微觀世界的粒子

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1、宇宙本原——原子與亞原子世界整理李志鑌引言：歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對撞機(jī)項目相關(guān)負(fù)責(zé)人2009年9月8日對外宣布，當(dāng)?shù)貢r間10日上午9時30分，該中心正式啟動世界最大的強(qiáng)子對撞機(jī)，開始對注入的第一批質(zhì)子進(jìn)行加速測試。約一個月后，相對運(yùn)動的質(zhì)子束將進(jìn)行碰撞。環(huán)球時報稱這一實驗：開啟了物理學(xué)新黃金時代。一個實驗何以有如此大的力量？這個實驗其實是尋找物理學(xué)的發(fā)展中的終極理論——大統(tǒng)一理論中的一步。即要找到支配我們宇宙運(yùn)行的根本理論，就必須先知道我們宇宙的基本組成是什么，從古希臘到近幾十年，人們一直在討論

2、宇宙的基本粒子，物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，要想回答這些問題必須先能清楚幾個基本問題，物質(zhì)能無限分割下去嗎？什么是物質(zhì)的本原？關(guān)于基本粒子的尋找雖然還遠(yuǎn)沒有結(jié)束，但時至今日科學(xué)家們已經(jīng)有了很多的發(fā)現(xiàn)，相信這些問題會在不久的將來得到解決。現(xiàn)在就讓我們拂去時間撒在歷史上的浮塵，讓歷史重現(xiàn)，進(jìn)行一次微觀粒子世界之游，相信在這里你會有很多驚人的發(fā)現(xiàn)。摘要：費(fèi)米子，原子，光子，介子，奇異粒子，反粒子粒子簡介根據(jù)自旋倍數(shù)的不同，科學(xué)家把基本粒子分為玻色子和費(fèi)米子兩大類。費(fèi)米子是像電子一樣的粒子，有半整數(shù)自旋(如1/2，3/

3、2，5/2等)；而玻色子是像光子一樣的粒子，有整數(shù)自旋(如0，1，2等)。這種自旋差異使費(fèi)米子和玻色子有完全不同的特性。沒有任何兩個費(fèi)米子能有同樣的量子態(tài)：它們沒有相同的特性，也不能在同一時間處于同一地點；而玻色子卻能夠具有相同的特性?；玖Ｗ又兴械奈镔|(zhì)粒子都是費(fèi)米子，是構(gòu)成物質(zhì)的原材料(如輕子中的電子、組成質(zhì)子和中子的夸克、中微子)；而傳遞作用力的粒子(光子、介子、膠子、W和Z玻色子)都是玻色子。費(fèi)米子：自旋為半整數(shù)的粒子。比如電子、質(zhì)子、中子等以及其反粒子。它們符合泡利不相容原理，以及費(fèi)米－狄

4、拉克統(tǒng)計。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)理論，費(fèi)米子均是由一批基本費(fèi)米子組成的，而基本費(fèi)米子則不可能分解為更細(xì)小的粒?；举M(fèi)米子分為2類：夸克和輕子。而這2類基本費(fèi)米子，又分為合共24種味道：12種夸克：包括上夸克(u)、下夸克(d)、奇夸克(s)、魅夸克(c)、底夸克(b)、頂夸克(t)，及它們對應(yīng)的6種反粒子。12種輕子：包括電子(e)、渺子(μ)、陶子(τ)、、中微子νe、中微子νμ、中微子ντ，及對應(yīng)的6種反粒子，包括3種反中微子。　　中子、質(zhì)子：都是由三種夸克組成，自旋為1/2?！　∑鏀?shù)個核子組成的原子核。(因

5、為中子、質(zhì)子都是費(fèi)米子，故奇數(shù)個核子組成的原子核自旋是半整數(shù)。)人類生存的世界，是一個物質(zhì)的世界。過去，人們只知道物質(zhì)有三態(tài)，即氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。20世紀(jì)中期，科學(xué)家確認(rèn)物質(zhì)有第四態(tài)，即等離子體態(tài)(plasma)。1995年，美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院和美國科羅拉多大學(xué)的科學(xué)家組成的聯(lián)合研究小組，首次創(chuàng)造出物質(zhì)的第五態(tài)，即“玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)?！　?004年1月29日，又是這個聯(lián)合研究小組宣布，他們創(chuàng)造出物質(zhì)的第六種形態(tài)———費(fèi)米子凝聚態(tài)。消息傳出，國際物理學(xué)界為之振奮。專家們認(rèn)為，這一成果為人類認(rèn)識物質(zhì)

6、世界打開了又一扇大門，具有重大的理論和實踐意義，將成為年度重大科技成果之一?！　⊙芯啃〗M負(fù)責(zé)人德博拉·金表示，這項成果有助于下一代超導(dǎo)體的誕生。而下一代超導(dǎo)體技術(shù)可在電能輸送、超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)計算機(jī)、地球物理勘探、生物磁學(xué)、高能物理研究等眾多領(lǐng)域和學(xué)科中大顯身手。下面就讓我們一起進(jìn)入神奇的粒子世界一探究竟吧。表格1基本粒子名稱粒子自旋統(tǒng)計作用光子γ1玻色電磁輕子e±,μ±,νe,νeνμ,νμ12費(fèi)米電磁，弱強(qiáng)子重子P,n,p,n12費(fèi)米強(qiáng)，電磁，弱介子π+π0π-0玻色強(qiáng)，電磁，弱原子發(fā)現(xiàn)之旅

7、最早的原子論是由留基伯提出，他的學(xué)生德謨克利特總結(jié)了他的觀點。大約在公元前450年，德謨克利特創(chuàng)造了原子這個詞語，意思就是不可切割。當(dāng)然這里的原子只是停留在哲學(xué)的范疇?！　?789年，拉瓦錫定義了原子一詞，從此，原子就用來表示化學(xué)變化中的最小的單位?！　?803年，約翰·道爾頓用原子的概念解釋了為什么不同元素總是呈整數(shù)倍反應(yīng)，即倍比定律；也解釋了為什么某些氣體比另外一些更容易溶于水。他提出每一種元素只包含唯一種原子，而這些原子相互結(jié)合起來就形成了化合物?！　∮匀豢茖W(xué)家約翰·道爾頓將古希臘思辨的原

8、子論改造成定量的化學(xué)理論，提出了世界上第一個原子的理論模型。他的理論主要有以下三點：　?、偎形镔|(zhì)都是由非常微小的、不可再分的物質(zhì)微粒即原子組成；?、谕N元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都相同，不同元素的原子，主要表現(xiàn)為質(zhì)量的不同；　?、墼邮俏⑿〉摹⒉豢稍俜值膶嵭那蝮w；　　④原子是參加化學(xué)變化的最小單位，在化學(xué)反應(yīng)中，原子僅僅是重新排列，而不會被創(chuàng)造或者消失。雖然，經(jīng)過后人證實，這是一個失敗的理論模型，但道爾頓第一次將原子從哲學(xué)帶入化學(xué)研究中，明確了今后化學(xué)家們努力的方向