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19.8粒子和宇宙何为宇何为宙？宇宙上下四方曰宇，古往今来曰宙。一、“基本粒子”不基本直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒。卢瑟福（质子）道尔顿（原子）汤姆逊（电子）查德威克（中子）盖尔曼（夸克）还有谁？于是许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子开把它们叫做“基本粒子”。然而，随着科学的进一步发展，科学家们认识到这些粒子并不“基本”。所以，从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克的存在。二、发现新粒子②1947年发现了K介子和π介子。后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大，叫做超子。1、人们在对宇宙线的研究中陆续发现了一些新的粒子。①1932年发现了正电子，197年发现了u子。2、1932年发明的加速器，能使带电粒子加速到很高的能量。（自己造的高速粒子）许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质相反的粒子，叫做反粒子。3、按粒子与各种相互作用的关系，可分为三大类：强子、轻子和媒介子。强子轻子媒介子介子重子电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子光子，中间玻色子、胶子π介子K介子质子、中子、超子三、夸克模型实验证明强子是有内部结构的，1964年提出的夸克模型正明强子由更基本的粒成分组成，这种成分叫做夸克。夸克由六种模型：上夸克d、下夸克u、奇异夸克s、粲夸克c，底夸克b、顶夸克t。夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破。它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷。目前人们对夸克的认识还是很初步的，科学家们直到今天都还未捕捉到自由的夸克。夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”。能否解放被禁闭的夸克，是21世纪物理学面临的重大课题之一。四、宇宙的演化物理学中有一个非常有趣的现象：研究微观粒子物理、量子理论、与研究宇宙的理论竟然相互沟通，相互支持。正如诺贝尔物理学奖学者格拉肖所说：“隐藏在原子内心的，是宇宙结构的秘密。”，那么宇宙到底从何而来呢？大爆炸理论宇宙从一个“奇点”爆炸产生大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生时间的零点五、恒星的演化宇宙尘埃密集的尘埃星云团恒星（太阳）诞生万有引力越来越大生了？恒星继续升温这颗星继续收缩、继续升温。当温度超过10K时，氢通过热核反应成为，释放的核能主要以电磁波的形式向外辐射。辐射产生的向外的压力与引力产生的收缩压力平衡，这时星体稳定下来。恒星在这一阶段停留的时间最长。太阳目前正处于这一阶段的中期，要再过50亿年才会转到另一个演化阶段。过了50亿年当恒星核心部分的氢大部分聚变为氨以后，核反应变弱，辐射压力下降，星核在引力作用下收缩。这时引力势能产生的热将使温度升得更高，于是发生了核聚合成碳核的聚变反应。类似的过程一波接一波地继续下去，出现了氧、硅，直到铁等更重的元素。恒星在这个阶段要经历多次膨胀与收縮、光度也会反复变化。恒星的归宿白矮星为小质量恒星的死亡方式。天体物理的研究表明，如果恒星的质量小于1.4倍太阳质量，它会演変为白矮星，即体积很小，但质量不太小的恒星。中子星如果恒星的质量是太阳质量的1.4-2倍，更强大的压力使得原子被“压碎”，电子和质子被压在一起，整个恒星成为中子组成的天体，叫做中子星。黑洞当恒星的质量更大时，其内部的任何物质都无法抵抗巨大引力产生的压力，物质被“压＂”成了更为神奇的天体黑洞。最后的归宿华人科学家在粒子物理学领域的杰出贡献科学足迹一批华人料学家在粒子物理领城有着众多举世瞩目的重大贡献。在所有粒子物理发展史专著上都会提到华人科学家赵忠尧，王昌、杨振宁，李政道、吴健雄丁章中等的成果。他们是粒子物理天穹上耀眼的巨星。赵忠尧院士于1929-1930年发现硬γ射线在重元素中的反常吸收。王渔昌院士1942年提出证实中微子存在的一种实验方案:观察轻原子K俘获过程中的核反冲半年后，美国物理学家阿伦照此方案进行实验，找到了中微子。王昌还預言在100亿电子伏特质子同步加速器上有可能找到反超子，并于1959年找到了一个与反西格玛负超子有关的事例。1956年，杨振宁和李政道提出，在弱相互作用过程中宇称不守恒，并提出了实验验证的建议1957年，吴健雄領导的小组在＂Co的β衰变中证実了宇称不守恒的论断。不久，宇称不守恒在其他弱作用过程中也得到了证实。为此，李道、杨振宁获得1957年的诺贝尔物理学奖。1974年，丁筆中領导的小组发现了一种新的粒子。这种粒子有两个奇怪的性质。质量大，大约是质子质量的33倍，寿命长，比一般介子的寿命长500倍这个发现证实了人们对存在第四夸克一C(架)夺克的預测。美国科学家里克特也在这一年独立地发现了这种粒子，丁肇中与里克特共获1976年的诺贝尔物理学奖。这种新粒子被命名为J/粒子。作业:意找华人科学家在粒子物理领域的史多成果和事，在课堂上交流。玻尔海森伯德布罗意爱因斯坦洛仑兹居里夫人普朗克康普顿泡利薛定谔维夏菲尔特福勒布里渊波恩威尔逊理查德森古耶朗之万狄拉克顿德尔赫尔岑克莱默斯布拉格朗梅尔德拜库德森皮卡德亨利奥特艾伦费斯特问题与练习解答：解：1、请设计和绘制一个合理的表格，在表格中填上相关的内容，全面概括你对粒子分类的了解。强子轻子媒介子介子重子电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子光子，中间玻色子、胶子π介子K介子质子、中子、超子2、制作一个或两个方框图，描述宇宙演化和恒星演化的过程。解：大爆炸→夸克、轻子、胶子等→强子时代→轻子时代→核合成时代→电子与质子符合成氢原子→形成恒星和星系恒星演化过程的方框图：宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合成氦核→氢核聚合成碳核→其他聚变过程→无聚变反应、形成白矮星或中子星或黑洞课堂小结一、“基本粒子”不基本1、光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子开把它们叫做“基本粒子”。2、随着科学的进一步发展，统称为粒子。二、发现新粒子1、对宇宙线的研究中陆续发现了正电子、u子、K介子、π介子、超子。2、利用加速器研究，发现了反粒子。3、按粒子与各种相互作用的关系，可分为三大类：强子、轻子和媒介子。三、夸克模型实验证明强子是有内部结构的，叫做夸克。夸克由六种模型：上夸克d、下夸克u、奇异夸克s、粲夸克c，底夸克b、顶夸克t。四、宇宙的演化大爆炸理论宇宙从一个“奇点”爆炸产生，大爆炸是在无限的宇宙各处同时产生时间的零点。五、恒星的演化宇宙尘埃密集的尘埃星云团恒星（太阳）诞生万有引力越来越大继续升温稳定期归宿