粒子物理—奇异数和重子数PPT

粒子物理是研究关于粒子及其相互作用的物理学分支。在粒子物理中，有两个重要的守恒量子数，它们是奇异数（strangeness）和重子数（baryon num...

粒子物理是研究关于粒子及其相互作用的物理学分支。在粒子物理中，有两个重要的守恒量子数，它们是奇异数（strangeness）和重子数（baryon number）。奇异数奇异数（Strangeness，符号为S）是描述粒子在弱相互作用中属性的量子数。在强子和原子核物理中，奇异数是一个重要的量子数。奇异数是由物理学家乔治·伽莫夫（George Gamow）和拉尔夫·阿尔法（Ralph Alpher）在20世纪30年代和40年代发展出来的，他们发现，在宇宙大爆炸理论中，轻元素的丰度与宇宙中的奇异粒子数量有关。奇异数的定义如下：对于夸克，如果一个夸克带有奇异数，那么它就是奇异夸克（strange quark），其奇异数为-1/3。如果一个夸克不带有奇异数，那么它就是非奇异夸克，如上夸克和下夸克，它们的奇异数为0。对于轻子，电子没有奇异数，而μ子和τ子有-1的奇异数。这意味着在弱相互作用中，当一个非奇异粒子吸收或释放一个W玻色子时，它必须转变成一个具有不同奇异数的粒子。值得注意的是，尽管单独的夸克没有明确的奇异数，但是由夸克组成的重子却有奇异数。具体来说，重子是由三个价夸克组成的，其中两个是上夸克（非奇异夸克），一个是下夸克（奇异夸克），因此重子的奇异数为-1。重子数重子数（Baryon number，符号为B）是描述粒子在强相互作用中属性的量子数。在原子核和强子物理中，重子数是一个重要的量子数。重子数是英国物理学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）在20世纪初提出的。在原子核中，质子和中子是两种主要的重子，它们都带有+1的重子数。而两种主要的反重子是反质子和反中子，它们都带有-1的重子数。重子数的定义如下：对于强子，重子数定义为组成强子的所有价夸克的电荷数的总和。对于由三个价夸克组成的重子（如质子和中子），其中两个是上夸克（电荷数为+2/3），一个是下夸克（电荷数为-1/3），因此总的重子数为+1。对于反重子，反上夸克和反下夸克的电荷数分别为-2/3和+1/3，因此总的重子数为-1。值得注意的是，尽管单独的夸克没有明确的重子数，但是由夸克组成的介子和胶子却有重子数。具体来说，介子和胶子的重子数分别为0和-1/3。此外，由四个价夸克组成的四夸克也可能具有重子数，但它们的性质和行为与传统的三夸克重子有很大的不同。奇异数和重子数的守恒在强相互作用和弱相互作用中，奇异数和重子数是守恒的。这意味着，任何物理过程都不能改变这些数值。例如，在弱相互作用中，一个轻子可以吸收或释放一个W玻色子并转变为不同的粒子，但是这种转变不会改变它的奇异数。同样地，在强相互作用中，一个重子可以与另一个重子或介子发生相互作用并转变为不同的粒子，但是这种转变不会改变它的重子数。这些守恒定律对于理解物质的性质和行为非常重要。