1 第五章 粒子世界 §１ 正电子、中子、反质子和反中子 原子世界物质结构的基本组元是原子，原子世界的基本特征尺度为十分之一纳米，原子世界的能量标度是电子伏特。 最初认识的基本粒子 再把特征尺度缩小十万倍，小到百万分之一纳米，就进入了粒子世界。 ２０ 世纪初在研究原子结构规律时，就已经认识了最初的几个基本粒子。质子、电子、光子是最早被认识到的几个基本粒子，这三种粒子都是稳定的粒子，质子带单位正电荷，电子带单位负电荷，光子不带电，质子和电子有放出和吸收光子的能力，它们通过电磁相互作用互相联系起来。当时实验上还显示不出它们的体积大小，看不到它们有内部结构，可以认为是“点”粒子。 人们认为这些粒子是物质结构的最小的单元，把它们统称为基本粒子。 ２０ 世纪初，物理学中已清楚地认识了的物质的基本相互作用有两种：引力相互作用和电磁相互作用。它们之间有共同点又有不同点，它们都是与距离平方成反比的长程力，引力相互作用总是吸引，电磁相互作用则遵循“同性相斥、异性相吸”。 质子和电子之间既有电磁相互作用，又有引力相互作用。英国天文学家和理论物理学家爱丁顿（Ａｒｔｈｕｒ Ｓｔａｎｌｅｙ Ｅｄｄｉｎｇｔｏｎ）曾认为基本粒子就是质子、电子、光子三种，而宇宙就是由总数约 １０７９ 个质子和电子构成，是一个有限无边的正在膨胀的宇宙。从这种理论出发，也就提出了一系列需要研究解答的基本问题：为什么电荷有最小单位？为什么电荷最小单位所决定的精细结构常数值约为 １／１３７。０３６？为什么正电荷的最小单位比负电荷的最小单位质量重 １８３６。１５ 倍？为什么宏观上正负电是对称的，但正负电荷的最小单元又非常不对称？然而物理学实验和理论的发展很快地打破了这个格局，陆续发现了几个新的基本粒子，展示了粒子世界的丰富多采的新局面。 狄拉克的理论和正电子的发现 １９２８ 年英国物理学家狄拉克（Ｐａｕｌ Ａｄｒｉｅｎ ＭａｕｒｉｃｅＤｉｒａｃ）提出了一个电子运动的相对论性量子力学方程，即狄拉克方程。利用这个方程研究氢原子能级分布时，考虑有自旋角动量的电子作高速运动时的相对论性效应，给出了氢原子能级的精细结构，与实验符合得很好。从这个方程还可自动导出电子的自旋量子数应为 １／２，以及电子自旋磁矩与自旋角动量之比的朗德 ｇ因子为轨道角动量情形时朗德 ｇ 因子的 ２ 倍。电子的这些性质都是过去从分析实验结果中总结出来的，并没...
