“基本粒子”及其性质

 在1897年发现电子后的近一个世纪中,人们对物质结构基本组元的认识已前进了一大步.原子不是物质的最小单位,它由原子核和电子组成,而原子核又由质子和中子组成这样的常识已为许多人所了解.这样,在很长时间里,电子、质子、中子等粒子一直被看作是组成物质的“基本粒子”.但是,随着加速器的出现和探测技术的发展,到20世纪60年代,由于一大批共振态粒子的发现,“基本粒子”的数目猛增为上百种.从而使人们意识到,介子、重子这些一度被人们称为“基本粒子”的强子可能并不是基本的,物质结构可能存在更深一层次的基本成份.     

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”。     

中子星——一个巨大的汤姆逊原子

 ①已知原子核组成的半岛大家都知道,一个原子核是由一些质子和一些中子组成的高密物质.如果用质子数Z做纵坐标,中子数N做横坐标,那么已知的原子核大体上都分布在对角线附近,如图1所示:就是说,一个原子核内,质子数大体上与中子数相等.比如,常见的氮原子核¹⁴N是由7个质子和7个中子组成,而钙原子核⁴⁰Ca是由20个质子和20个中子组成.但是,随着质量的增大,原子核内的质子多起来,库伦排斥力就增大,使得稳定的原子核渐渐偏离对角线而向着中子偏多而质子偏少的方向弯曲.比如铁原子核⁵⁶Fe由26个质子和30个中子组成,碘原子核¹²⁷I由53个质子和74个中子组成.事实上,所有观测到的原子核,天然的和人工的,稳定的和放射性的,长寿命的和短寿命的,都集中分布在这条略有弯曲的近似对角线附近,形成半岛状分布.但是,这个半岛只能延伸到Z～106的地方.实际上,Z>92的原子核（超铀元素）都是不稳定的.Z越大,原子核越不稳定,越容易自发裂变.Z>106时,原子核寿命将短到无法观测.更重的原子核是无法形成了.所以,半岛以外,乃是一片不能存在原子核的汪洋大海.     

奇异核漫谈

 一八九六年放射性现象的发观,使人类第一次接收到来自原子核的信息.十五年以后,原子的有核模型出现了.到了一九三二年,发现了中子,这促使人们认识到原子核是由不带电的中子和带正电的质子所组成.在核物理与核化学中,把由一定数目的质子与中子组成的原子核称为一种核素.至今已发现的核素约有二千七百种,其中仅有二百八十种左右是稳定的,也就是说,人们没有发现它们通过放射性衰变而转化为另一种核素的现象.     

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.     

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．     

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.     

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。     

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     

中子星——一个巨大的汤姆逊原子

大家都知道,一个原子核是由一些质子和一些中子组成的高密物质。如果用质子数Z做纵坐标,中子数N做横坐标,那么已知的原子核大体上都分布在对角线附近,如图1所示:就是说,一个原子核内,质子数大     

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。     

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.     

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.     

BESⅢ测量了Z_c(3900)的自旋宇称量子数

<正>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     

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。     

在线同位素分离器进展

原子核是由中子和质子组成的,各种不同类型的原子核叫做核素,核素是原子核物理的基本研究对象。若以原子核的中子数N作为横座标,质子数Z 作纵座标,那末,图上的每一点都代表一个核素,在核素图上,穿过稳定核的平均位置的一条向上延伸的线称为β稳定线,稳定线上的核素是不发生β衰变.     

中国散裂中子源

正中子是组成原子核的粒子之一,和质子一起组成氢之外其他元素的原子核。1932年,查德威克(J.Chadwick)用α粒子轰击铍,发现从铍放出的射线是一种质量跟质子差不多的不带电的粒子,命名为中子。1935年查德威克因发现中子的重大贡献,获得诺贝尔物理学奖。1936年米切尔(P.Mitchell)和鲍尔斯(P.Powers)采用镭、铍不稳定热中子源在实验上定性地证明了中子的衍射特性。1944年费米(E.Fermi)和津恩     

质子放射性和质子衰变

“质子衰变”一词,可以有两个意思:其一,如同α衰变、β衰变,指原子核在衰变过程中释放出α粒子、β粒子,质子衰变,即指放射出质子;其二,指质子本身可能不稳定,要衰变为其它的粒子.为了区分两者,现巳把前一种现象称之为质子放射性,后一种称为质子衰变.无论对那一种现象的研究,在近年来都取得了很大的进展.1.质子放射性 在稳定的原子核中,中子数和质子数有一定比例。当原子核内的中子数少到一定程度时(缺中子核素),从原子核的结合能的变化规律可以知道,原子核能够以释放质子来达到稳定[1].但是,在1982年之前,在实验中只找到一个从原子核同质…     

中国散裂中子源简介

一、中子散射1932年,查德威克发现了中子,人们认识到原子核由带正电的质子和不带电的中子构成。中子的发现及应用是20世纪最重要的科技成就之一。当一束中子入射到所研究的对象上时,与研究材料中的原子核或磁矩发生相互作用,被散射出来,通过测量散射出来的中子能量和动量的变化     

寻找丢失原子核的原因

在原子核结构研究中,一个一直原因不明的现象是为什么自然界中不存在质量数为5和8的轻原子核.这个现象对于原始的核起源和恒星的核起源都是至关重要的:它导致宇宙大爆炸不生成比锂重的原子核;也使太阳得以亿万年地稳定燃烧,从而保证了人类的进化过程.核子之间的作用力也就是核力,应当具有复杂的数学表式.因为原子核是由核子(质子和中子的统称)组成的,但是核子本身并非基本粒子,而是由3个夸克组成的复合粒子;这种复合性质在短距离作用时会呈现出来.人们虽然相信核子内部的夸克应当遵守量子色动力学(QCD)理论,却不知道怎样从夸克的层次出发…