8-粒子和宇宙-(2)VIP专享VIP免费

§19.8粒子和宇宙第十九章原子核我们的宇宙由三个部分组成：暗物质、暗能量和正常物质。一、“基本”粒子不基本19世纪末，人们认为原子是组成物质的最小微粒。后来发现了电子、质子和中子，卢瑟福提出了原子的核式结构······随着科学技术的发展人们发现了更多的粒子，构建了描述正常物质的粒子模型。发现了电子、质子和中子后，许多人认为光子和它们是组成物质的“基本粒子”。逐渐发现了数以百计的不由质子、中子、电子组成的新粒子；又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构。从20世纪后半期起，就将“基本”二字去掉，统称为粒子。19世纪末都认为原子是组成物质的最小微粒。新粒子的发现有两个主要途径：地球上的人造加速器、“宇宙加速器”（宇宙线）。二、发现新粒子1932年发现了正电子；后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大，叫做超子。二、发现新粒子1947年发现了K介子和介子。1937年发现了子；反粒子：质量、寿命和自旋等物理性质相同而电荷等其他性质相反的粒子。电子正电子质子反质子现在已经发现的粒子达到400多种。1.强子：参与强相互作用的粒子。例如：质子。强子又分为介子和重子两类。2.轻子：不参与强相互作用的粒子。例如：电子和电子中微子、μ子和μ子中微子、τ子和τ子中微子。3.媒介子：传递各种相互作用的粒子。如：光子、中间玻色子、胶子。分别传递电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用。粒子的分类三、夸克模型1964年物理学家盖尔曼提出夸克模型，认为强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克（quark）。六种夸克：上夸克u、下夸克d、奇异夸克s、粲夸克c、底夸克b、顶夸克t。夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍。每种夸克都有对应的反夸克。夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷。科学家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”。1995美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克的存在。宇宙的演化伴随着粒子的产生。四、宇宙的演化五、恒星的演化与引力的斗争！恒星的寿命长短取决于其自身的质量，1/5太阳质量的恒星寿命为1万亿年，太阳的寿命为100亿年。质量大的恒星内部有更多的氢燃料，它内部的温度和压力也相应更高，核聚变也更剧烈，燃料消耗也更快，这导致质量大的恒星寿命反而要短于质量小的恒星。壮年期的恒星爆炸后，如果核的质量小于1.44个太阳质量（钱德拉塞卡极限），这颗恒星便可能演化成为白矮星。由于引力十分巨大，核外电子被紧密压缩，密布在原子核周围，依靠电子间的斥力抵抗引力,处于一种高密度状态。恒星的死亡——白矮星超新星爆发后，如果剩下的核的质量在1.44—2个太阳质量（奥本海默极限）之间。巨大的引力使得电子的斥力也不足以对抗，电子被压入原子核，整个恒星成为一个中子球，依靠中子间的斥力对抗引力。它的直径只有10千米左右，其密度特别大。自转的中子星也叫脉冲星。恒星的死亡——中子星质量超过奥本海默极限的致密天体，中子的简并压也不足以抗衡引力，这个天体还要坍缩,它坍缩的结果会变成一种非常特殊的比中子星更致密的天体--黑洞。黑洞的质量也有不同，有几十倍太阳质量的黑洞，也要几百万太阳质量的黑洞（银河系中心黑洞）。恒星的死亡——黑洞探索宇宙的利器：电磁波、宇宙线、中微子和引力波！