8粒子和宇宙课堂互动三点剖析一、现代粒子理论媒介子：传递各种相互作用的粒子.主要是光子和胶子，光子传递电磁相互作用，胶子传递强相互作用.强相互作用比电磁相互作用强得多.如核子之间的核力就属于强相互作用.轻子：不参与相互作用的粒子.主要有电子、电子中微子、μ介子和μ子中微子、τ子和τ子中微子、轻子目前认为也没有内部结构.强子：参与强相互作用的粒子.主要包括质子、中子、介子和超子.强子有内部结构，由更基本的粒子——夸克组成.二、夸克模型的理解夸克是带分数电荷的，每个夸克带e32或e31电荷(e为质子电荷单位).现代粒子物理学认为，夸克共有6种，它们组成了所有的强子，如一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成，则上夸克带e32电荷，下夸克带e31电荷.上、下夸克的质量略微不同.中子的质量比质子的质量略大一点点，过去认为可能是由于中子、质子的带电荷量不同造成的，现在看来，这应归于下夸克质量比上夸克质量略大一点点.三、宇宙的演化过程1.现今的宇宙起源于大爆炸，宇宙演化的早期体积很小，温度极高，演化非常快，演化时体积不断迅速膨胀，同时温度不断迅速下降.当温度从极高降到一定范围时，出现夸克、轻子、胶子和其他规范粒子.体积再膨胀，温度再降低后，夸克、反夸克又结合而成各种介子和重子，从而形成强子物质.这些迅速演化过程都发生在宇宙大爆炸之后的第1s内.温度继续降低，质子和中子结合成较重的原子核.以后体积继续膨胀，温度继续降低，一步步出现各种原子、分子，一直演化到现在的世界.2.大多数恒星内部每时每刻都在进行着激烈的系列核反应，在处理这类问题时，大都可以采取这种等效的处理方法，同时结合质能方程和能量守恒定律求解.各个击破【例1】1959年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用Co6027进行了实验验证.次年，李、杨二人为此获得了诺贝尔物理学奖.Co6027的衰变方程是：eAZveNiCo016027，其中ev是反中微子，它的电荷为零.静止质量可认为是零.(1)在上述衰变方程中，衰变产生NiAZ的质量数A是__________，核电荷数Z是_________.(2)在衰变前Co6027是静止的，根据云室照片可以看出，衰变产物NiAZ和e01的运动径迹不在同一条直线上，如果认为衰变产物只有NiAZ和e01，那么衰变过程将违反________守恒定律.解析:(1)根据质量数守恒可知A=60，根据核电荷数守恒可知Z=28.(2)由衰变前后动量守恒判断Ni6028与e01必在同一直线上，否则将违反动量守恒定律.答案：(1)6028(2)动量1【例2】已知π+介子、π-介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克u或反夸克d)组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷.π+π-udud带电荷量+e-ee32e31e32e31下列说法正确的是()A.π+由u和d组成B.π+由d和u组成C.π-由u和d组成D.π-由d和u组成解析：由电荷守恒可知，π+由u和d组成，π-由d和u组成.答案：AD【例3】某恒星内部发生的一系列核反应如下：NCpveCNNCpe147136136137137126,,,NNpveNOONpe126157157158158147,,.其中，p为质子，α为α粒子，e+为正电子，ve为一种中微子，已知mp=1.672648×10-27kg,mα=6.644929×10-27kg,me=9.11×10-31kg，中微子质量不计.真空中的光速c=3×108m/s，试计算该系列反应完成后释放的能量.解析：将各核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终可等效为：4p→α+2e++2ve根据质能关系和能量守恒有4mpc2=mαc2+2mec2+Q，得释放的能量Q=3.95×10-12J.答案：3.95×10-12J【例4】太阳放出的大量中微子向地球飞来，科学家发现中微子在向地球传播的过程中衰变为一个μ子和一个τ子，若在衰变中发现μ子速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向()A.可能与μ子同方向B.可能与μ子反方向C.不一定与μ子在同一条直线上D.一定与μ子在同一条直线上解析：在衰变中动量守恒，发现μ子速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向一定与μ子在同一条直线上，可能与μ子同方向也可能与μ子反方向.答案：ABD2
