5.5粒子物理学发展概况 课件-2023-2024学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第三册

物理 选择性必修 第三册 《第五章 原子核与基本粒子》 5．粒子物理学发展概况 　　1897年汤姆孙发现电子以前，人们还以为原子是构成物质的基本单元，即基本粒子。1919年，卢瑟福发现了质子，1932年，查德威克又发现了中子，人们认识到原子是由电子、质子和中子组成的，认为这些粒子才是组成物质的基本单元，逐步形成了基本粒子的概念。 　　然而，人类探索微观世界的脚步并未停止，很快科学家就发现，这些所谓的基本粒子其实并不“基本”。首先，更多新粒子陆续被发现，它们并不是由电子、质子和中子组成的；其次，质子、中子本身就不“基本”，它们自己具有更复杂的结构。因此，人们去掉“基本”二字，把研究物理更深层次结构的物理学分支称为“粒子物理学”。 2 加速器 加速器和对撞机 1 直线加速器和回旋加速器。 原理： 分类： 带电粒子在电场中受电场力作用而被加速。 3 　　直线加速器，是一种利用高频电场进行加速，同时被加速粒子的运动轨迹为直线的谐振加速器。 4 回旋加速器中，带电粒子被加速后的能量受D形盒半径的制约。 5 　　环形同步加速器是在一定的环形轨道上用固定频率的高频电场加速带电粒子的装置，针对不同的带电粒子有不同的设计。如图所示，环形真空室位于各磁铁的磁场中，室中装有加速电极或谐振腔，高频电源产生固定频率的变化电场，用来加速电子。大型电子同步加速器常采用多个环形轨道组合，各环之间用直线轨道连接。 6 对撞机 　　在高能同步加速器的基础上发展起来的一种能让两束高能粒子流实现对撞的装置——对撞机。当用高能粒子流轰击静止的原子核时，能量利用率低；当两束相对运动的高能粒子流对撞，粒子全部能量均可用来进行相互作用——这就是对撞机的工作原理。 7 　　目前已建成的最高能量的对撞机，是位于法国、瑞士边境的大型强子对撞器（LHC）。我国的北京正负电子对撞机（BEPC）于1988年建成。 8 粒子“全家福” 2 华人科学家在粒子物理领域中作出了杰出的贡献。 杨振宁 李政道 吴健雄 丁肇中 9 粒子的分类 10 反粒子 　　反粒子与所对应的粒子相遇就会发生“湮灭”而转变为别的粒子，例如，电子和正电子相碰，发生“湮灭”，变成两个高能量的光子。 11 夸克模型 3 　　1964年，美国物理学家盖尔曼和茨威格各自提出了强子结构的夸克模型，引入夸克这一概念。夸克模型认为，强子是由3种夸克组成，分别是上夸克（u）、下夸克（d）和奇异夸克（s），它们的电荷量不是元电荷（e）的整数倍，而是e的或。此外，还有粲夸克（c）、底夸克（b）和顶夸克（t）及它们的反夸克。 12 13 　　按夸克模型，质子由3个夸克（uud）组成，中子也由3个夸克（ddu）组成，总电荷量为零。 宇宙演化 4 　　关于宇宙起源，最初有多个模型。目前，学界几乎达成了的共识是宇宙是由大爆炸开始的。 15 小 结 5 　　本节课，我们从“基本粒子”到“不基本”，体会到了科学是在不断演化发展且无止境的。对物质的研究需要借助先进的科学仪器，加速器和对撞机对物质的发现和研究起到了非常重要的作用。高能加速器的发展使我们发现了几百种粒子，建立了粒子物理学科。我们还认识了粒子“全家福”，了解了夸克模型。最后还了解了宇宙的演化过程，并通过对宇宙演化过程的认识，体会到宇宙学和粒子物理学的密不可分。 17 通过上表我们还发现一个特点，例如，有也有，有p也有，、p这两种粒子我们都认识，它们分别是电子和质子，那么相应的、表示什么呢？它们的质量和电荷量分别与电子、质子相等，只是电荷的符号相反，分别是电子和质子的反粒子。正电子是第一个被发现的反粒子，一切粒子均有其相应的反粒子。有些粒子的反粒子就是它自己，如光子。 $$