5.5 “基本”粒子（20张PPT）课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修3

第五章 原子核
第5节 “基本”粒子
图中显示的是质子对质子碰撞后粒子的轨迹。20世纪，人们通过对粒子碰撞和宇宙线的观测，发现了很多新粒子。这些新发现的粒子分为哪几类？彼此间有什么关系？
1.知道电子、中子、质子并不是组成物质的最基本的粒子。
2.知道粒子的分类及其作用，了解夸克模型。
发现各种微粒的科学家
道尔顿（原子）
汤姆逊（电子）
卢瑟福（质子）
盖尔曼（夸克）
查德威克（中子）
一、发现新粒子
对新粒子的认识历程
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}发现时间
1932年
1937年
1947年
20世纪60年代后
新粒子
反粒子
μ子
K介子与π介子
超子
基本特点
质量与相对应的粒子相同而电荷及其他一些物理性质相反
比质子的质量小　　
质量介于电子与核子之间
其质量比质子大
部分新粒子的实验发现年代
(1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子．
(2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子等本身也有复杂结构．
(3)探测工具
粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具。
1.新粒子的发现
2.反粒子（反物质）
它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去发现的粒子相同，而电荷等其他性质相反
例如，电子和正电子，质子和反质子等
由反粒子构成的物质叫反物质
反粒子（反物质）最显著的特点是当它们与相应的正粒子（物质）相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子
大型强子对撞机内部设备的一个局部
3.对撞机
1932年发明的粒子加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。让这些高能粒子彼此对撞，就能产生更多的粒子，这种装置称为对撞机。
利用加速器和对撞机，人们发现了400多种的粒子。
二、粒子的分类
1.强子：参与强相互作用的粒子。
2.轻子：不参与强相互作用的粒子。
电子
电子中微子
μ子
μ子中微子
τ子
τ子中微子
⑵每种轻子都有对应的反粒子
轻子（6 种）
⑶τ子的质量比核子的质量还大
根据相互作用的性质分类
⑴没有发现轻子的内部结构
质子
中子
3.规范玻色子：传递各种相互作用的粒子。
光子
中间玻色子（W和Z玻色子）
胶子
传递弱相互作用
4.希格斯玻色子：希格斯场的量子激发。
传递电磁相互作用
传递强相互作用
希格斯玻色子别称上帝粒子，是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子。
2012年7月4日科学家宣布发现了一个新粒子，与希格斯玻色子特征有吻合之处。
这种玻色子是物质的质量之源，是电子核夸克等形成质量的基础，其他粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性，进而形成质量，构筑成大千世界。
1964年，美国科学家盖尔曼等人提出了夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫作夸克。
下夸克d 上夸克u 奇夸克s
粲夸克c 底夸克b 顶夸克t
介子（夸克和反夸克组成）
质子
中子
重子（三个夸克组成）
夸克与粒子物理标准模型
每种夸克都有对应的反夸克
1.夸克模型
夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。
夸克的“禁闭”：
夸克不能以自由的状态单个出现
在夸克模型的基础上，科学家们发展出了描述强相互作用的系统理论——量子色动力学。
以量子色动力学和电弱统一理论为核心，人们已经完成了一整套关于粒子的理论，称为粒子物理标准模型。
2.夸克模型的意义
3.粒子物理标准模型
标准模型和大量实验吻合得很好，取得了很大的成功。在标准模型中，夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子是组成物质的几类最基本的粒子。
华人科学家在粒子物理学领域的杰出贡献
赵忠尧(1902-1998)
第一个发现正电子的人，比安德逊早两年。
王淦昌(1907-1998)
探测中微子的理论，发现超子的反粒子，研究宇宙线中介子衰变
杨振宁（1922-）
提出基本粒子第一个复合模型，宇称不守恒理论，1955年获诺贝尔奖
李政道（1926-）
主要从事粒子物理和场论领域的研究，宇称不守恒理论，1955年获诺贝尔奖
吴健雄(1912-1997）
实验证明了在弱相互作用中的宇称不守恒
丁肇中(1936-)
发现J粒子，领导阿尔法磁谱仪项目，1976年获诺贝尔奖
1．以下说法正确的是（　　）
A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子
B．质子、中子、介子和超子都属于强子
C．现代实验发现强子、轻子都有内部结构
D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子
B
2．关于粒子，下列说法正确的是（ ）
A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的基本粒子
B．强子都是带电粒子
C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论
D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位
D
3．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是（ ）
A．夸克、轻子、胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氢核、氘核、氦核等轻核
A
4.目前普遍认为,质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克所带的电荷量为23e,d夸克所带的电荷量为-13e,e为元电荷,下列论断中可能正确的是(　　)
A.质子由1个u夸克和2个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成,中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成,中子由2个u夸克和1个d夸克组成
?
B
希格斯玻色子：希格斯场的量子激发
“基本”
粒子
发现新粒子：现在已经发现的粒子达到400多种
强子：参与强相互作用的粒子
粒子的分类
规范玻色子：传递各种相互作用的粒子
轻子：不参与强相互作用的粒子
拓展：夸克与粒子物理标准模型