粒子物理学和核物理学的相互交叉

 自从1911年卢瑟福用α粒子作为炮弹轰击金属薄箔发现了原子核,核物理学发展为物理学的一个重要分支.进入20世纪50、60年代以后,由于高能加速器的迅速发展,人们对物质结构的认识又深入到更深层次,基本粒子的种类多达几百种,粒子物理学成为探索微观世界的最前沿的一个学科.粒子物理学的诞生和发展深受核物理学的影响,而粒子物理学的发展反过来又影响着核物理学的某些基本问题的研究.一、原子核的新自由度1932年查德威克发现了原子核内除了有质子外还有中子,接着海森堡提出了原子核是由质子和中子组成的,质子和中子一直是组成原子核的基本组成成份.原子核内的质子、中子结合很紧,那么是什么样的核力使它们聚集在一起.     

质子和中子的构造

质子、中子和电子有时被认为是物质的基石——构成所有物质的基本粒子。中子和质子被非常强的引力结合在一起,形成很小而很坚实的原子核,电子围绕着这原子核运动。可是,当我们说一个粒子是基本粒子,这又是什么意思呢?电子、质子和中子是个点,还是具有有限大小?假如它们是具有有限结构的,那么它们又是由什么组成的呢?这是否意味着它们并非真正基本的,而是由更基本的,超出目     

高能物理学面临的两大难题

 一、物质结构历史简述大家知道,物质结构的研究已从早先的原子层次深入到夸克和轻子这一新层次。１９１１年,卢瑟福实验证实了原子中原子核的存在并发现了质子,１９３２年查德威克的实验发现了中子．中子的发现开创了人类认识物质结构从原子核进到质子、中子这一层次．海森伯和伊凡宁柯立即提出了原子核由质子和中子组成的假说．不久,这一假说获得验证并得到了有关原子核的正确认识．原子是由原子核和绕核运动的电子组成的,而原子核由质子和中子通过强相互作用结合而成．这样,随着核物理的发展,人类对物质结构的认识进入到基本粒子这一层次,即认识到自然界万物是由质子、中子、电子这些基本粒子构成的．     

幻数和幻数的最新科研成果简介

 自从德国核物理学家迈耶用轨道和自旋相互作用来解释原子核的结构,并建立了“壳层模型”,由此而获得１９６３年诺贝尔奖后,物理学界一直认为,幻数是固定不变的。而近日,日本科学家发现了新的幻数,说明幻数不是固定不变的。本文仅就这一问题简介如下： 一、什么是幻数 众所周知,一切物质都是由分子构成;分子又是由原子组成;原子都是由带正电的原子核和带负电的电子组成;原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成。不同元素的原子,其原子核质量和原子核中质子、中子的多少是不同的。在质子数、中子数是某个特定数值或两者均为这一数值时,原子核的稳定性就比平均值大。这些数值被称为“幻数”。     

神秘的顶夸克

夸克理论创始人之一的美国物理学家默里·盖尔曼说过:“基本粒子是筑成一切物质的砖块,对它们的研究是全部自然科学的基础。” 宇宙万物以太空最遥选地方的星体到物质深处最细小的粒子,—其物质的基本组成是什么?人们的认识早已不是停留在由原子构成的阶段,20世纪初,科学家发现,原子是由质子、中子和电子组成的。直至本世纪60年代前,人们对物质结构的认识是,宇宙万物由电子、质子、中子、……这些基本粒子所组成,60年代初发现的基本粒子已经达到上百种,具有一定的周期规律性(与SU(3)群的数学对称理论相符合)。随着高能物理学研究的不断深入,物理学家以高能粒子束为武器,探测原子核,一系列的实验现象表明这些所谓基本粒子并不基本,像质子和中子是由更小的被称作“夸克”的粒子所组成。 夸克这个新概念最初是由美国加州理工学院的默里·盖尔曼和乔治·兹韦格于1964年提出的。这是一种惊人简化的理论:夸克假设,它指出,所有强相互作用粒子(如质子、中子)都是由点状的夸克所组成。例如质子由两个上夸克和一个下夸克构成,中子由一个上夸克和两个下夸克构成。由强子的夸克模型如今     

近代物理讲座 第十一讲 粒子物理学的发展

一、粒子和粒子物理学 本世纪初物理学的发展弄清楚了原子的直径大体上是10-8cm的量级.进一步的发展中又认识到:原子核的直径是 10-12cm量级,原子核是由若干个质子和中子组成.质子、中子、电子和光子就是人们最早认识的一批基本粒子.在当时由于它们被认为可能是物质微粒结构的最小单元,因此被称为基本粒子.在这以后,凡是和这些粒子可以相互作用和相互转化并在当时的认识水平上认为是同一层次的粒子,统称为基本粒子.随着实验和理论研究的发展,显示出某些基本粒子肯定不能看作是点粒子,它们有一定的大小并有内部结构.同时还显示出来从内部结构…     

原子核是由什么组成的?——老问题新探索

 1932年查德威克发现了中子,海森堡和伊凡宁柯立即于同年提出了“原子核是由中子和质子组成的”这一重要假说,从而使原子核物理学在实验和理论两方面沿着正确的轨道蓬勃发展起来,迄今整整60年了.然而,从现代的观点来看,人们目前仍不能确切地回答:“原子核是由什么组成的?”原子核作为多核子系统从本世纪30年代起,人们就认识到原子核是由两类核子（中子和质子）通过强相互作用结合起来的多体系统.     

希格斯玻色子在LHC上的发现

<正>1.引言苹果成熟以后会掉到地面上,而不会四处乱飞,是因为苹果和地球间存在引力。引力的起因是质量。现在要问质量从何而来?我们知道任何物体都是由分子构成,分子由原子构成,原子由原子核和电子构成,而原子核由质子和中子构成,质子和中子都由夸克组成。夸克和电子到现在为止没有发现有更深层次的结构,因此被称为基本粒子。实验证明质子、中子和电子都具有质量,我们推断组成物体的基本粒子有质量,所以物体就有了     

物理学史中的九月

 1932年查德威克（James Chadwick）发现中子,确立原子核是由质子和中子组成后,物理学家认为基本粒子只有四种：光子、电子、质子和中子。第二次世界大战后,新粒子不断地在宇宙线和能量越建越高的新加速器中被发现,看似杂乱无章,令物理学家困惑不已,而出现了"粒子园"之词。盖尔曼（Murray Gell-Mann）经由对称性的考虑,提出夸克假设,得到实验证实,使得组成宇宙的基本粒子美丽、简单有序的景象得以呈现。     

1929年9月5日:夸克模型建构者盖尔曼诞生

<正>1932年查德威克(James Chadwick)发现中子,确立原子核是由质子和中子组成后,物理学家认为基本粒子只有四种:光子、电子、质子和中子。第二次世界大战后,新粒子不断地在宇宙线和能量越建越高的新加速器中被发现,看似杂乱无章,令物理学家困惑不已,而出现了"粒子园"之词。盖尔曼(Murray Gell-Mann)经由对称性的考虑,提出夸克假设,得到实验证实,使得组成宇宙的基本粒子美丽、简单有序的景象得以呈现。     

物理学史中的八月 1969年8月9日:发现π介子开启粒子世界新大门的鲍威尔辞世

正1932年,英国物理学家查德威克(James Chadwick,1935年诺贝尔物理奖)宣布发现了中子,除了将当时所知的基本粒子由三个(光子、电子、质子)增加为四个之外,物理学家也马上确认原子核是由质子和中子所组成。但新的问题出现了,是什么样的作用力可以让质子和中子们相互拉扯,住在原子核那么小的空间中?要构成原子核这样的强固结合体,万有引力和电磁力都嫌太微弱了。     

中微子及其家族

 ２００１年１月３日《科技日报》公布的“２０００年国际十大科技新闻”之一：“科学家发现τ子中微子存在的证据”称,“２０００年７月２０日,美国费米实验室宣布,美国、日本、希腊和韩国的５４位科学家经过３年的合作研究,首次发现了表明τ子中微子存在的直接证据。至此,粒子物理学标准模型中的１２种基本粒子已经全部被直接或间接探测到。τ子中微子的发现对揭开物质构成之谜以及探索宇宙天体奥秘具有深远意义。”为了理解这项科学发现的意义,我们首先介绍原子核和放射性原子核。从不稳定原子核β衰变的研究中,泡利预言了中微子。然后我们讲述物质世界中４种基本的相互作用和组成物质世界的１２种基本的费米子     

重夸克偶素的强子跃迁理论

我们知道宏观物体是由分子、原子组成的.原子是由电子和原子核组成的.原子核又是由原子和中子组成的.人们对物质徽观结构和微观运动基本规律的不断深入的研究,推动着物理学不断向前发展.近代粒子物理(又称高能物理)的研究,发现质子、中子和与它们相似的超子等(统称为重子)以及与它们有强相互作用的介子(介子和重子统称为强子)还有更深一层的内部结构.它们是由一种称为夸克的更基本的粒子所组成的.已经知道的夸克有以下几种: u c t(所带电荷为质子电荷的2/3), d s b(所带电荷为质子电荷的-1/3),其中u,d,s,b等夸克的存在已有明确的实验根据,t…     

BESⅢ测量了Zc(3900)的自旋宇称量子数

 自有人类以来，人们对自然界的好奇与探索从未停止。其中一个核心的问题便是这个世界由什么构成的，它们之间的相互作用又是怎么样的?现代物理科学认为自然界存在四种基本的相互作用：强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用与引力相互作用。其中强相互作用使得夸克可以组成质子与中子，而质子与中子又能组成原子核。原子核加上外层电子可以组成原子，原子还可以组合成分子。原子与分子构成了我们绝大部分的可见世界。注意到质子和中子都是由三个夸克通过胶子传递强相互作用组成的。那么如果不是三个夸克，而是两个夸克（事实上是正反夸克对）能不能构成一个相对稳定的结构呢?答案是肯定的。这种构成称为介子。第一个被发现的介子是π介子，它是在1948年由英国物理学家鲍威尔等人在高空宇宙线实验中发现的。因为当时质子与中子的质量比π介子大，所以人们把由三个夸克组成的粒子称为重子，而两个夸克组成的粒子称为介子。虽然后来又发现了比质子质量大得多的介子，但此名称一直延续了下来。利用宇宙线实验毕竟是“靠天吃饭”，为了加快对亚原子粒子的研究，实验物理学家们开始兴建加速器，发展高能粒子探测技术。在此之后，加速器实验中又发现大量不同的介子和重子，总计约两百多种。注意到介子和重子里的夸克数目不是两个就是三个，那么有没有四个或者五个甚至更多夸克组成的粒子呢?从理论上这是可以的，但是在实验上一直没有发现确切的证据。寻找四夸克态、五夸克态、乃至多夸克态一直是高能粒子物理实验上的一个吸引人的课题，它对我们更深入地去理解强相互作用很有帮助。     

B介子工厂的挑战

 在近年的科技报章上,经常出现“B介子工厂”这个词语。那么,究竟什么是B介子工厂?为什么要建造B介子工厂?它对粒子加速器和探测器技术提出了什么样的挑战?这篇文章就来谈谈这些问题。 （一）什么是B介子工厂? 大家知道,高能物理研究作为构成宏观物质“大厦之砖石的“基本粒子”的结构及其运动规律。“基本粒子”不但非常微小(尺度在10^-子、米量级),而且除质子、中子、电子和光子等少数粒子以外,大多数只能在宇宙线中找到或在实验中产生,而且寿命都很短。要深入研究“基本粒子”的性质,就必须获取尽可能多的粒子事例。那么,这些粒子是如何在实验室中“生产”出来的呢?     

浅谈新核素铂-202

 原子和原子核是物质构成的两个不同层次,它们以不同的方式决定着物质的特性.原子由三种成份组成:质子、中子和电子.质子带正电荷,中子不带电荷,而电子带负电荷,电子的数目和质子的数目相等,这样原子就成了中性的物质单元.质子和中子位于原子的中心构成了原子核,电子则围绕原子核运动.这些核外电子决定了原子(元素)的化学性质.著名的门捷列夫元素周期表就是根据元素的电子组态建立的,它科学地反映了元素化学性质的周期变化.元素周期表的形成和不断的完善对科学技术的发展及人类社会生活起了重大作用.     

东山再起的快中子治癌

 1920年,英国著名物理学家、核物理之父卢瑟福在研究原子核的过程中,提出了可能存在一种质量与质子相似但不带电的中性粒子的假设,这一预见为中子的发现敲响了第一声晨钟.1932年初.约里奥·居里夫妇在实验中拍摄到一张云室照片,随即发表在某刊物上,这张照片清楚不过地记录了中子从含氢蜡片中打出反冲质子的径迹.但是居里夫妇竟然和这位人们期待了十多年的来客擦肩而过,错误地解释为高能γ射线在氢核上的康普顿散射.一个多月后,卢瑟福的学生、英国物理学家查德威克应用能量守恒和动量守恒的概念,证实了打击反冲质子的并不是高能γ射线,而是一个质量非常接近于质子的中性粒子,并被命名为“中子”.为此,查德威克获得了1935年的诺贝尔物理学奖.     

北京谱仪轻奇特强子态研究

 自然界的物质由微观原子构成，原子是由位于中心的原子核与核外电子构成的。在更加微观的尺度上，原子核由核子（质子和中子）组成，核子由夸克组成。夸克是几种基本粒子之一，是构成宇宙的基本单元。物理学家用“味道”来区分不同的夸克，共有6种“味道”，分别是上夸克（u）、下夸克（d）、粲夸克（c）、奇异夸克（s）、顶夸克（t）和底夸克（b）。每一种味道的夸克还存在一个相应的反夸克。     

把粒子物理学前沿渗入物理教学

本文介绍了粒子物理学研究的最新成果以及把现代物理学前沿渗入物理教学的研究与探索． 探索粒子物理学的奥秘──夸克和轻子 物理学的精髓在于探索未知，本世纪初，物理学家发现了原子的核模型结构．３０年代，人们又发现原子核是由紧密结合在一起的质子和中子组成的．自然，质子和中子被认为是基本粒子，但是大量的称为强子（包括介子和重子两类）的相似粒子于５０年代和６０年代初被发现，目前已知的有一百多种强子．人们提出了这样的观点，强子并不是基本粒子，而是由电荷为１／３ｅ或２／３ｅ的更小粒子──夸克构成的，即强子的夸克模…     

邮票上的物理学史(60)--粒子物理学:实验

亚原子粒子是比原子核更为基础的一个物质层次,原子核就是由质子和中子构成的.人们在对原子核有了一定了解后,自然要向亚原子粒子的层次进军.