『壹』 物理學中的''質子''是什麼
為回應您的請求,我就簡單的說一下 物理學中的「質子」就是氫原子。質量數是1,電荷數是1的粒子
『貳』 質子中子是什麼意思
質子和中子是在原子的原子核內含有的2種粒子,這兩種粒子又各自含有更小的粒子,叫做誇克,換句話說,質子和中子是由誇克組成的,而原子的組成離不開質子和中子,質子帶點,但它帶的電和電子帶的電是不同的,質子帶的是正電荷,而電子則帶的是負電荷,另外,中子是不帶電的。例如氧原子的原子核有8個質子,8個中子,整個原子核被強大的力量維系在一起。
『叄』 物理學中的粒子、電子、中子、質子是什麼東西,它們有什麼區別和聯系啊
原子由原子核、核外電子組成,原子核里有中子、質子,質子帶一個正電荷,中子不帶電荷.核外電子就是電子,帶一個正電荷.
他們統稱為粒子.
『肆』 物理當中的「a」、「B」粒子,質子是什麼
你好! α粒子帶正電荷, 由兩個帶正電荷的質子和兩個中性的中子組成, 相當於一個氦原子核。 β粒子帶負電荷,是高速的電子。 質子帶正電荷, 對於氫的同位素 氕(質量數為1) 來說, 氫離子 可以看作 質子。
『伍』 什麼是質子與反質子
1、質子
質子是1919年盧瑟福任卡文迪許實驗室主任時,用α粒子轟擊氮原子核後射出的粒子,命名為proton,這個單詞是由希臘文中的「第一」演化而來的。歐內斯特·盧瑟福被公認為質子的發現人。1918年他注意到在使用α粒子轟擊氮氣時他的閃爍探測器紀錄到氫核的跡象。盧瑟福認識到這些氫核唯一可能的來源是氮原子,因此氮原子必須含有氫核。他因此建議原子序數為1的氫原子核是一個基本粒子。在此之前尤金·戈爾德斯坦(Eugene Goldstein)就已經注意到陽極射線是由正離子組成的,但他沒有能夠分析這些離子的成分。
原子核中所含質子數等於該元素的原子序數。氫原子最常見的同位素的原子核由一個質子構成。其它原子的原子核則由質子和中子在強相互作用下構成。在水中被溶解的氫離子實際上就是質子。質子在化學和生物化學中起非常大的作用。可以在水溶液中提供質子的物質一般被稱為酸,可以在水溶液中吸收質子的物質一般被稱為鹼。
質子靜止質量938MeV,是電子的1836倍。帶有+1元電荷(約1.60×10^-19 C),量值與電子電荷絕對值相同。質子是穩定粒子,平均壽命大於1032年。高能電子、μ子或中微子轟擊質子的散射實驗表明質子的電荷和磁矩有一定的空間分布,因此質子不是點粒子,而具有一定的結構。目前認為質子是由所謂誇克的基本粒子構成,由兩個+2/3電荷的上誇克和一個-1/3電荷的下誇克通過膠子在強相互作用下構成。
質子與質子間,除了有電磁相互作用之外,還有強得多的強相互作用。這種強相互作用與質子中子間以及中子中子間的強相互作用完全相同,是構成結合為原子核的核力。核力與電荷的無關性說明質子與中子可以看成是同一種粒子的兩種不同電荷狀態,這一性質導致用同位旋概念來描述:質子和中子是同位旋I相同、同位旋第三分量I3不同的兩種狀態,原子核的同位旋可由質子和中子的同位旋「合成」得到。
質子是核物理和粒子物理實驗研究中用以產生反應的很重要的轟擊粒子,在核物理中質子常被用來在粒子加速器中加速到近光速後用來與其它粒子碰撞,這樣的試驗為研究原子核結構提供了極其重要的數據。慢速的質子也可能被原子核吸收用來製造人造同位素或人造元素。核磁共振技術使用質子的自旋來測試分子的結構。質子也是宇宙射線中的主要成分。
質子的反粒子是反質子,反質子是1955年埃米利奧·塞格雷和歐文·張伯倫發現的,兩人為此獲得了1959年的諾貝爾物理學獎。
2、反質子
反質子的發現
正電子的發現證實了狄拉克反粒子理論,一些理論物理學家開始認真對待這一理論。1934年泡利與克拉夫證明,即使不能形成穩定的負能粒子海,也會有相應的反粒子存在。於是人們就開始尋找其他粒子的反粒子。
早在1928年,狄拉克便預言了反質子的存在,但證實它的存在卻花了20多年的時間。根據狄拉克的理論,反質子的質量與質子相同,所帶電荷相反,質子與反質子成對出現或湮沒,用兩個普通的質子碰撞便可獲得反質子,但反質子的產生閾能為6.8GeV。1954年,在加利福尼亞大學的勞倫斯輻射實驗室,建成了64億電子伏的質子同步穩相加速器,這為尋找反粒子提供了條件。1955年,張伯倫和塞格雷用上述加速器證實了前一年人們所觀測的反質子的存在。由於反質子出現的機會極少,大約每1000億高能質子的碰撞,才能產生數量很少的反質子,因而證實反質子的存在極為困難。1955年他們這個實驗小組測到60個反質子。由於偶然符合本底不大,記數系統雖不算好,但較為可信。
不久他們又發現反中子。盡管高能粒子打靶時也能產生反中子,但是由於反中子不帶電,更難從其他粒子中鑒別出來。他們是利用反質子與原子核碰撞,反質子把自己的負電荷交給質子,或由質子處取得正電荷,這樣,質子變成了中子,而反質子則變成了反中子。
魯比亞,C.在正反質子對撞機上進行幾百吉電子伏的對撞實驗,發現了現代弱電統一理論所預言的傳力子,因而獲得1984年度諾貝爾獎金物理學獎。
1979年10月30日,美國科學家最近利用高空氣球,測出了星際空間的反物質流。這是在地球上的實驗室以外第一次發現反物質。
美國新墨西哥州立大學的科學研究人員最近把60層樓高的充氦大氣球放到35公里的高空。氣球上裝載了5000
磅重的高靈敏度科學探測器材,其中包括一個300磅重的低溫超導磁體。氣球在高空中飛行了8個小時,它的探測器的磁場測獲了28個反質子。
科學家們認為,這一發現對宇宙起源的研究將發生重要影響
『陸』 啥叫質子,啥叫中子,
質子和中子是原子核的基本組成,質子帶一單位正電,以質子的數目來來劃分元素的類別,中子不帶電,以中子的數目來劃分同位素。比如說,氕,氘,氚,就是氫元素是質子相同而中子數不同的三種同位素。
質子proton(ja:陽子 ko: ms:Proton th:)
一種常見的亞原子粒子,不是基本粒子而是合成粒子,屬於費米子,是最早發現的一種重子,是原子核內部的核子之一。
質子與質子間,除了有電磁相互作用之外,還有強得多的強相互作用。這種強相互作用與質子中子間以及中子中子間的強相互作用完全相同,是構成結合為原子核的核力。核力與電荷的無關性說明質子與中子可以看成是同一種粒子的兩種不同電荷狀態,這一性質導致用同位旋概念來描述:質子和中子是同位旋I相同、同位旋第三分量I3不同的兩種狀態,原子核的同位旋可由質子和中子的同位旋「合成」得到。
質子是核物理和粒子物理實驗研究中用以產生反應的很重要的轟擊粒子,在核物理中質子常被用來在粒子加速器中加速到近光速後用來與其它粒子碰撞,這樣的試驗為研究原子核結構提供了極其重要的數據。慢速的質子也可能被原子核吸收用來製造人造同位素或人造元素。核磁共振技術使用質子的自旋來測試分子的結構。質子也是宇宙射線中的主要成分。
『柒』 中子,質子,電子,原子之間有什麼關系
中子+質子=原子核
原子核+電子=原子
中子 = 質子+電子+中微子
質子 是合成粒子,屬於費米子,有誇克組成
電子 屬於基本粒子,目前無法細分更小,屬於輕子類
(7)物理中的質子是什麼意思擴展閱讀
原子(atom)指化學反應不可再分的基本微粒,原子在化學反應中不可分割。但在物理狀態中可以分割。原子由原子核和繞核運動的電子組成。原子構成一般物質的最小單位,稱為元素。已知的元素有119種。 因此具有核式結構。
質子(proton)是一種帶 1.6 × 10-19庫侖(C)正電荷的亞原子粒子,直徑約 1.6~1.7×10−15m ,質量是938百萬電子伏特/c²(MeV/c²),即1.672621637(83)×10-27千克,大約是電子質量的1836.5倍(電子的質量為9.10938215(45)×10-31千克),質子比中子稍輕(中子的質量為1.674927211(84)×10-27千克)。質子屬於重子類,由兩個上誇克和一個下誇克通過膠子在強相互作用下構成。原子核中質子數目決定其化學性質和它屬於何種化學元素。
『捌』 什麼是質子,什麼是中子
質子、中子里有些什麼
一、 質子、中子不是點狀粒子
對於物質結構的探索是科學的重要任務,自從有人類出現, 這種探索從來沒有停止過。在19 世紀,人們逐漸弄清楚物質是 由分子原子構成的。1932年查德威克發現了中子,人們認識到原 子核應由質子和中子構成。人們對物質結構的研究就如剝筍一樣 層層盤剝下去,每一個層次的發現,都是對物質結構認識的深化。 在原子核層次下面,質子和中子是否還有其內部結構呢?
質子和中子不是點粒子,它們都具有內部結構。在30年代, 理論物理學家認為作為核子的質子和中子是基本粒子,應該象點 粒子,根據狄拉克的相對論性波動方程,質子的磁矩是一個單位 核磁子,中子由於不帶電,因而磁矩是零。但出乎意料的是,實 驗家斯特恩測得的質子磁矩卻為5.6個單位核磁子,中子磁矩也不 是零,而是-3.82個單位核磁子,與點粒子理論相悖。這些都清楚地 說明質子、中子並不是我們想像的那樣簡單,它們可能是具有內 部結構的。60年代,霍夫斯塔特等人用高能電子轟擊核子,證明 核子電荷呈彌散分布,核子的確具有內部結構[1]。既然核子並 不是點粒子,那麼其內部的物質是怎樣分布的呢?也許有三種情 形:或者核子內有一個硬核,核子象一枚桃子;或有許多顆粒, 象石榴一樣有許多子;或沒有顆粒,疏鬆如棉絮狀。具體屬哪一 種情形,要靠深度非彈性散射實驗來作進一步決定。
深度非彈性散射實驗指用極高能電子去撞擊質子或中子,使 後者激發到一個個分立的能級即共振態,甚至達到使π介子離化 出來的連續激發態。非彈性散射實驗會改變質子、中子的靜止質 量。實驗表明,質子、中子內部有一個個點狀的准自由的粒子, 它們攜帶有一定動量和角動量。那麼質子、中子內的這些點狀粒 子是什麼呢?具有些什麼性質?
二、 誇克模型
1964年,美國科學家蓋爾曼(見右上圖)提出了關於強子結 構的誇克模型。強子是粒子分類系統的一個概念,質子、中子都 屬於強子這一類。「誇克」一詞原指一種德國乳酪或海鷗的叫聲。 蓋爾曼當初提出這個模型時,並不企求能被物理學家承認,因而 它就用了這個幽默的詞 。誇克也是一種費米子,即有自旋1/2 。 因為質子中子的自旋為1/2,那麼三個誇克,如果兩個自旋向上, 一個自旋向下,就可以組成自旋為1/2的質子、中子。兩個正反 誇克可宰槌勺孕����牧W櫻��淺莆�樽櫻�紱薪樽印? J/ψ子,後者由丁肇中等人於1974年發現,它實際上是由粲誇克 和反粲誇克組成的誇克對。凡是由三個誇克組成的粒子稱為重子, 重子和介子統稱強子,因為它們都參與強相互作用,故有此名。 原子核中質子間的電斥力十分強,可是原子核照樣能夠穩定存在, 就是由於強相互作用力(核力)將核子們束縛住的。由誇克模型, 誇克是帶分數電荷的,每個誇克帶+2/3e或-1/3e電荷(e為質子 電荷單位)。現代粒子物理學認為,誇克共有6種(味道),分 別稱為上誇克、下誇克、奇誇克、粲誇克、頂誇克、底誇克,它 們組成了所有的強子,如一個質子由兩個上誇克和一個下誇克組 成,一個中子由兩個下誇克和一個上誇克組成,則上誇克帶 +2/3e電荷,下誇克帶-1/3e電荷。上、下誇克的質量略微不同。 中子的質量比質子的質量略大一點點,過去認為可能是由於中子、 質子的帶電量不同造成的,現在看來,這應歸於下誇克質量比上 誇克質量略大一點點。
質子和中子的組成:一個質子由兩個上誇克和一個下誇克 組成,一個中子由兩個下誇克和一個上誇克組成
雖然誇克模型當時取得了許多成功,但也遇到了一些麻煩, 如重子的誇克結構理論認為,象Ω-和Δ++這樣的重子可以由三個 相同誇克組成,且都處於基態,自旋方向相同,這種在同一能級 上存在有三個全同粒子的現象是違反泡利不相容原理的。泡利不 相容原理說的是兩個費米子是不能處於相同的狀態中的。誇克的 自旋為半整數,是費米子,當然是不能違反泡利原理的。但物理 學家自有辦法,你不是說三個誇克全同嗎?那我給它們來個編號 或著上「顏色」(紅、黃、藍),那三個誇克不就不全同了,從 而不再違反泡利原理了。的確,在1964年,格林伯格引入了誇克 的這一種自由度——「顏色」的概念。當然這里的「顏色」並不 是視覺感受到的顏色,它是一種新引入的自由度的代名詞,與電 子帶電荷相類似,誇克帶顏色荷。這樣一來,每味誇克就有三種 顏色,誇克的種類一下子由原來的6種擴展到18種,再加上它們 的反粒子,那麼自然界一共有36種誇克,它們和輕子(如電子、 μ子、τ子及其相應的中微子)、規范粒子(如光子、三個傳遞控 制誇克輕子衰變的弱相互作用的中間玻色子、八個傳遞強(色) 相互作用的膠子)一起組成了大千世界。誇克具有顏色自由度的 理論得到了不少實驗的支持,在70年代發展成為強相互作用的重 要理論——量子色動力學。
三、量子色動力學及其特點
「量子色動力學」這一名稱聽起來有點可怕,念起來有點拗 口,應該這樣念:量子/色/動力學。這個理論認為,誇克是帶有 色荷的,膠子場是誇克間發生相互作用的媒介。這不禁讓我們想 起電子是帶有電荷的,傳遞電子間相互作用的媒介是電磁場(光 子場)。的確,關於電荷的動力學我們早已有了,它叫「量子電 動力學」,發展於三四十年代。一般讀者對電磁相互作用都有點 熟悉,因此就以它為例來理解質子中子內的色相互作用。電磁場 的麥克斯韋方程的量子化就是量子電動力學,具體地說,量子電 動力學就是研究電子和光子的量子碰撞(即散射)的,自然,量 子色動力學是研究誇克和膠子的量子碰撞的。
膠子是色場的量子,就象光子是電磁場的量子一樣。膠子 和光子都是質量為0、孕�?、傳遞相互作用的媒介粒子,都屬 於規范粒子。兩個電子發生相互作用是靠傳遞一個虛光子而發生 的(虛光子只在相互作用中間過程產生,其能量和動量不成正比, 不能獨立存在,在產生後瞬時就湮滅。由相對論知道,自由運動 的電子不能發射實光子,但可以發射虛光子。給予我們光明和熱 能的是實光子,它的能量和動量成正比,脫離源後,能獨立存 在),自然,兩個誇克發生相互作用是靠傳遞一個虛膠子而發生 的。虛膠子攜帶著一個誇克的部分能量和動量,交給另一個誇克, 於是兩個誇克就以膠子為紐帶發生了相互作用。看到這里,我們 會說,不是重復了一下嗎?量子色動力學可以由量子電動力學依 葫蘆畫瓢建立起來,真是太容易了!不過實際上沒有這么簡單。 按群論的語言講,電磁場是U(1)規范場,是一種阿貝爾規范場, 群元可以交換,而膠子場是SU(3)規范場,是一種非阿貝爾規范 場,群元不可以交換。一般來說,「非」總比「不非」要麻煩得 多。電荷只有一種,而色荷卻有三種(紅、黃、藍);U(1)群的 生成元只有一個,就是1,所以光子只有一種,而SU(3)群有八個 生成元,一個生成元對應一種膠子,所以膠子共有八種;光子不 帶電荷,而膠子場由於是非阿貝爾規范場,場方程具有非線性項, 體現了膠子的自相互作用,因而膠子也帶色荷,誇克發射帶色的 膠子,自身改變顏色。所以膠子場比電磁場復雜,因而出現了許 多不同尋常的現象和性質,其中最重要的恐怕要數「漸近自由」 [2-3]和「誇克幽禁」[4-6]了。
「漸近自由」說的是兩個誇克之間距離很小時,耦合常數也 會變得很小,以致誇克可以看成是近自由的。耦合常數變小是由 於真空的反色屏蔽效應引起的。真空中的誇克會使真空極化(即 它使真空帶上顏色),誇克與周圍真空的相互作用導致由真空極 化產生的虛膠子和正反虛誇克的極化分布,最終效果使誇克色荷 變大,這稱為色的反屏蔽效應(對於電荷,剛好相反,由於真空 極化導致電荷吸引反號電荷的虛粒子,所以總電荷減少,這稱為 電的屏蔽效應。與它作比較,色的反屏蔽效應這一術語由此而 來)。由於這一效應,在離誇克較小距離上看來,大距離的誇克 比它帶的色荷多,所以小距離上強作用相對而言變弱了,這就是 所謂「漸近自由」。漸近自由是量子色動力學的一項重要成果, 它使得高能色動力學可以用微擾理論計算。但是在低能情形或者 說大距離情形,由於耦合常數變強及存在幽禁力,計算變得困難。
量子色動力學可以預言小距離的「漸近自由」,但是對大距 離的「誇克幽禁」,量子色動力學就無法預言了,這是量子色動 力學的困難。
「誇克幽禁」說的是誇克無法從質子中逃逸出去。紅黃藍三 色誇克組成無色態,強子都是無色的。一旦誇克可以從質子或強 子中跑出來,自然界就會存在帶色的粒子;帶色的粒子引起真空 的進一步極化,色荷之間的幽禁勢是很大的,整個真空都帶上了 顏色,能量很高,導致真空爆炸。實際這些都沒有發生,暗示自 然界不存在游離的誇克,那麼我們會問:誇克倒底是一個數學技 巧還是一個物理實在?研究這一問題,是對誇克模型的考驗。不 過,現在因為已有了誇克存在的間接證據,物理學家相信誇克是 應該的確存在的。誇克為什麼要被幽禁起來,物理學家已提出了 幾個理論。有人提出口袋模型,如認為質子是一隻受真空擠壓的 口袋,可將誇克束縛住而逃不出來[7-9];有人提出了弦理論, 認為誇克綁在弦的兩端,而這條弦卻難以斷裂,即使一旦斷裂, 斷裂處生成一對正反誇克,原來的強子碎裂為兩個新的強子,從 而自由的誇克從來不可能出現[10];也有人說,既然膠子帶色荷, 膠子之間也會有色磁吸引力,從而色力線被拉緊呈平行狀,就如 一個帶電電容器兩板因為有平行的電力線因而彼此有吸引一樣, 誇克之間也有類似這種吸引力;格點規范理論的面積定律證明誇 克之間有線性禁閉勢存在[11];90年代中期塞伯和威滕用他們發 展的四維空間量子場論證明磁單極凝聚也會導致誇克幽禁[11]。 關於誇克幽禁的理論有許多,正好說明了我們對強力的了解還不 夠充分。
四、 核子結構圖象與核子衰變
對介子譜的研究表明,誇克之間除了由於單膠子交換引起的 色庫侖力外,還有色禁閉力,其勢是隨距離線性增長的,正如上 面所說,雖然不清楚線性禁閉勢的來源,但可以認為正是這個勢 導致了誇克幽禁。但是這一觀點也許要受到挑戰。因為用相對論 性波動方程解介子能譜,發現在無窮遠處波函數並不收斂至零, 而是一個散射解。這意味著我們應探測到游離的誇克,但實際並 不如此。那這些散射解是怎麼產生的呢?原來禁閉勢在無窮遠處 十分巨大,以致擾動真空導致正反誇克產生。實際沒有測到這些 產生的誇克,一個原因可能是大距離時誇克的質量也會變得十分 巨大,遠遠超過了線性勢,抑制了真空擾動產生正反誇克的能力。 誇克質量會隨距離增大而增大,可能可以用真空色電極化(導致 真空帶上顏色)來解釋。真空色電極化使得色荷象滾雪球一樣越 來越大,誇克能量和質量也相應越來越大,浸在真空中的單一誇 克質量巨大,真空沒有足夠的能量產生這些誇克,也許這最終導 致了誇克幽禁。
對於強子結構,現在對不同的能態用不同的理論模型來描述。 基態質子和中子,可以用量子力學的薛定諤方程求解,強子質量 主要由誇克承擔;對於處於激發態的共振粒子,弦模型比較成功, 該模型認為重子和介子的質量和自旋主要由弦(色力線管)提供 [10];對於更高能的強子激發態,由於真空色電極化十分強大, 因而強子質量主要就是色電極化質量,誇克的質量和弦的質量十 分微小。現在對處於不同能態的質子、中子結構還無法用一個統 一的理論來描述。
上面討論的是質子中子及其共振態的靜態性質,下面談一下 它們的衰變問題。原子核內的質子中子是穩定的,但自由的中子 是不穩定的,壽命約為11分鍾。中子的質量比質子略大一些,因 而可以有足夠的能量衰變為質子,並放出一個電子和一個電子型 反中微子。在誇克水平上解釋這一過程,實際上就是:中子內的 一個下誇克(帶-1/3e電荷)放出一個傳遞弱相互作用的中間玻色 子W- ,自身變成上誇克(帶+2/3e電荷),W-又衰變為一個電子 和一個電子型反中微子。由於質子中子的重子數都為+1,輕子數 為0,電子和電子型中微子的重子數為0,輕子數分別為+1和-1, 所以這一過程重子數、輕子數都守恆。現在的粒子物理標准模型 (量子電動力學、弱電統一理論[12]、量子色動力學)認為重子 數是守恆的,質子已是最輕的重子,所以它不能再衰變為其他重 子,它是永恆的。由於人們面遇的物質世界主要就是由重子組成 的,所以很容易相信質子是永恆的。但是有一種理論卻預言這種 觀念是不對的,質子會衰變成正電子和中性π介子,重子數和輕 子數並不絕對守恆。這種理論是大統一理論[13-17],它企圖把 強、弱、電相互作用統一起來,用一個耦合常數來描寫。大統一 理論包含著標准模型,但比標准模型來得更大,因而有更多的傳 遞相互作用的規范玻色子。雖然這些規范玻色子是一種超弱場的 量子,但質子中的下誇克卻會釋放這種規范玻色子,自身變成正 電子,而質子內的一個上誇克吸收這個規范玻色子,變成上誇克 的反粒子(反上誇克),這個反上誇克與質子內的另一個上誇克 結合成中性π介子。由於引起這種誇克—輕子轉化的場十分弱, 所以質子雖然要衰變,但衰變壽命是很長的,大約為一千萬億億 億年,而我們的宇宙壽命也只有幾百億年,所以質子平均壽命比 宇宙壽命長十萬億億倍。在你一生當中,你體內的質子只能衰變 零點幾個,不必擔心質子衰變會給我們的生活帶來什麼不便。質 子衰變還只是一個理論預言,實驗的證明還沒有完全結束[16]。
前面提到,質子中的點粒子是誇克,實際上它們還包括膠子 和不斷產生、湮滅的海誇克。過去認為質子自旋為1/2,是由三個 誇克提供的,而如今的研究卻不能支持這一觀點,質子中的三個 誇克的總角動量只佔質子自旋的15%,而大部分自旋也許由膠子 和海誇克承擔。這被稱為「質子自旋危機」,是個熱門課題。
五、 簡短總結
雖然膠子的存在證據也有了,頂誇克存在的證據也在1995年 找到了,但是對於強子結構的研究和自由誇克的探索還需走更長 遠的路。誇克幽禁的根本原因倒底是線性禁閉勢的存在還是色電 極化所致,誇克幽禁是暫時的還是永久的,值得繼續研究。如果 誇克是永久性禁閉的,強子永遠是無色的,正應了一句話:「色 即空,空即色。」孰是孰非,有待高能物理及其理論的繼續發展。