基本粒子与量子场简介

(一)基本粒子的名称及简单性质我们知道:早在罗蒙诺索夫时代,就已经提出了物质的分子结构学说,认为分子是保持物质性质的最小微粒。到后来进一步的研究,提出分子是由更小的微粒——原子所组成(但原子已不能保持物质之原有的性质了)。曾有相当长的一段时间,人们认为原子是物质结构中最小微粒,把原子视为不变的不可分割的最小单位。居里夫妇在十九世纪末发现有些元素能够自动地射出一些带电或中性之粒子,这说明原子是由一些更小的粒子所组成,原子是能分裂的。这一现象称之放射性现象。它的发现给了当时对原子的形而上学的看法以有力的打击。原子的不可分割的学说,从此动摇了。在进一步对于原子性质的研究的基础上,卢索福提出了原子的结构模型,原子的中部是原子核,它的特点是又重又小,由不带电的中子及带正电的质子组成,在核外有带负电的电子绕其运动。这种原子结构的模型,由现代观点看来是完全正确的。     

从宏观看物质结构的统一性

众所周知,物质由分子组成,分子由原子组成,原子由原子核及核外电子组成,原子核由质子和中子组成,质子带正电,中子不带电,电子带负电,电子围绕原子核高速旋转,电子数等于核电荷数,整个原子不显电性。     

多学科应用的散裂中子源

中子是构成物质的基本粒子，中子散射技术是用高能质子等快速粒子轰击重原子核，使其中部分中子“散裂”出来，然后用中子束流瞄准样品，探测、计算得到散射中子的能量、散射角度及位置，进而得到固体位置、运动、特性等信息。在国际上，中子散射技术都已经发展到了一个较好的阶段。中子散射技术已成为当前研究物质微观结构及其动力学过程最重要的工具之一，中子散射可帮助科学家了解从液态晶体到超导陶瓷、从蛋白质到塑料、从金属到胶粒等各种物质特性的详细情况，在诸如凝聚态物理、化学、生物工程等领域被广泛采用。     

科学家首次观测到原子气体具有强磁性

美国科学家使用属于费米子（半整数自旋粒子），具有与电子相似特性的，含有3个质子、3个中子与3个电子的锂-6同位素来模拟电子的行为。他们利用红外线激光束捕获超冷锂原子气团，将其冷却到仅比绝对零度高亿分之十五开尔文。当逐渐增加原子间斥力时，他们观察到原子气团先是变大，然后突然收缩。当原子从陷阱中释放时，它们突然急速扩张。这些现象与磁性相位转换的理论预测完全一致。     

微观粒子基元漫谈

客观世界的可见物质可以一层层地拆分下去:宏观结构、微观结构、分子结构,直到原子结构。原子是由原子核与核外电子构成,原子核又是由质子与中子构成,质子与中子统称为核子。核子本身也有结构,它们由更基本的粒子构成。     

调控自旋将成为科技发展的新领域

 电子同时具有电荷与自旋磁矩二个自由度,或二个本征的特性。物质由原子所构成,原子由原子核与电子所组成,原子核由中子、质子构成,中子具有磁矩而不带电荷,中子、质子是由夸克等基本粒子所构成。据目前所知,除希格斯粒子磁矩与电荷均为零外,其他基本粒子均具有磁矩,但未必具有电荷,因此,磁矩比电荷具有更大的普适性。科学家巧妙地利用直流与微波磁场来调控核自旋磁矩的共振吸收特性,制备了广泛应用的核磁共振谱仪与核磁共振成像仪,这是调控电子自旋的范例。然而,长期以来,通常电荷与自旋在不同的领域起着重要的主角作用,人们利用电场调控电子电荷,从而在电力、电子领域中独领风骚,如电动机、发电机为主的电力工业所形成的第二次产业革命;以芯片、计算机为主角的第三次产业革命使人类进人到信息社会,而自旋磁矩主要在磁性材料领域中发挥了不可取代的作用。     

基本粒子：物质的本源

从原子、夸克、反粒子到暗物质和希格斯粒子 世界是由什么构成的？把物质无限放大，最终会看见什么？人类自古以来就在探索“物质的本原”，现在已经追寻到诸如电子和夸克这样的“基本粒子”。我们还知道，宇宙中到处都充满了看不见摸不着的“暗物质”和“暗能量”，尽管我们现在还不清楚它们究竟是什么。这些就是现代科学所查明的构成自然界和宇宙的“原材料”。本文将对此作全面介绍，并尽可能做到通俗易懂。     

评钱伟长关于“物质的一般概念”的广播稿

在广播稿中作者把哲学上的物质概念与具体的物质结构理论混淆起来。在一些有关数字及 事实的错误以外,还有一些重大的概念错误。例如,沸腾被了解为个别分子从液体中逸出,化学 反应的本质被了解为原子中电子轨道的变形,中子被了解为稳定的基本粒子,而反质子却被了解 为不稳定的等。这篇广播稿说明了作者不负责任的工作态度。     

中子输运对介质流体力学运动的影响

一、前言在[1]中,我们作出了一个可用于多种粒子反应系统的广义 Boltzmann 方程组.它可以描述包含轻核、中子、电子及光子的高温热核反应系统.在[2]及[3]中,我们特别讨论了中子在高温轻介质中的输运及介质高速运动刘中子输运的影响.在后面这些讨论中,我们略去了中子输运对介质运动的反作用,这在中子密度远小于介质原子密度的一般     

从引力子到宇宙之物质的形成结构与转化之我见

本文提出了关于物质的从引力子到宇宙各个层次的形成、结构及它们相互子转化的试探性观点,主要有：1．引力子、光子、中微子、电子、μ子是有内部结构的;对π介子、重介质、核子、超子的结构提出了见解。2．小引子可形成引力子,引力子可形成多引力子体及光子,光子可形成多光子体及电子,电子可形成多电子体、μ子、π介子与核子3．预言了一些新粒子的存在,如多引力子体、多光子体、多电子体、多μ子体、中性电子、中性μ子、黑子、红子、篮子等。4,认为多光子体就是中微子,认为重介子应叫做多π子体,超子应叫做核介子体,原子核应叫做多核子体,分子应叫做中性多原子体,宏观物体应叫做多分子体。5．对原子、分子等重新进行了分类,例如认为原子可分正原子、负原子、中性原子三类。6．认为自然界不只存在“原子核反应”这一种核反应,还存在“光子核反应”、“电子核反应”、“核子核反应”等许多种“粒子核反应”。7．建立了新的宇宙模型-动态平衡宇宙模型。8．原子不是电中性的,它显正电性。9．物质（基本粒子）的相互作用不只有四种,一种力不一定只由一种粒子介导。并应用上述观点对粒子物理、结构化学、宇宙学等学科的一些疑难问题提出了见解。     

如何看待呼吸链电子转移的高效率

<正> 化学反应不外乎是物质的变化,在反应的时候,伴随着分子、原子或电子等粒子的转移、传递,就其本质而论,化学反应是组成物质原子的电子壳层畸变与电子转移。生物体内反应也无一例外,所有生化反应都与电子的转移密切相关。在这个意义上,阐明电子转移的本质,对了解生物体内反应的机制是非常重要的。     

磁场,热和光现象中的电子运动轨迹

本文根据2008年的光力传递观点,将原子和电子,作为描述物质运动的粒子。在充满微观粒子的空间里,由于粒子间的相互作用,结合力传递观点,分析电子的运动状态。得出结论,受力改变运动的电子,出现不同的运动轨迹,是产生磁场,热和光现象的原因。     

宇宙中的反物质消失之谜

正为什么地球、月亮、太阳、银河系以及人类自身是由物质(即质子、中子和电子)而不是反物质(即反质子、反中子和正电子)构成的?为什么我们没有观测到足够数量的反物质存在于宇宙空间之中?诸如此类的问题在1932年以前无人关注,原因在于那时人类所知道的基本粒子仅限于电子、质子和中子。反物质尚未被发现,因此物质与反物质不对称的问题也无从谈起。本期的特别策划文章"反物质"探讨的就是这一粒子宇宙学的重大难题。反物质的概念是英国理论物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)在1928年提出来的。他推导了电子的相对论性运动方程,发现     

超弦--大自然的"琴弦"

一、弦理论的基本思路概要记得有一位哲学家说过 ,“你要知道梨子…… ,就要……。而你若要知道原子的组织同性质 ,就得实行物理学和化学的实验”。现代科学告诉我们 ,包括梨子在内的世界万物都由原子所组成 ,而原子又由电子与夸克所构成。然而 ,根据最新的超弦理论 ,所有这些粒子实际上又都可以分析为在超微小尺度上振动着的一根闭合的弦。也就是说 ,一切物质 ,作为其终极实在的不是点状的粒子 ,而只是细线状的小环。被人们认作粒子的 ,实质上都像一根无限纤细的橡皮筋 ,或似一根振荡、跳动的丝线。在超弦理论中 ,把这种作为宇宙万物结构与…     

原子和原子核内部的对立统一

在《毛泽东选集》第五卷中,伟大领袖毛主席对微观世界的物质结构问题有两段著名的论述:“一个原子分两部分,一部分叫原子核,一部分叫电子。原子核很小,可是很重。电子很轻,一个电子大约只有最轻的原子核的一千八百分之一。原子核也是可以分割的,不过结合得比较牢固。     

粒子加速器

一、引言1911年,法国物理学家芦瑟福提出了原子的核式结构论。这种理论认为,一切元素的原子都是由一个原子核和围绕原子核而旋转着的电子所组成,原子核带正电荷,电子带负电荷。后来,由于中子的发现,人们确定原子核乃是由中子和质子所构成,中子不带电性,质子带正电荷,质子和中子统称为核子,在原子核里,核子紧密地结合在一起,使原子核成为一个稳定的结构,形成这种稳定结构的力,称为核子力,这种核子力,即不是两个物体之间相互作用的万有引力,也不可能是两个带电体间相互作用的电     

科学家们在认识宇宙形成方面迈出了一大步

据英《泰晤士报》1989年8月15日报道,欧洲科学家,包括100名英国人,昨天开始在造价4亿多英镑的世界最大原子击破机上进行实验,他们在认识宇宙的起源和演化方面迈出了一大步。初步结果表明,他们能够在实验室里重现150亿年前创造了这个宇宙的大爆炸的雏型。这台原子击破机,即大型电子正电子对撞机,将使科学家们能够“看到”在自然界并不存在的短寿命物质,但科学家们相信,在大爆炸的火球中产生了这种物质,并且在几分之一秒的时间内发展成为构成恒星和星系的物质。科学家们把原子击破机,看作是在时间上向后看的望远镜。这种新的原子击破机设置在欧洲粒子物理实验所,即欧洲原子核研究中心。英国一年为英国科学家直接参加这个研究中心支付4000     

中子辐射照相术

中子辐射照相术,是一种利用中子束对物质的穿透作用和照相作用取得有关物体内部结构知识的技术。同X射线辐射照相术并列正作为非破坏性检查的手段进行普及。日本理比研究所放射线研究室,已成功地研制出超出以前中子照相1000倍以上高灵敏度的“稀有气体比例荧光中子照相机”。这种照相机工作的原理是,利用浓缩的硼—10的被膜,把热中子转换成α粒子,使之在氩—三乙基胺混合气体中产生比例荧光现象,采用影像增强器捕捉这种     

科学家找到“光变物质”简单方法

科学家布雷特和惠勒1934年提出,如果让两个光子通过撞击结合在一起,有可能变成物质,形成电子和正电子--这是最简单的＂光变物质＂方法。但他们也认为这只是理论,从未想过有人能实际证明这一预测。目前能把光变成物质的实验都伴有大量高能粒子,纯光变物质的布雷特-惠勒正负电子对从未在实验室里被观察到过。     

Q&A

Q:既然原子像细胞一样彼此分隔开,那么分隔原子的物质是什么?难道有一层"原子膜"吗?A:原子与细胞有很大的区别。细胞从本质上说是由原子构成的,形成一个独立的生命基本单元。原子由电子和原子核组成,外围电子由电磁相互作用束缚在原子核周围。对于这样的一个束缚体系,现在人们已经能借助量子力学给出较好的理解。在量子力学中,电子的行为由电子的波函数(概率密度分布)描述。电子只