按 照 夸 克 理 论 ，一 切 强 子 （ 参 与 强 相 互 作 用 的 粒 子 ）都 是 由 夸 克 组 成 的 。 初期提出的夸克有三种，分别称为上夸克 u，下夸克 d 和奇夸克 s。它们的 自旋都是 1/2， 属于费米子。夸克的重要特征之一是带有分数电荷。以电 子电荷为单位，u 的电荷为 2/3，d 的电荷为-1，s 的电荷也是-1/3。此外，s 的奇异数为-1。对于重子，有重子数作为标志，上节所述的重子的重子数为 1，反重子的重子数为-1。夸克的重子数为 1/3。对于每一种夸克，都存在相 应的反夸克。反夸克的质量、自旋同于夸克，而电荷、奇异数和重子数的 数值相同，符号相反。
是由反粒子组成的。 4. 、 强子——介子和重子 本世纪 40 年代到 50 年代，从宇 宙射线中 又发现了一批粒子。比如发现了π介子和 K 介子，它们的自旋为 零；又 发现了与核子（质子和中子）属于同一类而质量更大的粒子，称为
超子，有 超子、 超子和 超子，它们都是不稳定粒子。核子和超子统称 为重子。介子和重子又统称为强子。因为它们之间的相互作用强大。
夸 克 之 间 存 在 着 强 相 互 作 用 ，靠 这 种 相 互 作 用 ，每 一 个 介 子 由 一 个 夸 克 和一和反夸克组成；每一个重子由三个夸克组成，每一个反重子由三个反
夸克组成。比如， 介子是由 u 夸克和反下夸克 d 组成的、质子是由 u、u 和 d 三个夸克组成的； 0 超子是由 u、d 和 s 三个夸克组成的，余此类推。 图 4-1-1 为 P、 0和 三个强子的结构示意图。
现了 子和 中微子；70 年代，又发现了 子和 中微子. 子的质量比核子 质量还大，它不能由轻重来区它们了。虽然 子的质量大，但从其性质上看，
仍属于轻子一类。这样，轻子也分 6 种，类似于夸克的味。时至今日，子。
为-s。π介子和核子的奇异数为 0。在强相互作用中，奇异数守恒。
6. 、
基本粒子分类
按照基本粒子之间的相互作用可分为三
类：
①强子：凡是参与强相互作用的粒子，分为重子和介子两类。
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②轻子：都不参与强相互作用，质量一般较小。 ③光子：静质量为零，是传递电磁相互作用的粒子。 4．1．7、 夸克模型 原子不再是基本粒子，原子核一不是基本粒 子 ，介子和重子是否也由更为基本的粒子组成的呢？ 1964 年，美国物理学 家盖尔曼和以色列物理学家兹韦格分别提出了夸克模型。
粒子。除中子和 子是不稳定粒子外，其余都是稳定的。基本粒子的主要
特 征除质量的电荷外，还有自旋，这是一个量子力学概念，表征粒子的内
部
属性，相当于经典物概念是微粒的自转。它遵从量子力学的规律，以 h 2 为
单位，只能取整数 0、1、2……，或半整数 1/2、3/2……。上述 6 种粒子， 除光子自旋为 1 外，其余都是自旋为 1/2 的粒子。自旋为整数的粒子又称为 玻色子；自旋为半整数的粒子又称为费米子。
中微子的发现，中子不是稳定粒子，它衰变为质子和电子：01n11P 01e , 实验发现此衰变中动量不守恒。经不断实验发现，中子衰变的正确反应应
为
1 0
n11P
e10
v
。v 为中微子的符号, v为 v 反粒子的符号。
2.
、 粒子的自旋 到本世纪 30 年代末，加上在宇宙射线中
发现的 子，人们认为，电子、质子、中子、中微子、 子和光子都是基本
3. 、
粒子和反粒子
经实验发现，每一种粒子都存在相应的
反粒子。反粒子和粒子的质量、自旋都相同，电量相同而符号相反。对不
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带电的粒子，粒子和反粒子有其它的区分标志，这里不具体描述。在粒子 的符号上加一横，代表反粒子，如 v 是反中微子。也有的粒子的反粒子就是 自身，而无区别，如光子。1932 年安得森发现了正电子，使反粒子的存在 第一次得到了证实。其他反粒子也先后被发现。如反质子和反中子分别是 1955 年和 1956 年在加速器中发现的。粒子和反粒子是互为反粒子的，只是 当初称呼电子、质子等为粒子而已。我们这个世界是由粒子组成的，而不
d
u
u
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s
u
d
u
d
图 4-1-1
目前已被科学家证实的夸克有：上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底 夸克和顶夸克等 6 种。为了符合泡利不相容原理，物理学家还发现了夸克 的一种更为深刻的性质：每种夸克都具有（颜）色，可以用红、黄、兰（或 红、绿、兰）三种加以区分，这只不过是借光的颜色名字，夸克的色与光 波的色完全是两回事。就像粒子带电称为电荷一样，夸克带色，也可以称 为色荷。正是色荷间的相互促进作用，才使强子中的夸克互相吸引而束缚 在一起。三种不同色的夸克组成不带色的重子，好像三原色组成白色一样。 同样，夸克和反色夸克的色互补，它们组成的介子也不带色。这就是为什 么强子不带色的原因。在当今看来，强子基础是夸克，夸克是基本粒子。 此外，基本粒子族还存在轻子一类。最早发现了电子和电中微子；后来发
5. 、
粒子的奇异性
仔细地分析新发现的各种粒子的衰变
反应，以及它们参与的其它反应，发现 K 介子和超子具有产生快，衰变慢 和同时产生两个或多个粒子的新特性，与π介子和核子所有的性质不同，
当时认为有些奇异，引入了一个称为奇异数的量子数来标志这种奇异性。
K 介子和 K 0 介子的奇异数为 1; 0,1, 0 , 超子的奇异数为-1; , 0 超子 的奇异数为-2。具有奇异数的粒子，如其奇异数为 s，则其反粒子的奇异数
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第四讲 基本粒子 §4、1、基本粒子
4．1．1、 什么是基本粒子
在古代就有一些哲学家认为物质是由原子组成的，原子是组成物质的 最小颗粒，不可再分。有基本的涵义，可称为基本粒子。自 19 世纪初，英 国科学家道尔顿以化学反应为依据，提出物质是由原子组成的学说以来， 人们相继发现了电子、质子、中子、正电子、中微子、介子等大量的基本 粒子，基本粒子数目的大量增加，使人们认识到它们也不可能是最基本的 组分，所以有“基本料子不基本”的说法。