8粒子和宇宙1．粒子和粒子的分类(1)电子、质子和中子直到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，后来发现了电子、质子和中子。随着科学家们的研究逐步发现了数以百计的不同种类的新粒子，它们都不是由质子、中子、电子组成的，又发现质子、中子等本身是复合粒子，并且还有着自己的复杂结构，所以电子、质子、中子并不是组成物质世界的基本粒子。(2)新粒子从20世纪30年代以来，人们在对宇宙射线观测时，发现了一些新粒子，宇宙射线中粒子的能量很高，但数量很少，人们用高能加速器进行实验，发现了更多的粒子。如1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子，此后不久又发现了超子。(3)粒子的分类按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子，如下表所示。分类参与的相互作用发现的粒子备注强子强相互作用质子、中子、介子、超子质子是最早发现的强子强子有内部结构轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子无内部结构媒介子各种相互作用光子、玻色子、胶子光子传递电磁相互作用玻色子传递弱相互作用胶子传递强相互作用(4)反物质①许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一些物理量相反的粒子，叫做反粒子。如电子和正电子，质子和反质子。②由反粒子构成的物质叫反物质。③反粒子与其相应的正粒子相遇时，会发生“湮灭”，同时消失而转化成其他的粒子。(5)夸克模型：①强子内部有复杂结构，1964年美国人盖尔曼提出了强子结构的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。②夸克模型经过几十年的发展，已被多数物理学家接受，现代科学认为夸克有：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克。③夸克带电荷量为元电荷的＋或－倍。【例1】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(反夸克或反夸克)组成的；它们的带电荷量如下表所示：π＋π－ud带电荷量＋e－e＋e－e－e＋e表中e为元电荷。下列说法正确的是()A．π＋由u和组成B．π＋由d和组成C．π－由u和组成D．π－由d和组成解析：根据核反应中电荷数、质量数守恒可求得，π＋电荷量为＋e，u电荷量为＋e，电荷量为＋e，则u和的总电荷量为(＋e)＋(＋e)＝＋e，故A选项正确，B错误。π－电荷量为－e，d电荷量为－e，电荷量为－e，则d和的总电荷量为(－e)＋(－e)＝－e，故D选项正确，C选项错误。答案：AD2．宇宙和恒星的演化(1)宇宙的演化过程宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期。――→――→→→――→→――→(2)恒星的演化过程→→→→→→【例2】如下一系列核反应是恒星内部发生的。p＋C→NN→C＋e＋＋νp＋C→Np＋N→OO→N＋e＋＋νp＋N→C＋α其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν是一种中微子。已知质子的质量为mp＝1.672648×10－27kg，α粒子的质量为mα＝6.644929×10－27kg，正电子的质量数为me＝9.11×10－31kg，中微子的质量可忽略不计。真空中的光速c＝3.00×108m/s，试计算该系列反应完成后释放的能量。解析：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为14p→α＋2e＋＋2ν设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q代入数值可得Q＝3.95×10－12J。答案：3.95×10－12J3．微观粒子与宏观宇宙的统一本节内容告诉我们，研究微观世界“小粒子”的粒子理论、量子理论，与研究“大宇宙”的理论是相互沟通、相互支撑的。宇宙的空间跨度物理学向微观粒子和宇宙两个领域的研究今天得到了初步统一，统一场论在逐渐形成。物理学完整、和谐美在这里又得到了充分体现。正如绪言中所说：“物理学中研究最大和最小对象的两个分支——宇宙学和粒子物理学就奇妙地衔接在一起，犹如一条怪蟒咬住自己的尾巴。”从上面的图可以看到，人类所在物质世界的空间跨度竟呈现出如此的对称美。名师点拨：①中微子νe静止质量为零，Δm中不包括中微子的质量。②假定银河系均匀放出能量。③一次核聚变生成一个氦核。④第一条途径生成23%的氦，第二条途径生成2%的氦。【例3】天文学家测得银河系中氦的...
