第十二章原子核的亚核子物理 从前面的章节中知道,人们在1913年认识原子核,1919 年发现质子,1932年发现中子。从那时起,原子核被视为由 质子和中子(核子)在核力的作用下组成 但很快人们就发现以核子为基础的核结构理论局限性很 大。理论上,对核力的描述完全是经验性的,对β衰变等的 解释也不能在传统核结构的框架下解决。实验上,在宇宙线 和较高能量的加速器实验中,发现了大量的不同于核子的新 的粒子。这样,就产生了亚核子的概念。亚核子物理曾经就 是指粒子物理,但随着时间的推移,粒子物理逐渐推进到更 深入和更基本的层次上。我们在这儿使用的亚核子物理,是 比核子层次更深入的核物理(如强子物理)和粒子物理的概 括 入门性质的粗略的介绍
第十二章 原子核的亚核子物理 从前面的章节中知道，人们在1913年认识原子核，1919 年发现质子，1932年发现中子。从那时起，原子核被视为由 质子和中子（核子）在核力的作用下组成。 但很快人们就发现以核子为基础的核结构理论局限性很 大。理论上，对核力的描述完全是经验性的，对β衰变等的 解释也不能在传统核结构的框架下解决。实验上，在宇宙线 和较高能量的加速器实验中，发现了大量的不同于核子的新 的粒子。这样，就产生了亚核子的概念。亚核子物理曾经就 是指粒子物理，但随着时间的推移，粒子物理逐渐推进到更 深入和更基本的层次上。我们在这儿使用的亚核子物理，是 比核子层次更深入的核物理（如强子物理）和粒子物理的概 括。 入门性质的粗略的介绍
§121粒子与高能碰撞 寻找物质世界的最基本单元和基本相互作用,一直是物 理学的最前沿—粒子物理的根本任务。由于不断有更深的 物质层次被发现,因此粒子的概念是随时间变化的。人们曾 使用“基本粒子”的说法,但现在已不多见,原因是不断出现 基本粒子”不基本的现象。 在二十世纪三十年代的时候,粒子的概念主要是指电 子、中子、质子、光子和中微子。三十年代末四十年代初, 宇宙线实验中发现了u子和π介子,1947年又发现了奇异粒 子。后来随着加速器能量的提高,大量新粒子被观察到。对 这些粒子进行分类,找出它们结构上的规律性,是五、六十 年代粒子物理的一项基础性工作。如同对元素的性质进行分 类和排队导致了对原子结构的认识一样,对粒子的分类也直 接促成了对粒子更深层结构的认识。1964年,盖尔曼(M Gell-Mann)和兹韦格(G. Zweig)各自独立的提出了强子结构 的夸克模型,在以后几十年的理论和实验研究中得到支持
§12.1 粒子与高能碰撞 寻找物质世界的最基本单元和基本相互作用，一直是物 理学的最前沿——粒子物理的根本任务。由于不断有更深的 物质层次被发现，因此粒子的概念是随时间变化的。人们曾 使用“基本粒子”的说法，但现在已不多见，原因是不断出现 “基本粒子”不基本的现象。 在二十世纪三十年代的时候，粒子的概念主要是指电 子、中子、质子、光子和中微子。三十年代末四十年代初， 宇宙线实验中发现了μ子和π介子，1947年又发现了奇异粒 子。后来随着加速器能量的提高，大量新粒子被观察到。对 这些粒子进行分类，找出它们结构上的规律性，是五、六十 年代粒子物理的一项基础性工作。如同对元素的性质进行分 类和排队导致了对原子结构的认识一样，对粒子的分类也直 接促成了对粒子更深层结构的认识。1964年，盖尔曼（M. Gell-Mann）和兹韦格(G. Zweig)各自独立的提出了强子结构 的夸克模型，在以后几十年的理论和实验研究中得到支持
此同时,关于相互作用的规范场理论(强相互作用的量子 色动力学、电磁与弱相互作用的弱电统一理论)取得很大成 功。目前,人类对于物质世界基本结构和基本相互作用的认 识已达到一个比较完整的阶段,在科学上的意义不亚于原子 论的建立。 直接给出目前已比较成熟的基本知识
与此同时，关于相互作用的规范场理论（强相互作用的量子 色动力学、电磁与弱相互作用的弱电统一理论）取得很大成 功。目前，人类对于物质世界基本结构和基本相互作用的认 识已达到一个比较完整的阶段，在科学上的意义不亚于原子 论的建立。 直接给出目前已比较成熟的基本知识
粒子的分类与物质结构 基于标准模型,物质世界的基本的粒子可以分为: 夸克(自旋1/2、带色、参与强作用) 物质粒子轻子(自旋1/2、不带色、不参与强作用) 场粒子规范玻色子
1. 粒子的分类与物质结构 基于标准模型，物质世界的基本的粒子可以分为： 物质粒子 场粒子 规范玻色子 ｛夸克（自旋1/2 、带色、参与强作用） 轻子（自旋1/2 、不带色、不参与强作用）
直今为止,共发现了六种夸克,被称为六种“味” (flavors) B C t)2e/31/3 e/31/3 代1 3 每味夸克又可带红、兰、绿三种颜色之一。每一种夸 克都对应着一种反夸克(Q、B反号)。所以总的夸克数是 36
⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ bt sc du 每味夸克又可带红、兰、绿三种颜色之一。每一种夸 克都对应着一种反夸克(Q、B反号）。所以总的夸克数是 36。 Q 2e/3 - e/3 代 1 2 3 直今为止，共发现了六种夸克，被称为六种“味” （flavors）。 B 1/3 1/3
由夸克组成的重子数不为0的粒子称为重子,比如质子 (uud)和中子(udd)的B=1。 由夸克和反夸克组成的粒子B=0,称为介子。 实验观测到重子数是守恒的。 重子 强子(参与强相互作用){介子 至今的实验表明,任何带色的粒子都不能是自由粒子,而 是被束缚在整体上无色的强子内部,这就是所谓的色禁闭或夸 克禁闭现象。正是这种现象,使夸克的组合方式受到许多限 制。也是由于夸克的禁闭,使得自由夸克质量的定义变得不明 确,我们到后面再来讨论这个问题
由夸克组成的重子数不为0的粒子称为重子，比如质子 （uud）和中子（udd）的B=1。 由夸克和反夸克组成的粒子B=0，称为介子。 实验观测到重子数是守恒的。 强子（参与强相互作用） 至今的实验表明，任何带色的粒子都不能是自由粒子，而 是被束缚在整体上无色的强子内部，这就是所谓的色禁闭或夸 克禁闭现象。正是这种现象，使夸克的组合方式受到许多限 制。也是由于夸克的禁闭，使得自由夸克质量的定义变得不明 确，我们到后面再来讨论这个问题。 ｛ 重子介子
到目前为止发现的轻子也是6种味,也可分为三代: 0 代 可以分别定义电轻子数L、μ轻子数L,和τ轻子数 L,,至今的实验观测表明它们各自守恒 每一种轻子都对应一种反轻子(Q、L反号),因此共有 12种轻子
到目前为止发现的轻子也是6种味，也可分为三代： 可以分别定义电轻子数Le、μ轻子数Lμ和τ轻子数 Lτ ，至今的实验观测表明它们各自守恒。 每一种轻子都对应一种反轻子(Q、Li反号） ，因此共有 12种轻子。 ⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ τν μν eν e μ τ 代 1 2 3 Q 0 - e Li 1 1
自由轻子的质量列在表中。中微子的质量只是给出了上限, 不排斥其为0。尽管许多物理学家相信中微子有非0的质量, 但在实验上确定非常困难,原因是中微子既不参与强相互作 用,也不参与电磁相互作用,很难进行精确测量。 <8eV/2 0.51MeV/c2 <0.25MeV/c2 1056MeV/c2 <35 Mev/c2 17769±0.5 Mev/c2
自由轻子的质量列在表中。中微子的质量只是给出了上限， 不排斥其为 0。尽管许多物理学家相信中微子有非 0的质量， 但在实验上确定非常困难，原因是中微子既不参与强相互作 用，也不参与电磁相互作用，很难进行精确测量。 ν e < 8 eV/c 2 e 0.51 MeV/c 2 ν μ < 0.25 MeV/c 2 μ 105.6 MeV/c 2 ν τ <35 MeV/c 2 τ 1776.9 ± 0.5 MeV/c 2
Particles Leptons Electnc Electn T Tau Neutrino Muon Neutrino Electron Electron Neutrino Quarks Electric Electn Charge Bottom -1/3 23 Strange 1/3 m each quar●R,●B,●G3coos The particle drawings are simple artistic representations
∫传递相互作用的粒子场粒子):整数自旋,被称为规范玻色 子 相互作用和规范玻色子 相互作用 作用于 规范玻色子 引力作用 所有粒子 引力子(无质量、自旋2 电磁作用 所有带电粒子 光子(无质量、自旋1) 弱作用 夸克、轻子、电弱规W、Z0(重粒子、自旋1) 范玻色子 强作用 所有带色荷粒子(夸8种胶子(无质量、自旋1) 克和胶子)
传递相互作用的粒子 (场粒子 ) :整数自旋，被称为规范玻色 子。 相互作用和规范玻色子 相互作用 作用于 规范玻色子 引力作用 所有粒子 引力子（无质量、自旋 2 ） 电磁作用 所有带电粒子 光子（无质量、自旋 1 ） 弱作用 夸克、轻子、电弱规 范玻色子 W ± 、 Z 0（重粒子、自旋 1 ） 强作用 所有带色荷粒子（夸 克和胶子） 8种胶子（无质量、自旋 1 ）