關於粒子的簡單介紹（一）
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简单介绍就是简单介绍，不讲方程、不讲群论、不讲场论，要讲我也不懂。簡單介紹就是簡單介紹，不講方程、不講群論、不講場論，要講我也不懂。 简略地从上课时用的书和讲义上整理点简单的相关东西出来。簡略地從上課時用的書和講義上整理點簡單的相關東西出來。 今天先开个头。今天先開個頭。
粒子物理研究的对象主要是在质子、中子以下的粒子，其能量在MeV以上，上GeV也正常，所以也称为高能物理。粒子物理研究的對象主要是在質子、中子以下的粒子，其能量在MeV以上，上GeV也正常，所以也稱為高能物理。 按照参与作用的类型分类为：不参与强作用的轻子；参与强作用的强子，又分自旋为半整数的重子与自旋为整数的介子；只参与电磁相互作用的光子。按照參與作用的類型分類為：不參與強作用的輕子；參與強作用的強子，又分自旋為半整數的重子與自旋為整數的介子；只參與電磁相互作用的光子。
而研究粒子的来源，最原始的就是宇宙射线了，其中有极其高能（10^21eV)的粒子。而研究粒子的來源，最原始的就是宇宙射線了，其中有極其高能（10^21eV)的粒子。 不过数目极小，这时候就是靠天吃饭了，而研究地点一般都是在西藏这样世界屋脊的地方，大气散射、吸收影响小。不過數目極小，這時候就是靠天吃飯了，而研究地點一般都是在西藏這樣世界屋脊的地方，大氣散射、吸收影響小。 宇宙射线虽然一般不作为研究材料，不过对一般研究却有很大影响，负面的，即所谓背景噪音。宇宙射線雖然一般不作為研究材料，不過對一般研究卻有很大影響，負面的，即所謂背景噪音。 研究时要排除这结果到底是加速器给出的还是宇宙射线飘进来搞乱的。研究時要排除這結果到底是加速器給出的還是宇宙射線飄進來搞亂的。
费米发明核反应堆后，反应堆中产生的各种粒子便提供了很好的研究材料。費米發明核反應堆後，反應堆中產生的各種粒子便提供了很好的研究材料。 另外就是现在很热门的对撞机了。另外就是現在很熱門的對撞機了。 由于反应截面与质心系能量相关，将两束粒子在直线或环形加速器中加速，最后碰撞在一起，借此产生新粒子。由於反應截面與質心系能量相關，將兩束粒子在直線或環形加速器中加速，最後碰撞在一起，藉此產生新粒子。 而加速器的最基本原理则是高中的洛伦兹公式了。而加速器的最基本原理則是高中的洛倫茲公式了。
由于粒子都是肉眼无法直接观察的，即使是直保同学也没办法（详见《萌菌物语》），所以检测粒子的有无与性质则需要采用探测器。由於粒子都是肉眼無法直接觀察的，即使是直保同學也沒辦法（詳見《萌菌物語》），所以檢測粒子的有無與性質則需要採用探測器。 一个经典的探测器就是"云室"，带电粒子在其中电离，显现出路径来，然后对其拍照。一個經典的探測器就是"雲室"，帶電粒子在其中電離，顯現出路徑來，然後對其拍照。 奇异粒子就是某人在观察云室照片是发现的。奇異粒子就是某人在觀察雲室照片是發現的。 高端的还有闪烁探测器、晶体探测器等。高端的還有閃爍探測器、晶體探測器等。 一般人工产生的新粒子，其寿命都极短，因此探测的对象一般都是其衰变产物，根据产物的种类、能量分布、角分布等反推。一般人工產生的新粒子，其壽命都極短，因此探測的對像一般都是其衰變產物，根據產物的種類、能量分佈、角分佈等反推。
至于反粒子，比较经典的解释是狄拉克的“空穴理论”。至於反粒子，比較經典的解釋是狄拉克的“空穴理論”。 在狄拉克方程了，允许负能量的存在。在狄拉克方程了，允許負能量的存在。 通常情况在真空态下，所有负能量谱都被电子所填满，由于泡利不相容原理，每个能级有两个电子，构成所谓“狄拉克海”（不是AT Field海）。通常情況在真空態下，所有負能量譜都被電子所填滿，由於泡利不相容原理，每個能級有兩個電子，構成所謂“狄拉克海”（不是AT Field海）。 当某个电子吸收足够能量跃迁到正能量谱时，在原处便留下一个空穴，实验观测下便是一个“正电子”，即电子的反粒子。當某個電子吸收足夠能量躍遷到正能量譜時，在原處便留下一個空穴，實驗觀測下便是一個“正電子”，即電子的反粒子。
今天最后说下四大作用吧，截图：今天最後說下四大作用吧，截圖：
简单介绍就是简单介绍，不讲方程、不讲群论、不讲场论，要讲我也不懂。簡單介紹就是簡單介紹，不講方程、不講群論、不講場論，要講我也不懂。 简略地从上课时用的书和讲义上整理点简单的相关东西出来。簡略地從上課時用的書和講義上整理點簡單的相關東西出來。 今天先开个头。今天先開個頭。
粒子物理研究的对象主要是在质子、中子以下的粒子，其能量在MeV以上，上GeV也正常，所以也称为高能物理。粒子物理研究的對象主要是在質子、中子以下的粒子，其能量在MeV以上，上GeV也正常，所以也稱為高能物理。 按照参与作用的类型分类为：不参与强作用的轻子；参与强作用的强子，又分自旋为半整数的重子与自旋为整数的介子；只参与电磁相互作用的光子。按照參與作用的類型分類為：不參與強作用的輕子；參與強作用的強子，又分自旋為半整數的重子與自旋為整數的介子；只參與電磁相互作用的光子。
而研究粒子的来源，最原始的就是宇宙射线了，其中有极其高能（10^21eV)的粒子。而研究粒子的來源，最原始的就是宇宙射線了，其中有極其高能（10^21eV)的粒子。 不过数目极小，这时候就是靠天吃饭了，而研究地点一般都是在西藏这样世界屋脊的地方，大气散射、吸收影响小。不過數目極小，這時候就是靠天吃飯了，而研究地點一般都是在西藏這樣世界屋脊的地方，大氣散射、吸收影響小。 宇宙射线虽然一般不作为研究材料，不过对一般研究却有很大影响，负面的，即所谓背景噪音。宇宙射線雖然一般不作為研究材料，不過對一般研究卻有很大影響，負面的，即所謂背景噪音。 研究时要排除这结果到底是加速器给出的还是宇宙射线飘进来搞乱的。研究時要排除這結果到底是加速器給出的還是宇宙射線飄進來搞亂的。
费米发明核反应堆后，反应堆中产生的各种粒子便提供了很好的研究材料。費米發明核反應堆後，反應堆中產生的各種粒子便提供了很好的研究材料。 另外就是现在很热门的对撞机了。另外就是現在很熱門的對撞機了。 由于反应截面与质心系能量相关，将两束粒子在直线或环形加速器中加速，最后碰撞在一起，借此产生新粒子。由於反應截面與質心系能量相關，將兩束粒子在直線或環形加速器中加速，最後碰撞在一起，藉此產生新粒子。 而加速器的最基本原理则是高中的洛伦兹公式了。而加速器的最基本原理則是高中的洛倫茲公式了。
由于粒子都是肉眼无法直接观察的，即使是直保同学也没办法（详见《萌菌物语》），所以检测粒子的有无与性质则需要采用探测器。由於粒子都是肉眼無法直接觀察的，即使是直保同學也沒辦法（詳見《萌菌物語》），所以檢測粒子的有無與性質則需要採用探測器。 一个经典的探测器就是"云室"，带电粒子在其中电离，显现出路径来，然后对其拍照。一個經典的探測器就是"雲室"，帶電粒子在其中電離，顯現出路徑來，然後對其拍照。 奇异粒子就是某人在观察云室照片是发现的。奇異粒子就是某人在觀察雲室照片是發現的。 高端的还有闪烁探测器、晶体探测器等。高端的還有閃爍探測器、晶體探測器等。 一般人工产生的新粒子，其寿命都极短，因此探测的对象一般都是其衰变产物，根据产物的种类、能量分布、角分布等反推。一般人工產生的新粒子，其壽命都極短，因此探測的對像一般都是其衰變產物，根據產物的種類、能量分佈、角分佈等反推。
至于反粒子，比较经典的解释是狄拉克的“空穴理论”。至於反粒子，比較經典的解釋是狄拉克的“空穴理論”。 在狄拉克方程了，允许负能量的存在。在狄拉克方程了，允許負能量的存在。 通常情况在真空态下，所有负能量谱都被电子所填满，由于泡利不相容原理，每个能级有两个电子，构成所谓“狄拉克海”（不是AT Field海）。通常情況在真空態下，所有負能量譜都被電子所填滿，由於泡利不相容原理，每個能級有兩個電子，構成所謂“狄拉克海”（不是AT Field海）。 当某个电子吸收足够能量跃迁到正能量谱时，在原处便留下一个空穴，实验观测下便是一个“正电子”，即电子的反粒子。當某個電子吸收足夠能量躍遷到正能量譜時，在原處便留下一個空穴，實驗觀測下便是一個“正電子”，即電子的反粒子。
今天最后说下四大作用吧，截图：今天最後說下四大作用吧，截圖：
 关于粒子的简单介绍（二）
今天本来想扯夸克模型的，不过发现里面涉及奇异量子数，所以，就先简单介绍下奇异粒子吧。
奇异粒子是一些人在利用云室研究宇宙射线中的π介子、K介子等时提出的。它们产生很快（10^-23s），但衰变很慢（10^-10s）。每种粒子都有奇异量子数S，普通粒子为0，奇异粒子为整数，反应中奇异数守恒。例如Λ为-1，K0为1，K+为1，其反粒子K-为-1。 另外，重子还有一个重子数，反应前后重子数守恒。 下面扯正题。 由于强子八重法分类的成功，暗示强子有更深层次的结构。为此，先后有费米-杨振林模型，坂田模型（话说日本人在粒子物理方面不知怎么出了这么多人的），然后就是Gell-Mann和Zweig各自独立提出的夸克模型。他们认为强子由三种基本单元组成，三种不同类型称为味道（flavor,吐槽吧），分别为u(up)、d(down)、s(strange)。三种夸克都是自旋为1/2，重子数为1/3的费米子，并规定他们的宇称为+1。套用重子相关的Gell-Mann-西岛公式（简单的说就是凑数据、把电荷数、同位旋第三分量、重子数、奇异数联系到一起）可知u、d、s分别带分数电荷数：2/3、-1/3、-1/3。而反夸克具有相反的内禀量子数。 重子由3个夸克组成，自旋为半整数，为费米子。反重子由3个反夸克组成。而介子由正反夸克组成，自旋为整数，为波色子。例如质子为uud，中子为udd。 部分强子的夸克组成如下： 不过，观察表格便可发现，如果只是简单的这样便违反了泡利不相容原理，例如Δ-由3个d夸克组成。因为夸克自旋为1/2，一个态上不允许两个状态相同（即量子数完全一样）的夸克存在，因此基态下只允许两个同种夸克存在，一个自旋向上一个向下。所以有人就提出，夸克除了味道量子数外还有色（color）量子数，以此来解释。三个色量子数分别为r(red)、b(blue)、g(green)，当然不是平时所见的颜色，只是用此来指称的，继续吐槽吧。 有了色量子数，人们就将其与量子电动力学（QED）做类比，提出色荷，发展出解释强相互作用的量子色动力学（QCD）。夸克之间的强相互作用通过交换自旋为1的胶子g传递。 在发现u、d、s三种夸克之后，就有好事之徒心想，夸克只有三种么？然后便先后发现了粲夸克c(charm)、顶夸克t(top)、底夸克b(bottom)。两两成代，构成三代夸克，与三代轻子完美对称。夸克之间可以相互跃迁衰变，不同之间衰变率不同，顶点因子的不同影响到强子之间的衰变允许与禁戒。找不到图了，就不放了。c、t、d夸克涉及一些其他奇怪的强子组成与衰变道，也没有什么有意思的内容，就简单的说成这样吧。 另：昨天写的内容，今天重新补充了下反粒子的狄拉克解释。因为反粒子会很常见到，觉得还是放在第一篇里提一下比较好。（我才不说是昨天我间歇性失忆症忘了写呢） 關於粒子的簡單介紹（三）
如前所述，简单介绍就是简单介绍，一些事目前知道是酱紫的就够了，当作常识记住就行，记不住也行。如前所述，簡單介紹就是簡單介紹，一些事目前知道是醬紫的就夠了，當作常識記住就行，記不住也行。 不恰当的说，到底是地球绕太阳转，还是太阳绕地球转，这对大多数人来说没有影响，不过地球绕太阳转现在则是常识了。不恰當的說，到底是地球繞太陽轉，還是太陽繞地球轉，這對大多數人來說沒有影響，不過地球繞太陽轉現在則是常識了。
如前所述，这篇是简单介绍三代轻子来着。如前所述，這篇是簡單介紹三代輕子來著。 即电子、电子中微子，μ子、μ子中微子，τ子（希腊字母tao，豆瓣上显示的不是很清楚）、τ子中微子，还有相应的反粒子。即電子、電子中微子，μ子、μ子中微子，τ子（希臘字母tao，豆瓣上顯示的不是很清楚）、τ子中微子，還有相應的反粒子。 如前所述，轻子是不参与强作用的，它们自旋都是1/2，一开始人们所知的几类轻子都比较“轻”，所以称为轻子嘛。如前所述，輕子是不參與強作用的，它們自旋都是1/2，一開始人們所知的幾類輕子都比較“輕”，所以稱為輕子嘛。 不过，后来的发现表明这个观念是不正确的。不過，後來的發現表明這個觀念是不正確的。 最先发现轻子即电子，电子在原子核外，很容易被跃迁出来嘛。最先發現輕子即電子，電子在原子核外，很容易被躍遷出來嘛。 另外，电子也是最先被发现的粒子，在质子和中子之前，质子是在核反应发现后发现的，而中子因为电荷数为零，在早期没有相应的探测器能识别出来。另外，電子也是最先被發現的粒子，在質子和中子之前，質子是在核反應發現後發現的，而中子因為電荷數為零，在早期沒有相應的探測器能識別出來。 电子电荷数为-e，e是发现的最小的电荷数，虽然夸克模型中夸克带有分数的电荷数，但自由夸克在实验中从没有被发现。電子電荷數為-e，e是發現的最小的電荷數，雖然夸克模型中夸克帶有分數的電荷數，但自由夸克在實驗中從沒有被發現。 而实验上发现粒子最大的电荷数为2e，原因参见前篇夸克模型相关。而實驗上發現粒子最大的電荷數為2e，原因參見前篇夸克模型相關。 μ子则是后来从宇宙射线中最先发现，它的性质跟电子很像，但质量略重，200多倍好像，“略”字貌似用的不大合适。 μ子則是後來從宇宙射線中最先發現，它的性質跟電子很像，但質量略重，200多倍好像，“略”字貌似用的不大合適。 中微子最先是在原子核的β衰变中发现，写不了方程就不写了吧，高中物理书上好像就有。中微子最先是在原子核的β衰變中發現，寫不了方程就不寫了吧，高中物理書上好像就有。 中微子因为不参与强作用，质量很轻（最初认为是零，不过现在较多的认为是中微子质量上限为几个eV），又不带电荷，在早期是很难被发现。中微子因為不參與強作用，質量很輕（最初認為是零，不過現在較多的認為是中微子質量上限為幾個eV），又不帶電荷，在早期是很難被發現。 不过在中微子被实验真正发现之前，人们就意识到它的存在。不過在中微子被實驗真正發現之前，人們就意識到它的存在。 因为，在核反应中同样遵守能量守恒和动量守恒，而人们在研究β衰变时发现衰变核和衰变出的电子的动量分布不吻合这两条定律。因為，在核反應中同樣遵守能量守恆和動量守恆，而人們在研究β衰變時發現衰變核和衰變出的電子的動量分佈不吻合這兩條定律。 于是有的人，例如波尔，就干脆认为β衰变中不遵守能量守恒和动量守恒；有的人，例如泡利，认为其中还存在其他粒子，把反应中不符合的动量、自旋之类的全推到中微子身上去，各个守恒律就和谐了。於是有的人，例如波爾，就乾脆認為β衰變中不遵守能量守恆和動量守恆；有的人，例如泡利，認為其中還存在其他粒子，把反應中不符合的動量、自旋之類的全推到中微子身上去，各個守恆律就和諧了。 这样衰变道为三个粒子，根据中微子出射的方向不同，衰变核和电子的动量分布也就不同了。這樣衰變道為三個粒子，根據中微子出射的方向不同，衰變核和電子的動量分佈也就不同了。 需要说明的是β-衰变（衰变出e-的反应，衰变出e+的称为β+衰变）中产生的是电子中微子νe的反粒子。需要說明的是β-衰變（衰變出e-的反應，衰變出e+的稱為β+衰變）中產生的是電子中微子νe的反粒子。 人们发现在实验中，轻子总是相伴出现的，电子和电子中微子，μ子和μ子中微子，而电子和μ子中微子相伴之类的不能发生。人們發現在實驗中，輕子總是相伴出現的，電子和電子中微子，μ子和μ子中微子，而電子和μ子中微子相伴之類的不能發生。 于是有人提出了轻子数的概念，用Le，Lμ，Lτ表示。於是有人提出了輕子數的概念，用Le，Lμ，Lτ表示。 其他粒子轻子数为零，轻子的见下：其他粒子輕子數為零，輕子的見下：
反应中，在各类作用类型中电子轻子数、μ子轻子数总是遵守分别守恒的，轻子不能单独产生或湮灭，总是与其他轻子一起成代出现。反應中，在各類作用類型中電子輕子數、μ子輕子數總是遵守分別守恆的，輕子不能單獨產生或湮滅，總是與其他輕子一起成代出現。 三代轻子和三代夸克之间呈现出高度的对称性，相应的内容需要群论的描述，SU（2）还是SU（3）来着，个人对群论也不懂，就不说这个对称性了吧。三代輕子和三代夸克之間呈現出高度的對稱性，相應的內容需要群論的描述，SU（2）還是SU（3）來著，個人對群論也不懂，就不說這個對稱性了吧。 前面貌似还没说τ子。前面貌似還沒說τ子。 τ子是1975年才从正负电子对撞机中发现的。 τ子是1975年才從正負電子對撞機中發現的。 实验中在2×2GeV左右发现64个eμ事件，即e+e-→e+μ-（或e-μ+），同时还存在能量损失，因此认为其中还有其他未被探测器发现的粒子存在。實驗中在2×2GeV左右發現64個eμ事件，即e+e-→e+μ-（或e-μ+），同時還存在能量損失，因此認為其中還有其他未被探測器發現的粒子存在。 后来实验表明能量损失即是τ子即其中微子。後來實驗表明能量損失即是τ子即其中微子。 其质量约为1.78GeV，比一些重子还重，根本算不上“轻”子吧，但它其他性质则是标准的轻子，不参与强作用、自旋为1/2之类的。其質量約為1.78GeV，比一些重子還重，根本算不上“輕”子吧，但它其他性質則是標準的輕子，不參與強作用、自旋為1/2之類的。 至于为什么这么重现在就不清楚了。至於為什麼這麼重現在就不清楚了。 因为τ子也算是发现不久，还在研究中，也没找到多少相关内容，就不多介绍了。因為τ子也算是發現不久，還在研究中，也沒找到多少相關內容，就不多介紹了。 中微子中还牵涉到弱作用中的宇称不守恒问题，下次再说吧。中微子中還牽涉到弱作用中的宇稱不守恆問題，下次再說吧。 另外关于中微子比较热门的问题就是先前中微子超光速了，后来也表明是实验差错问题。另外關於中微子比較熱門的問題就是先前中微子超光速了，後來也表明是實驗差錯問題。 个人不负责任的、以现有所学认为中微子超光速不大可能。個人不負責任的、以現有所學認為中微子超光速不大可能。 目前实验还是表明中微子可能有质量，而标准模型认为粒子质量来自于与Higgs场的耦合作用，作用以光速传递。目前實驗還是表明中微子可能有質量，而標準模型認為粒子質量來自於與Higgs場的耦合作用，作用以光速傳遞。 所以光子是没有静止质量的，而中微子有质量就不大可能超光速吧。所以光子是沒有靜止質量的，而中微子有質量就不大可能超光速吧。 |
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