Question

粒子的基本性质是什么

Answer 1

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解析:

一、 基本性质：

1、 质量m：每种粒子具有一定的质量。质量是随速度变化而变化的。通常给出的是静止质量。

2、 寿命τ：在已发现的数百种基本粒子中，只有59种是稳定的，其它的都不稳定，即经过一段时间就会自动衰变为其它粒子。每种粒子在衰变前平均存在的时间称为平均寿命，简称寿命。寿命也受相对论影响，即不同速度下寿命不同。一般指的是粒子静止时寿命。粒子的寿命差异很大，质子的寿命为1030年，而最短的寿命只有10-24s。

3、 电荷q：任何粒子所带的电荷都是电子电荷的整数倍，即电子电荷为电荷的最小单位，其值为e=1.6021892×10-19C。

也常用Q表示电荷数，如电子的电荷数为-1，质子的电荷数为+1。中子的电荷数为0。

4、 自旋s：每种粒子都有确定的自旋角动量，其值可以用一个自然数（整数）或自然数加1/2（半整数）来表示，即自旋量子数，符号为J。自旋为整数的粒子，统称为玻色子；自旋为半整数的粒子，统称为费米子。

5、 重子数B：因为把参与强作用的粒子划为一类，所以用重子数加以区别。重子的重子数B=1，反重子B= -1，其它的粒子B=0。

6、 轻子数L：轻子只是不参与强作用，所以也划为一类，用轻子数加以区别。轻子的轻子数L=1，反轻子L= -1，其它的粒子L=0

7、 奇异数S：重子中有些粒子如∧和K0产生快（强作用）衰变慢（弱作用），则划为一类称奇异子，用奇异数加以区别，定义∧的奇异数S =+1，K0的奇异数S = -1，其它为S = 0。

8、 同位旋I：中子和质子非常相似，海森堡认为是一种粒子的两种不同状态。类似π+π0π-也非常相似，仅电荷态不同，被认为是一种粒子的三种状态。用同位旋来区别它们细微不同。核子的同位旋I=1/2，约定其第三分量I3=+1/2为质子态，I3= -1/2为中子态。介子同位旋取I=1，用I3=+1表示π+，用I3=0表示π0，用I3= -1表示π-。

I与Q、B、S不独立，实验证明存在关系：Q= I3+（B+S）/2——该式称盖尔曼和西岛公式；

又常常用Y表示B+S，即Y=B+S称超荷。则Q= I3+Y/2

二、 基本规律

基本粒子的运动转化除了遵守一些经典的物理规律外，还遵守一些微观世界中特殊的规律。现代物理认为守恒定律是由时空的对称性质引起的。

遵守的经典物理规律是：

1、 能量守恒定律：由时间平移对称引起。在低速情况下存在质量守恒定律。

2、 动量守恒定律：由空间平移对称引起。

3、 角动量守恒定律：由空间旋转对称引起。

4、 电荷守恒定律：由电磁规范对称引起。

微观世界的基本规律是：

1、 重子数守恒定律：在粒子转化过程中，重子数不变。

2、 轻数守恒定律：在粒子转化过程中，轻子数不变。

3、 奇异数守恒定律：在粒子强作用过程中，奇异数不变。注意：在弱作用中可以不守恒。

4、 同位旋守恒定律：在粒子强作用过程中，同位旋不变。注意：在弱作用和电磁作用中可以不守恒。

5、 宇称守恒定律：镜象对称称宇称，也叫空间反演对称，象人的手是左右对称的。所有力学现象及其规律、电磁现象及其规律都是镜象对称的。微观粒子是用波函数表示的，镜象变换（x＝－x）时波函数不变号即ψ(-x)＝Ψ(x)称偶宇称，用＋1表示；波函数变号即ψ(-x)＝－Ψ(x)称奇宇称，用－1表示。一般情况下粒子转变过程中，宇称是守恒的。但本世纪50年代来，美籍华人物理学家杨振宁和李政道曾提出弱相互作用中宇称不守恒理论并经实验证实。

人们经常感叹那样，时光不可倒流。日常生活中，时间之箭永远只有一个朝向。老人不能变年轻，打碎的花瓶无法复原，过去与未来的界限泾渭分明。但在物理学家眼中，时间却一直被视为是可逆转的。比如说一对光子碰撞产生一个电子和一个正电子，而正负电子相遇则同样产生一对光子，这个过程都符合基本物理学定律，在时间上是对称的。如果用摄像机拍下两个过程之一然后播放，观看者将不能判断录像带是在正向还是逆向播放。从这个意义上说，时间没有了方向。弱相互作用中宇称不守恒理论并经实验证实之后，美国人詹姆斯·克罗宁和瓦尔·菲奇又发现K介子衰变过程违背宇称和电荷联合对称法则，他们都因此而获诺贝尔物理学奖。

1998年年末，物理学家发现首例违背时间对称性事件。欧洲原子能研究中心的科研人员发现，正负K介子在转换过程中存在时间上的不对称性。这一发现虽然有助于完善宇宙大爆炸理论，但却动摇了“基本物理定律应在时间上对称”的观点。在实验中发现，反K介子转换为K介子的速率要比其时间逆转过程、即K介子转变为反K介子来得要快。这是物理学史上首次直接观测到时间不对称现象。欧洲核子中心新实验证明，反物质转化为物质的速度要快于其相反过程，因此它为宇宙中物质量为何远远超过反物质量提供了部分答案。

如同建筑和图案一样，只有对称而没有它的破坏，看上去虽然很规则，但同时显得单调和呆板。只有基本上对称而又不完全对称才构成美的建筑和图案。大自然正是这样的建筑师。当大自然构造像DNA这样的大分子时，总是遵循复制的原则，将分子按照对称的螺旋结构联接在一起，而构成螺旋形结构的空间排列是全同的。但是在复制过程中，对精确对称性的细微的偏离就会在大分子单位的排列次序上产生新的可能性，从而使得那些更便于复制的样式更快地发展，形成了发育的过程。因此，对称性的破坏是事物不断发展进化，变得丰富多彩的原因。