＮＫ>2（<ＮＫ><Ｎπ>）2＋<Ｎ3Ｋ><ＮＫ>3（<ＮＫ><Ｎπ>）3］（19）

<Ｎ2π><Ｎπ>3＝23／β3π〖〗Γ（3／2－4γＢ）·32· Γ（3／2）·（2－4γＢ）·Γ（2－4γＢ）(20)

则

<（ＮＪＢ）3><ＮＪＢ>3≈（１－δ<ｍＢ>ＭＫ）3［3（2＋2γＢ）＋３（<ＮＫ><Ｎπ>）（1＋1απ±）］(21)

基本粒子关系

基本粒子关系 强子就是参与强相互作用的粒子，可以分为介子和重子，目前粒子物理的夸克模型认为介子是由夸克和反夸克组成，重子则有三个夸克（或者反夸克）组成，重子可以再分为核子（包括质子和中子）和超子（因为质量超过核子的质量而得名）。电子和中微子等属于轻子，不参与强相互作用。 目前粒子物理认为轻子，夸克等没有结构，是点粒子。 电子质子等粒子带有电荷，带电粒子之间可以发生电磁相互作用，而电磁作用场的量子是光子，即带电粒子之间通过交换光子而发生相互作用。 夸克带有颜色（或者色荷），夸克之间，夸克和胶子之间，胶子之间，可以发生色相互作用，而色相互作用场的量子是胶子。 光子和胶子都是传递相互作用的媒介粒子，目前认为它们也没有结构，是个点粒子。 第一类：纯单个粒子，中微子，电子，大统一粒子，夸克。 第二类：由两个基本粒子合成的粒子，如π介子，W、Z玻色子。 第三类：由三个基本粒子合成的粒子，如：中子，质子及其它强子。 第一类粒子中的大统一粒子不能游离态存在，它们必须二个并存，构成了π介子，和W玻色子。（特别注意的是，这一点与传统理论完全不同，为什么要这样猜想呢？你如果接着往下看就明白了。）第一类中的夸克也不能单独存在，它们必须三个并存在，构成了质子与中子等强子 |评论 1. 强子和轻子是构成世界万物的两个基本类别 ①强子：由夸克组成的粒子。两个夸克组成的强子叫介子；三个夸克组成的强子叫重子。所以，不管是介子还是重子，都是强子。与之对应的是轻子。 ②轻子：目前已知的的轻子有三代，包括电子及电子中微子、缪子及缪子中微子、tau子及tau子中微子。轻子之所以叫轻子，主要是因为轻子一直到现在都没有发现其有内部结构，认为轻子是点粒子。 2. 胶子是传递强相互作用的传播子。强相互作用的粒子，即强子是有夸克组成，夸克和夸克之间形成的介子或者重子就是靠夸克间的胶子相互传递从而耦合在一起的。 3. 根据色禁闭理论，单独的夸克是不存在的，而胶子是传播子，严格意义上将，比较两者的大小根本没有任何意义，因为单独的夸克不存在，存在的夸克都以介子或强子而存在。没法和胶子进行定量的比较。胶子没有固定的尺寸，胶子和光子一样，都是传播子，只不过胶子传播强相互作用力，而光子传播电磁相互作用力。 发给我自己..强子，重子，介子，中微子，轻子 2008-07-13 23:55 强子提供强相互作用的介子 质子、中子里有些什么质子、中子里有些什么 对强子结构和标准模型研究的一再成功已表明夸克和色场是强子世界的最基本组成部分．尽管如此，强子物理还存在一些悬而未决的困难，如夸克幽禁、质子自旋危机、质子衰变等．

能量物质与基本粒子

能量物质与基本粒子 能量物质即能量微粒是宇宙最小粒子、是处于最底层的粒子，本身并没有物质属性和能量属性的区别，只是简单具备场力属性。能量微粒是相互之间吸引接触时排斥力的场力颗粒，这种场力颗粒是不可再分的，是宇宙大爆炸的喷射微粒。大爆炸初期或局部区域喷射微粒密度大到吸力下几乎接触，经斥力平衡成高速运动线体，如正电子、负电子、重子、γ射线等。随着宇宙不断膨胀密度降低使相互间不能吸到一起而成为无序运动状态并充满宇宙空间，成隐形能量和隐形物质。 能量微粒具有场力聚集效应，无序运动团吸引力集中对外显现，场力效果显能量效应，力传递本身显物质效应。能量微粒有序运动但未达到线体形成密度，即能量微粒密度比散状密度大但又比几乎接触密度小，这种有序运动形式既显能量属性又显物质属性叫电磁波。电磁波形成是聚集能量微粒团膨胀与间隙收缩呈现周期性变化，微粒团收缩时从中心垂直方向挤出膨胀成垂直方向膨胀微粒团，同样伴随则缩，如此交替循环使力属性由电场变为磁场、磁场变电场交替变化。 超微观物质有四态：能量微粒无序运动为第一形态是隐形能量和隐形物质，对外产生引力经空间扭曲传播成暗物质引力，存在于宇宙任何空间只是密度有不同；纠结成运动线体为第二形态是原子基本粒子、宏观物质初始微粒；有序运动电磁波为第三形态是能量与物质过渡体，是一种能量微粒传播方式，同时具有能量属性和物质属性；还有第四形态即能量微粒有序定向流动形态，能量微粒流动是另一种传播方式，可以从宇宙空间一个地方传到另一个地方实现转移。 在受外磁力定向推动能量微粒从一端运动到另一端聚集形成场力强度差也叫电势差，一端对另一端场力差靠空间扭曲传递形成电场，空间扭曲只传递力形式不传递物质和能量。能量微粒流动轨迹成封闭状态时产生不停止环流，若轨迹是具有自由电子导体环，这时空间电场力驱驶自由电子在导体内移动形成电流。能量微粒离散状态有序运动下场合力在空间传播成极性电场，能量微粒定向运动从垂直方向挤出作有序运动场合力在空间传播成极性磁场。 无论正电子还是负电子场力都是定向极性的，我们看到正电子或负电子点电荷各向同性实则是无数电子场力各方向均衡相等但显露极性，经空间扭曲向外传递场力。电子主体是环圈运动线体是物质属性，由能量微粒构成锥体拖尾产生能量属性。能量微粒是最小场颗粒，线体是微观物质基本单元，能量微粒收缩运动构成环饼是电磁波基本单元。能量微粒定向流动构成微粒团密度差，经空间扭曲传递吸引力差别。能量微粒是最小颗粒，各种形态物质只是能量微粒不同运动形式。 能量微粒无序运动合力偏振角为零成无极性场力也是万有引力，有序运动下的电场、磁场合力偏振角不为零产生极性场力即电场力和磁场力。电场力、磁场力、引场力不同属性由能量微粒运动形式不同产生，场力形式在空间扭曲传播成为力场，随着运动形式改变这些场力属性也随之改变。将电磁波认为是能量与物质之间的过渡，随着运动形式改变物质可经过渡变为能量、能量也可经过渡变为物质，物质属性和能量属性随之转化。 物质由原子构成、原子由重子、正电子和负电子基本粒子构成，基本粒子则是作环圈运动的能量微粒线体并且带有锥体状能量微粒有序运动拖尾，既有物质属性又有能量属性。电子处于流动状

论美的本质王东岳

论“美”的本质 王东岳 关于美和美学的问题，讨论方式有两种：一种是讨论美学的具体范畴，涉及美学和审美的一般问题；另一种是讨论美的本质，也就是问美这个东西究竟是什么。而第二种讨论方式只能是一种哲学方式。我今天是在哲学的意义上讨论美的本原，因此，各位同学可能会认为它和美离得比较远，然而，正因为离得比较远，于是它才可能真正把握美的本质。 一 我们首先谈谈美的问题的提出。 在哲学史上，第一个提出“美的本质” 问题的，是古希腊哲学家柏拉图。柏拉图以苏格拉底和他人对话的方式，讨论了这个问题，得出的唯一结论是“美是难的”。柏拉图认为，“美”这个问题是非常困难的，甚至几乎是无法说清楚的。在此篇中，苏格拉底用归谬法的方式否定了对“美是什么”的所有回答。换一句话说，柏拉图用这样的方式是想告诉人们，美的问题用多因素分析的方式得不出结论，必须找到它的单因素决定方向，否则这个问题就讨论不下去。 为什么说“美的本质”是一个哲学问题呢？我简单谈谈哲学的含义。哲学不同于其他学问的地方，就在于哲学是追究终极原因的学问。也就是说，它不在一般的或直观的浅层上追问形成事物个相的原因。比如说，我们讨论健康，如果站在一般的因素层面上讨论，1000个因素都说不完。哲学不这样讨论问题，而我们通常的科学或一般的学问都是多因素的讨论问题。多因素讨论问题的方式使得任何一个因素都不能成立，因此多因素讨论问题的可成立性是大可怀疑的。而哲学是追究终极因素，是讨论问题的单因素。因此，罗素对哲学有个说法：哲学和神学很有相似之处，因为哲学和神学所探讨的问题都是终极问题。哲学和神学的不同点是，哲学是用理性探讨终极问题，神学是用信仰抵达终极关怀。从另一方面说，哲学和科学又有相似之处，它们的相同之处在于它们都使用理性这个工具，它们的不同之处在于，哲学探讨的是终极问题，而科学探讨的是具体问题。“美的本质”这个问题，从具体层面上是探讨不了的，因此，探讨这个问题必须从哲学说起。 美到底是什么？众说纷纭。齐白石有句名言：美就在似与不似之间。也就是像与不像之间，他说，如果太像，就有媚俗之嫌，如果完全不像，就有欺世之嫌。美一定在似与不似之间，也就是说，美是一个很飘忽的东西。古代最早讨论美的哲学家柏拉图认为，美是一个主观理念。也就是说，美不是一个客观派生的东西。他的学生亚里斯多德提出不同的看法。亚里斯多德认为，美是有一定客观性的，美是外部对象的一种和谐。比如我们说一个人美，他一定要头有多大，四肢有多长，躯干要是怎样的状态，恐怕美包含在这种协调关系里。哲学继续发展，所有的哲学家都在探讨美的问题。到了康德和黑格尔，美的问题再度转化到纯理念方面。那么，美到底是客观的还是主观的？美到底是什么？既往哲学家那种讨论方式，我认为不能解决问题，不能得出结论。我们今天换一种方式，从远距离来讨论“美是什么”。 二 讨论“美是什么”，我们首先必须搞清“感知”和“精神”是什么，因为美是一种精神现象，或者说，是精神现象中一个心理层面的反应。如果“精神”的起源搞不清，“美”这个问题就无从谈起，或者“美的本质”就无从谈起。 我们现在把二十世纪的系统科学拉开一个幅面，那么，我们在哲学上，或者说在精神的起源上，似乎可以找到另外一个讨论问题的方式。二十世纪自然科学的重大发展，导出了

基本粒子的标准模型

12、基本粒子的标准模型 标准模型由三种理论组成： （1）量子电动力学（QED）：带电轻子和夸克与电磁U(1)规范场相互作用的量子理论。最主要的部分是电子与电磁场相互作用的量子理论。（2）量子弱电统一理论（QWED）：QED的推广，把电磁相互作用与弱作用统一起来，建立统一的U(1)xSU(2)的规范理论。 （3）量子色动力学（QCD）：夸克与胶子的SU(3)规范场相互作用的强相互作用的量子理论。 把上述三种相互作用的规范场理论统一起来的规范场理论叫大统一理论（Grand Unification Theory, GUT）。目前尚无定型。人们倾向于SU(5)大统一理论（最简明、具有代表性、可重整化） 4、超晶格：超晶格材料是两种不同组元以几个纳米到几十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的多层膜，事实上就是特定形式的层状精细复合材料。 2、团簇：团簇是由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体，其物理和化学性质随所含的原子数目而变化。团簇的空间尺度是几埃至几百埃的范围，用无机分子来描述显得太大，用小块固体描述又显得太小，许多性质既不同于单个原子分子，又不同于固体和液体，也不能用两者性质的简单线性外延或内插得到。 7、等离子体：又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。 等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。现在低温等离子体广泛运用于多种生产领域。高温等离子体只有在温度足够高时发生的。太阳和恒星不断地发出这种等离子体，组成了宇宙的99％。在宇宙中，等离子体是物质最主要的正常状态．宇宙研究、宇宙开发、以及卫星、宇航、能源等新技术将随着等离子体的研究而进入新时代． 8、激光冷却：光对原子有辐射压力作用，利用光压改变原子速度。人们发现：当原子在频率略低于原子跃迁能级差且相向传播的一对激光束中运动时，由于多普勒效应，原子倾向于吸收与原子运动方向相反的光子，而对与其相同方向的光子吸收几率较小，吸收后的光子将各向同性自发辐射。平均看来，两束激光净作用是产生一个与原子运动方向相反的阻尼作用，从而使原子的运动减缓（冷却）。 3、玻色－爱因斯坦凝聚。研究范围：质量不为零，粒子数守恒的波色粒子组成的理想气体。 概念：这种粒子不受泡利不相容原理的限制，当T→0Κ时，几乎所有的玻色子会聚集到能量为0，动量为0的基态，这是并不奇怪的。令我们感兴趣的是，研究表明，当温度降低到一个有限的低温T（大约为3K）时，就会有宏观数量的波色粒子聚集在基态。这一情况与蒸汽凝聚有些类似，因而称为玻色－爱因斯坦凝聚（BEC）。 1、费米液体：由遵从费密－狄喇克统计的粒子组成的液体，如液体He及金属中的电子体系。费密液体是一个强相互作用的多粒子体系。在温度远低于费密温度时,正常的(没有发生相变的) 费密液体的性状可以用Л.Д.朗道在1956年提出的费密液体理论很好地描述，即在液体中粒子加上与其相互作用并一同运动的近邻粒子“屏蔽云”组成准粒子（见固体中的元激发[1]），液体可以看成这些近自由的准粒子的集合，准粒子之间的相互作用可以用一些分子场来描述，有关的参量叫做朗道参量，可由实验确定。 9、夸克禁闭：夸克受到被称为色荷的强力的束缚，带色荷的夸克被限制与其他夸克在一起(两个或三个组成一个粒子)，使得总色荷为零。不可能从核子中单个地分离出来，这种奇特性质被称为夸克禁闭或色禁闭。它能将粒子结合为无色的状态。 10、黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。 哈勃膨胀、微波辐射、轻元素的合成以及宇宙的测量被认为是现代宇宙学的四大基石。 5、自组织耗散结构：一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持。 11、非常规超导体（non-normalsuperconductors）指不同于传统研究的超导体，机理研究有新发展和新探索。如低载流子密度超导体（包括层状结构超导体），有机超导体，超晶格超导体，非晶态超导体，磁性超导体等。在机理研究上除进深的电-声子机制外，有激子机制，双极化子，重费米子，等离子体激元，共振价键，费米液体，自旋涨落，自旋口袋模型等等，在电子配对上（包括空穴型）仍有S波配对外，有P波配对，D波配对等选择。因此称之为“耗散结构” 15、约瑟夫森效应：电子能通过两块超导体之间薄绝缘层的量子隧道效应。两块超导体通过一绝缘薄层(厚度为10埃左右)连接起来，绝缘层对电子来说是一势垒，一块超导体中的电子可穿过势垒进入另一超导体中，这是特有的量子力学的隧道效应。

要点一 构成原子或离子的各基本粒子间的数量关系

一．原子的构成与排布 构成： （１）原子的质量主要集中在原子核上。 （２）质子和中子的相对质量都近似为1，电子的质量可忽略。 （３）原子序数＝核电核数＝质子数＝核外电子数 （４）质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N) （５）在化学上，我们用符号A Z X来表示一个质量数为A，质子数为Z的具体的X原子。 排布： １．在多个电子的原子里，核外电子是分层运动的，又叫电子分层排布。 ２．电子总是尽先排布在能量最低的电子层里。 3.核外电子的排布规律 （1）各电子层最多容纳的电子数是2n2（n表示电子层） （2）最外层电子数不超过8个（K层是最外层时，最多不超过2个）；次外层电子数目不超过18个；倒数第三层不超过32个。 （3）核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层，然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排布。 总结： 电子层 1 2 3 4 n 电子层符号K L M N …… 离核距离近远 电子的能量低高 最多能容纳的电子数 2 8 18 32 2n2 二．构成原子或离子的各基本粒子间的数量关系 1．质子数+ 中子数= 质量数= 原子的近似相对原子质量 原子A Z X 原子核 质子Z个 中子N个=（A－Z）个 核外电子Z个

2．原子的核外电子数= 核内质子数= 核电荷数 3．阳离子核外电子数= 核内质子数–电荷数 4．阴离子核外电子数= 核内质子数+ 电荷数 5．核外电子数相同的粒子规律 (1)与He原子电子层结构相同的离子有（2电子结构）：H-、Li+、Be2+ (2)与Ne原子电子层结构相同的离子有（10电子结构）：阴离子有F-、O2-、N3-、OH-、NH2-；阳离 子有Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3O+；分子有Ne、HF、H2O、NH3、CH4 (3)与Ar原子电子层结构相同的离子有（18电子结构）：阴离子有P3-、S2-、Cl-、HS-；阳离子有K+、 Ca2+；分子有Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、C2H6、CH3OH、N2H4 三．元素，核素与同位素 (1)元素：具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。 （2）核素：把具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子称为核素。一种原子即为一种核素。 核素之间的比较：两者相同处：质子数相同、同一元素 两者不同处：中子数不同、质量数不同 二者关系：属于同一种元素的不同种原子 (3)同位素：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素（同一种元素的不同核素间互称为同位素）。 注意：①同一元素的各种同位素(原子)虽然质量数不同，但化学性质几乎完全一样；②天然存在的元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子个数百分比一般是不变的。 （4）相对原子质量的计算： 元素的相对原子质量是按各种天然同位素原子所占的原子个数百分比求出的平均值。 Ar＝Ar l*a1％+Ar2＊a2％+ 其中Ar1、Ar2…为各种同位素的相对原子质量，a1％、a2％…为同位素的原子数百分比或同位素的原子的物质的量分数但不是质量分数。 元素、核素、同位素三者之间的关系：

当代物理学对物质微观世界基本粒子的认识

当代物理学对物质微观世界基本粒子的认识简介 2010-07-16 05:38:04| 分类：默认分类|字号大中小订阅当代物理学对物质微观世界基本粒子的认识简介 一、物理概念： 基本粒子即在不改变物质属性的前提下的最小体积物质。它是组成各种各样物体的基础。并不会因为小而断定它不是某种物质。 简单介绍： 名称：基本粒子英语名称：elementary particle 基本粒子指人们认知的构成物质的最小最基本的单位。但在夸克理论提出后，人们认识到基本粒子也有复杂的结构，故现在一般不提“基本粒子”这一说法。根据作用力的不同，粒子分为：

1、强子 2、轻子 3、传播子 三大类 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，已发现的夸克有六种它们是： 1 . 顶夸克 2 . 上夸克 3 . 下夸克 4 . 奇异夸克 5 . 粲夸克 6 . 底夸克 其中理论预言顶夸克的存在，2007年1月30日发现于美国费米实验室。现有粒子中绝大部分是

1 . 强子 2 . 质子 3 . 中子 4 . π介子 等都属于强子。(另外还发现反物质,有著名的反夸克,现已被发现且正在研究其利用方法,由此我们推测，甚至可能存在反地球,反宇宙) 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: 1 . 电子 2 . 电子中微子 3 .

μ子 4 . μ子中微子 5 . τ子 6 . 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，且所有的中微子都存在反粒子；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，由于色禁闭现象，至今无法直接观测到。光子传递电磁相互作用，而传递弱作用的W+，W-和Z0，胶子则传递强相互作用。重矢量玻色子是1983年发现的，非常重，是质子的80一90倍。

基本粒子的定义与分类

基本粒子的定义与分类 基本粒子的定义与分类 （1）基本粒子的定义及其变化 基本粒子是指人们认知的构成物质的最小、最基本的单位。但是因为物理学的不断发展，人类对物质构成的认知逐渐深入，因此基本粒子的定义随时间也是有所变化的。 目前在粒子物理学中，标准模型理论认为的基本粒子可以分为夸克（quark）、轻子（lepton）、规范玻色子（boson）和希格斯粒子四大类。标准模型理论之外也有理论认为可能存在质量非常大的超粒子。 传统上（20世纪前、中期）的基本粒子是指质子、中子、电子、光子和各种介子，这是当时人类所能探测的最小粒子。而现代物理学发现质子、中子、介子都是由更加基本的夸克和胶子（gluon）构成。同时人类也发现了性质和电子类似的一系列轻子，还有性质和光子、胶子类似的一系列规范玻色子。这些是现代的物理学所理解的基本粒子。 （2）基本粒子的分类 费米子：基本费米子分为两类：夸克和轻子。 夸克：目前的实验显示共存在6种夸克，其中包括它们各自

的反粒子。这6种夸克又可分为3“代”。它们是： 第一代：u（上夸克）d（下夸克） 第二代：s（奇异夸克）c（魅夸克） 第三代：b（底夸克）t（顶夸克） 它们的质量关系是。另外值得指出的是，他们之所以未能被早期的科学家发现，原因是夸克决不会单独存在（顶夸克例外，但是顶夸克太重了而衰变又太快，早期的实验无法制造）。他们总是成对的构成介子，或者3个一起构成质子和中子这一类的重子。这种现象称为夸克禁闭理论。这就是为什么早期科学家误以为介子和重子是基本粒子。 轻子：共存在6种轻子与它们各自的反粒子。其中3种是电子和与它性质相似的子和子。而这三种各有一个相伴的中微子。他们也可以分为三代： 第一代：e（电子）、（电中微子） 第二代：（μ子）、（μ中微子） 第三代：（τ子）（τ中微子） 玻色子：玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子。 规范玻色子，这是一类在粒子之间起媒介作用、传递相互作用的粒子。之所以它们称为“规范玻色子”，是因为它们与基本粒子的理论杨-米尔斯规范场理论有很密切的关系。

要点一 构成原子或离子的各基本粒子间的数量关系

一．原子的构成与排布 构成： （１）原子的质量主要集中在原子核上。 （２）质子和中子的相对质量都近似为1，电子的质量可忽略。 （３）原子序数 ＝ 核电核数 ＝ 质子数 ＝ 核外电子数 （４）质量数(A )=质子数(Z )+中子数(N ) （５）在化学上，我们用符号A Z X 来表示一个质量数为A ，质子数为Z 的具体的X 原子。 排布： １．在多个电子的原子里，核外电子是分层运动的，又叫电子分层排布。 ２．电子总是尽先排布在能量最低的电子层里。 3.核外电子的排布规律 （1）各电子层最多容纳的电子数是2n 2（n 表示电子层） （2）最外层电子数不超过8个（K 层是最外层时，最多不超过2个）；次外层电子数目不超过18个；倒数 第三层不超过32个。 （3）核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层，然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层 排布。 总结： 电子层 1 2 3 4 n 电子层符号 K L M N …… 离核距离 近 远 电子的能量 低 高 最多能容纳的电子数 2 8 18 32 2n 2 二． 构成原子或离子的各基本粒子间的数量关系 1．质子数 + 中子数 = 质量数 = 原子的近似相对原子质量 2．原子的核外电子数 = 核内质子数 = 核电荷数 3．阳离子核外电子数 = 核内质子数 – 电荷数 4．阴离子核外电子数 = 核内质子数 + 电荷数 5．核外电子数相同的粒子规律 (1)与He 原子电子层结构相同的离子有（2电子结构）：H -、Li +、Be 2+ (2)与Ne 原子电子层结构相同的离子有（10电子结构）：阴离子有F -、O 2-、N 3-、OH -、NH 2-；阳离 子有Na +、Mg 2+、Al 3+、NH 4+、H 3O +；分子有Ne 、HF 、H 2O 、NH 3、CH 4 (3)与Ar 原子电子层结构相同的离子有（18电子结构）：阴离子有P 3-、S 2-、Cl -、HS -；阳离子有K +、 Ca 2+；分子有Ar 、HCl 、H 2S 、PH 3、SiH 4、F 2、H 2O 2、C 2H 6、CH 3OH 、N 2H 4 三． 元素，核素与同位素 (1)元素：具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。 原子A Z X 原子核 质子 Z 个 中子 N 个=（A －Z ）个 核外电子 Z 个

原子分子物理前沿专题

目录 摘要 (2) 1 原子论发展史与主要内容 (2) 2 原子分子学说的建立与发展 (3) 3 古代原子论的发展过程和主要内容 (4) 4 原子论哲学的产生与发展 (5) 4.1原子论哲学的理论准备 (6) 4.1.1 恩培多克勒 (6) 4.1.2 阿那克萨哥拉 (7) 4.2 原子论哲学 (8) 5 近代史——道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子 (9) 6 发展史 (11) 6.1 道尔顿的原子模型 (11) 6.2 葡萄干布丁模型（枣核模型） (11) 6.3 行星模型 (12) 6.4 玻尔的原子模型 (12) 6.5 现代量子力学模型 (12)

浅谈原子论的发展 [摘要] 本文主要由六个部分组成。第一个部分由说明原子论发展史与主要内容。第二个部分主要介绍原子分子学说的建立与发展。第三个部分阐述了古代原子论的发展过程和主要内容。第四部分主要论述了原子论哲学的产生与发展。第五部分阐述了道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子，最后一部分概括了原子论近现代发展史。 1 原子论发展史与主要内容 化学是以物质为研究对象，以阐明物质的结构及其变化规律为己任，所以，“物质是什么构成的？”是化学的基本问题也是核心问题。然而，从上古代的德谟克利特（公元前460～前370年）到17世纪的波义耳（1627～1691年），上下2000多年，尚未做出完全正确的回答。 到了17世纪的1661年，波义耳以化学实验为基础建立这样的元素论：那些不能用化学方法再分解的简单物质是元素。即西方的“土、气、水、火”四元素物质组成观。这种物质观已接近原子论，但还不是科学的原子论。因为，他当时称之为元素的物质，今天看来只是单质，而不是原子。 随着科学实验的深入、技术的进步、一代又一代科学家的努力，人们对物质的认识渐渐地明确起来，并发生了认识上的飞跃，产生了科学的原子论，完成这一“飞跃”的代表人物就是英国科学家道尔顿，那已经是19世纪初的事情了（1803年）。 由于原子的概念是化学的基石，是化学的灵魂，这个问题一旦解决，必然促进化学学科极大的发展。事实正是如此：从科学原子论提出，到19世纪中期，已发现的化学元素就有60多种，证明了原子论的指导作用。从此，化学进入蓬勃发展的新阶段，同时也揭开了物质结构理论的序幕，已能从微观物质结构的角度去揭示宏观化学现象的本质。使化学发展到由材料的堆积至材料的整理，并使其条理化的新时期。

粒子物理学

粒子物理学 为本词条添加义项名 粒子物理学，又称高能物理学，它是研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。 10 本词条无基本信息模块, 欢迎各位编辑词条，额外获取10个积分。 目录 1学科简介 2学科分类 3理论分析 4发展阶段 5黑格斯粒子的实验证据 6第四种和第五种夸克 7轻子的新发现 8电弱统一理论的建立 9粒子物理的前景 展开 1学科简介 2学科分类 3理论分析 4发展阶段 4.1第一阶段（1897～1937） 4.2第二阶段（1937～1964） 4.3第三阶段（1964～） 5黑格斯粒子的实验证据 6第四种和第五种夸克 7轻子的新发现

8电弱统一理论的建立 9粒子物理的前景 粒子物理学 1学科简介 粒子物理学particle physics 研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。又称高能物理学。 粒子物理学 2学科分类 粒子物理学专门研究组成物质和射线的基本粒子，以及它们之间的相互作用。由于在大自然的一般条件下，许多基本粒子不存在或不单独出现，物理学家使用粒子加速器，试图复制粒子高能碰撞的机制，从而生产和侦测这些基本粒子，因此粒子物理学也被称为高能物理学。 标准模型可以正确地描述基本粒子之间的相互作用。这模型能够计算12种已知的粒子（夸克和轻子），彼此之间以强力、弱力、电磁力或引力作用于对方。这些粒子会互相交换规范玻色子（分别为胶子、光子、W 及Z 玻色子）。标准模型还预测了希格斯玻色子的存在。截至2010年，使用费米实验室的垓电子伏特加速器和欧洲核子研究组织的大型强子对撞机，实验者仍旧在努力地寻找希格斯玻色子的来踪去迹。

浅谈速度变化致物质质量变化

浅谈速度变化致物质质量变化 云南云维集团大为制焦电仪黄兆荣 摘要：本文分析了物质速度变化导致物质质量发生变化的理论依据和原因。 关键词：速度，质量，变化 一、概述：将纸撕碎，纸的质量（天枰称）会发生变化，将水装在密封的塑料瓶里摇动，摇动前后的质量也会发生变化，都是先重后輕，同样将热水装在密闭的瓶中，放在天枰称，质量的变化，随着热水的温度降低，质量慢慢增加。 二、分析：1、物质的速度变化（Vt-Vo=a)则需要看到一个力（F) m = F / a = F/ (Vt-Vo) 由于a都会落后F.有了F，使物质运动速度发生变化（Vt-Vo),物质内部会发生摩擦，物质与外壳也会发生摩擦，摩擦生电、声、噪音等，摩擦生电，根据电磁力与引力的统一的原理，电磁力会吸引它周边的物质，周边有一种最基本的粒子，能进出任何物质的表面上，当某种物质的力量打破平衡时间，该基本粒子就会进出该物质的表面，与其发生反应。使物质的质量发生改变。 把水装在密闭的塑料瓶里，静置，有基本的受力平衡（不是绝对的）有一个质量数，当塑料瓶在外力的作用下摇动，由于水分子之间，水分子与塑料瓶内壁的摩擦都会产生（电磁力），及单位面积引力增加，吸引外界的基本粒子，从而使自己的质量增加，，把热水装在瓶中，称其质量为ma，当热水冷却后，再称起质量为mb对比发现，mb-ma大于0，这是由于热水的密度比冷水的密度小，热水运动虽然比冷水的运动剧烈，但是震动幅度小，所以热水单位面积的引力小；冷水的单位面积的引力大，故其质量大，撕纸时，将纸撕烂时，产生的引力（即电磁力）比没有撕碎的纸的引力大，固撕纸前、后的质量有相差有，引力将周围的基本粒子或物质吸引在电磁力（引力）变化的物体上。 运动能使物体的质量增加 1、在空气中笔者将A4纸撕碎，称其重量比未撕碎前纸的质量增加了，一共用四张纸做实

浅谈现代粒子物理前沿问题_夸克_胶子等离子体

［摘要］夸克－胶子等离子体是当今粒子物理领域的重要研究课题，它不仅能揭示微观粒子的物理性质，还能帮助人们认识宇宙的演化过程。本文对夸克－胶子等离子体的研究现状进行了概述。［关键词］夸克－胶子等离子体；高能重离子碰撞浅谈现代粒子物理前沿问题———夸克－胶子等离子体 傅永平 郗勤 （临沧师范高等专科学校数理系，云南临沧 ６７７０００） 1研究夸克-胶子等离子体的科学意义 按照目前的实验观测结果，已知的物质最小构成单元是夸克和轻子，比如质子和中子就是由上夸克和下夸克组成的三夸克色禁闭束缚态，而介子则是双夸克色禁闭束缚态。我们熟知的电子就是轻子的一种。如果用质量来标度，夸克和轻子可以分为三代，每一代有２种夸克和轻子，其中夸克包括上夸克、下夸克、奇夸克、璨夸克、顶夸克和低夸克，轻子包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子。 夸克－胶子等离子体是区别于强子的一种新的物质形态，夸克不再是以强子型的双夸克或三夸克色禁闭束缚态形式存在，夸克－胶子等离子体中的夸克是色相互作用渐近自由的，夸克与夸克之间，夸克与多夸克之间存在自由的色相互作用，这是一种多体夸克凝聚的新物质形态。 宇宙大爆炸初期宇宙的温度约为１０２８ ｅＶ，按照标准模型，当时可 能存在的物质只有轻子和夸克，此时夸克的色自由度是解禁的，就会形成夸克－胶子等离子体。之后随着宇宙不断膨胀，温度下降到１００ＭｅＶ时，夸克物质发生对称性破缺，开始冻结成为质子和中子。从夸克物质演化的意义来讲，研究夸克－胶子等离子体不仅对基本粒子物理研究意义重大，而且对于宇宙演化的研究来讲也具有重要意义。 2实验概况 实验表明，高能重离子碰撞有可能产生核子的多重碰撞，使能量主要集中在质心附近。也即一个核的核子有可能和另一个核的不同核子发生多次碰撞，而不是仅发生一次碰撞便飞离质心区域，这样在一个很短的驰豫时间内，能量可以集中在质心附近，从而产生夸克－胶子等离子体。为更好地解释在高能重离子碰撞过程中，能量如何主要聚集在质心附近，引入核阻塞能力的概念，它表征重离子碰撞过程中一个入射核子与另一个核碰撞时所受到核物质的阻塞程度，如果多重碰撞程度越高，阻塞能力也就越大，出射核子所携带的能量就越小，那么聚集在质心附近的能量就越高，也就越容易产生夸克－胶子等离子体。多重碰撞及核阻塞能力的研究，在高能重离子碰撞产生夸克－胶子等离子体方面具有重要作用。 实验物理学家们正在尝试着利用高能重离子碰撞实验装置，把物质的温度和密度在一个很小的时空区域内提升到大爆炸的初始阶段，即把“历史”退回到存在自由夸克物质的宇宙初期。美国布鲁海文国家实验室（ＢＮＬ）的相对论重离子对撞机（ＲＨＩＣ）能够将金原子核加速到每核子１００ＧｅＶ，碰撞的质心系能量可达３９．４ＴｅＶ。 此外，欧洲核子研究中心（ＣＥＲＮ）的大型强子对撞机（ＬＨＣ）可以把铅原子核加速到每核子２．７６ＴｅＶ的质心系能量。那么碰撞的质心系能量可达到５７４．０８ＴｅＶ。未来ＬＨＣ的质心系能量还将提升到每核子５．５ＴｅＶ，碰撞的质心系能量将达到１１４４ＴｅＶ。ＲＨＩＣ能将金原子核加速到光速的９９．９５％，核粒子束迎头相撞时，每秒钟将会出现上千次的碰撞，每一次碰撞都能在相撞点上产生很高的温度，大约能产生超过１０１２Ｋ的温度，这相当于太阳温度的１万倍。 3探测夸克-胶子等离子体 夸克－胶子等离子体一旦产生就会迅速冷却膨胀，所以其寿命是很短暂的。对于实验物理学家而言，观察其冷却过程中的粒子产生才是观测夸克－胶子等离子体的有效途径。夸克－胶子等离子体在冷却过程中将有大量新粒子产生，其中包括光子、轻子和夸克碎裂产生的强 子。标准模型预言，夸克－胶子等离子体的粒子产生多重数将远大于核子－核子深度非弹性散射的粒子产生，所以通过比较实验结果和理论预言将成为又一检验标准模型正确与否的关键。 如何观测夸克－胶子等离子体不仅是实验关心的问题，也是理论研究的热点。比如研究夸克－胶子等离子体的动力学特征。而要了解它，就必须依赖于从中心区域出射的、且未被其损坏的粒子。这些粒子的最佳候选者就是光子和轻子，因为光子和轻子只参与电磁相互作用和弱相互作用，它们都不会与夸克物质发生强相互作用，对于以强相互作用为主导的过程而言，它们几乎可以不受阻碍地从碰撞中心区域出射并被探测器捕捉到，所以光子和轻子都可以携带中心区域夸克物质的动力学信息，通过研究它们便可以了解自由夸克物质的动力学特征及规律。 在高能重离子碰撞过程中有以下三种主要的光子产生源，首先是初始冷组分部分子碰撞产生的快光子，它们包括夸克、胶子之间的湮灭和康普顿过程产生的直接光子，还包括由末态部分子在真空中碎裂产生的光子。还有喷注通过热媒介时，与热部分子相互作用也会产生光子。由于初始部分子碰撞过程中的转移动量很高，强相互作用跑动耦合常数小于１，这些光子的产生机制可以利用微扰量子色动力学和量子电动力学来处理。此外，在热夸克物质的平衡相中，热光子将由热夸克和热胶子的湮灭和康普顿过程产生，由于夸克－胶子等离子体的热光子主要集中在低横动量区域，所以微扰论很难处理。 只能依靠有限温度场论以及有效热质量截断等技术来解释夸克－胶子等离子体的热光子产生。最近，有的学者提出了一种新的理论来解释热光子的产生机制，称为共形反常。在夸克－胶子等离子体中存在共形不变对称性的破缺，这种破缺机制直接导致了色单态热部分子之间的相互作用产生热光子。光子产生的最后一个主要来源是碰撞演化末态的强子物质，热强子气体之间主要通过介子相互作用产生热光子，其中介子主要是轻介子，目前关于强子气体模型已经把奇异介子也包含进来了。来自ＲＨＩＣ的ＰＨＥＮＩＸ实验组和ＬＨＣ的ＣＭＳ实验组得到的光子实验数据能较好地与理论计算结果相吻合。 对于高能重离子碰撞中双轻子的产生机制，与光子产生过程完全类似，只需要将实光子变换为虚光子即可，因为双轻子主要由虚光子衰变而来。理论表明来自于夸克－胶子等离子体的热双轻子在低不变质量区域产率最大，但是热双轻子在这个区域的贡献被众多的强子衰变谱所掩盖，热双轻子唯一占主导的区域是在中间不变质量区域。但中间不变质量区域的双轻子数据同样能用粲粒子衰变来解释。不过来自ＮＡ６０实验组的数据表明较之粲粒子衰变谱，中间不变质量区域的双轻子数据有一个抬高，这个抬高有可能是来自热双轻子的贡献。 除此之外，对于ＲＨＩＣ的双轻子实验而言，仍存在着不少公开问题。其中之一就是低横动量双轻子数据在低不变质量区域较之强子衰变的理论预言有一个２到３倍的抬高现象。这种抬高现象可以通过热媒介中矢量介子由于手征部分恢复而发生质量移动来部分地得到解释，但仍无法完全解释抬高现象。最近，ＰＨＥＮＩＸ实验组得到的高横动量双轻子不变质量谱也存在实验值高于现有理论预言的抬高现象。来自热双轻子的贡献仍无法解释现有数据。 4小节 本文就目前粒子物理的前沿热点，夸克－胶子等离子体，进行了概述。现有的夸克－胶子等离子体的光子产生实验数据能够与理论计算结果较好地吻合，但是双轻子产生的实验数据在理（下转第４２页）

粒子物理与宇宙学

课程：粒子物理与宇宙学 题目： 姓名： 学号： 学院： 专业：

题目： 摘要：在宇宙大爆炸发生前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大哟150亿年前，一个体积无限小的点爆炸了，时空从这一刻开始，人类在这一刻孕育，千百年来，人们对宇宙的探索从未止步，牛顿、爱因斯坦等一系列伟人为我们揭开了宇宙神秘的面纱，而哈勃发现了宇宙正在膨胀，可是最后宇宙是否能逃脱收缩的命运呢？本文——这么一个神秘的宇宙。 前言：作为一位核自院的学生，由于专业的原因，自己很少接著道宇宙学。自己所有的宇宙学知识，只是在高考前学习的一些经典宇宙学的皮毛，再加上平时书籍上的一点积累。因此不敢妄称此篇文章为论文，只能说是谈谈上完整个学期的宇宙学浅谈的一点感想。 从小在农村生活的原因，看着明亮的星空，我产生了求知的欲望。其实观察星空只是天文学的表象，离真正的宇宙学和物理学差的很远。在高中的时候我读到了霍金的《时间简史》的普及版。于是对相对论和量子理论以及宇宙的演化有了浅显的认识。但是在读霍金的《果壳中的宇宙》时，却很难读懂，再加上课业的繁重也就只能作罢。 在本学期选修了粒子物理与宇宙学，又燃起了我对于宇宙及物理学的强烈渴望。虽然我此生也许并不会投身于对于宇宙的探索及对物理学的研究。但是只要在条件允许的前提下，我一定会

主动为那些研究者提供各方面的支持，也当是圆了我儿时的梦想。 发展：宇宙是我们这个物质世界的整体，是物理学和天文学的最大研究对象。了解甚至弄清它的性质、结构和演化规律，一直是人类的梦想。可以说，人类试图认识宇宙的历史与人类认识史本身同样古老。但是，要认识整个宇宙实在是太难了，以致在相当长的时间内，只是停留在哲学性的、思辨性的思考上。宇宙学真正成为一门具有现代意义的独立的学科，那还是在近100 年内的事。 在半个世纪以前，大多数人对宇宙学还是抱有怀疑态度的。这半个世纪，宇宙学的发展，经历了彷徨、徘徊，经历了数据积累，经历了异军突起，经历了长足进步。时至今日，宇宙学已经成为了一门精确科学，它差不多达到了半个世纪之前粒子物理在人们心目中的地位。正是半个世纪以前，粒子物理领域新现象不断出现、新粒子不断被发现。新的发现触动了物理学的基本问题，就使物理学来了一个重大的飞跃。特别是吴健雄首次实验证明了李政道、杨振宁的理论，推翻了弱作用中的宇称守恒定律，使弱作用的正确机制很快确立。粒子物理成为了当时最前沿、也最活跃的学科。现在的宇宙学已经与半个世纪以前大不一样，它已经被普遍接受，成为了当今最前沿，最活跃的学科之一。 人生活在地球上。在地球之外，首先看到的当推太阳，其次是月亮，此外就是众多的星星了。起初，人们弄不清楚太阳、月

浅谈速度隐身

浅谈速度隐身 根据爱因斯坦相对论宇宙运动速度极限为光速，那宇宙力场微粒有没有可能超越光速运动呢？在超大质量中子星碰撞挤压喷射出力场微粒、黑洞内部加速挤压抛射力场微粒，当挤压力大于极限速度时空间阻力时这些力场微粒都有可能超过光速运动形成速度时间进而构成新时空。运动极限速度光速形成宇宙光速时空即基本时空，力场微粒被加速到超过光速度时间时就与光速时间不相同，由此进入高级别时空，这些超光速力场微粒已经不在光速时空中运行而突然消失。 若超光速运动力场微粒没达到接近高级别时空速度上限，会在高级时空受到空间阻力使速度逐渐回落，回到宇宙光速基本时空即又回到光速以下，这些力场微粒又突然出现在我们感知时空中。力场微粒进入高级别时空阶段成为隐身运动，回到基本时空我们可能看到宇宙空间再次出现这些力场微粒。被加速力场微粒速度若接近高级时空极限速度，所受到空间阻力也几乎为零于是保持这一速度在高级别空间继续运动，不再回到宇宙基本光速时空了。 高速运动力场微粒在相互吸力下形成运动线体，线体弯曲成各种形状成原子的基本粒子，再由基本粒子组成原子分子最终成为宏观物质，构成宏观物体力场微粒运动与宏观物体运动存在本质区别。宏观物体实质是力场微粒规则的空间运动团，宏观物体运动实质是整体力场微粒团向某个方向移动。光速时空中宏观物体移动速度小于力场微粒绝对速度，宏观移动只是力场微粒产生在移动方向上的分速度同时减小其方向分速度实现的分速度调整，总绝对速度不变。 宏观移动速度增加或减少并不代表力场微粒绝对速度增加或减少，只是在绝对速度不变情况的分速度调整，宏观移动只改变力场微粒移动方向分速度与其他分速度大小转变。移动速度越大力场微粒在移动方向分速度增加越多其他方向分速度减少越多，移动减速越小其他方向分速度增大。当移动速度接近力场微粒绝对速度即光速时，移动速度与绝对速度接近于相等，则其他方向分速度均降到几乎为零，移动速度的增加实质是力场微粒分速度集中在移动方向而已。 当移动速度超过力场微粒绝对速度即超光速时，实质是力场微粒绝对速度增加，这种情况是不可能发生的，就连接近光也不会发生。因为原子基本粒子即线体必须保持空间运动形式，才具有基本粒子构成原子的基础才能形成宏观物体，若移动速度接近绝对速度其他速度分量几乎为零，所有力场微粒就变成定向流体态状，线体崩溃基本粒子更不复存在、原子分子及宏观物体也不复存在。物体需要构成原子力场微粒团在相互强径引力与高速度扩张力平衡下处于平衡状态。 若宏观物体移动下力场微粒团在移动方向以外分速度减小到几乎为零将影响到原子结构，必需要保持基本粒子的空间运动形态。若再度增加移动速度就必须提高绝对速度给予满足其他分速度，以满足空间运动所需的各方向分速度，这时力场微粒会受到空间运动阻力作用，力场微粒速度提升力越大受到空间阻力也越大。因为原子基本粒子力场微粒各方向分速度在绝对速度中的占较大，在绝对速度不变情况下要使分速度保持不变、保持基本粒子空间运动状态，就必须降低移动速度。 若原子基本粒子增加移动速度会导致力场微粒绝对速度增加，会受到来自空间的巨大阻力，于是移动速度还远不及光速时力场微粒绝对速就已经超越光速了，就已经进入高级别时空运动，处在

什么是基本粒子物理

什么是基本粒子物理 我们生活在地球上，仰观太空，斗转星移； 俯察大地，声光电热。 面对宇宙万物，有多少人在思考： 世界万物是由什么构成的？ 它们有最小的结构吗？ 如果有，那是什么呢？ 粗略地说，世界是由基本粒子组成的。所谓基本粒子，就是我们不考虑它的进一步结构，而把它当成整体的东西或者说是构成世界万物的、不能再分割的最小单元。 把多种多样的物质看成是由少数几个基本实体构成，并以这样一个物质基础来说明自然界的统一性和多样性，虽简单，但抓住了问题的要害。 基本性是个历史的、相对的概念。不同的时代，由于人们认识的不同，基本粒子家族的内容在不断地演变。 （1）希腊泰勒斯提出“水为万物之本”。 （2）亚里士多得认为水、火、空气，土是构成物质的基本元素 （3）460-370,德漠克利特提出了原子论。 （4）周代，我们的祖先就提出了五行说，即认为万物是由金、木、水、火、土五种物质原料构成。 （5）《周易》中有“太极生两仪，两仪成四像，四象生八卦”的哲学思想。太极即世界的本源，两仪是天地，四象是春、夏、秋、

冬四季，八卦是天、地、雷、风、水、火、山、泽，由它们衍生出世界万物； （5）战国时的老子说：“道生一、一生二、二生三、三生万物”； （6）汉代则出现了天地万物由“元气”组成的哲学观点； （7）650年，牛顿曾说：“依我看，有可能一开始上帝就以实心的、有质量的、坚硬的、不可分割的、可活动的粒子来创造物质，它有大小和外形以及其它属性，并占据一定质量……” （8）1660年，英国科学家Ｒ.玻意耳提出化学元素的概念； （9）1741年，罗蒙诺索夫《数学化学原理》：“一切物质都是由极微小的和感觉不到的粒子组成，这些粒子在物理上是不可分的，并且有相互结合能力，物质的性质就取决于这些微粒的性质。”（10）1789年，英国息今斯《燃素说及反燃素说的比较研究》，提出粒子彼此相互化合的设想。 （11）1844年，道尔顿学说： 1/元素是由非常微小、不可再分的微粒即原子组成的，原子在化学变化中也不能再分割，并保持自己独特的性质。 2/同一元素所有原子的质量完全相同，不同种元素原子性质和质量各不相同。原子的质量是每一种元素基本特征。 3/不同元素化合时，原子以简单整数比结合。化合物的原子叫“复杂原子”。复杂原子的质量等于它的组分原子质量之和。