AQA A-Level 物理/粒子与反粒子/粒子的组成部分
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你可能已经了解到,物质是由三种类型的粒子组成;原子核中的质子和中子,以及在周围轨道运行的电子。你可能认为这些粒子是所有物质的基本组成部分。虽然电子不能分解成更小的粒子是事实,但质子和中子可以被粉碎成更小的碎片。因此,我们说电子是基本粒子,而质子和中子不是基本粒子。
电子属于被称为轻子的基本粒子家族。这些小粒子通常具有非常小的质量。质子和中子属于被称为重子的较重粒子家族。
质子和中子是由被称为夸克的更小的基本粒子组成。就像所有其他重子一样,质子和中子包含三个夸克。这三个夸克加在一起形成重子,因此在中子的情况下,我们需要夸克上的电荷相互抵消。在质子的情况下,电荷必须加起来等于e。
为了简化粒子物理学,我们可以将质子的电荷称为 +1,并为每个夸克赋予一个分数电荷,如以下表格所示。
名称 | 电荷 | 重子数 | 奇异性 |
上 (u) | +2/3 | 1/3 | 0 |
下 (d) | -1/3 | 1/3 | 0 |
粲 (c) | +2/3 | 1/3 | 0 |
奇异 (s) | -1/3 | 1/3 | -1 |
顶 (t) | +2/3 | 1/3 | 0 |
底 (b) | -1/3 | 1/3 | 0 |
你可能不熟悉重子数这个词。这基本上是一个“是”或“否”的概念,它被称为布尔值,因此“是”为 +1,“否”为 0。如果存在反粒子,则该数字将为 -1。
反粒子存在,反夸克也存在!它们用被称为条的东西表示,该条绘制在简写名称的上方,例如,我们有表示u-bar,即反上夸克!因此,让我们看看质子是如何由夸克组成的!看
质子由 3 个夸克组成,中子也是如此,因为它与其他粒子相比是一个相当大的粒子。因此,我们记得之前说过质子是一个重子,因此它必须具有 +1 的重子数和 +1 的电荷。所以,让我们开始吧。
= 电荷为 +2/3,重子数为 1/3。因此,我们将它加到
= 电荷为 -1/3,重子数为 1/3,因此我们有... 电荷和 2/3 的重子数。
= 电荷为 +2/3,因此我们将它加到 U + D 的 +1/3 上,得到 +1(质子的电荷)和 +1 的重子数!