§19-9  粒子及其相互作用

    一、关于“基本”粒子

    20世纪初,人们已经认识的粒子是质子、电子和光子,它们是通过电磁相互作用联系起来的:质子与电子之间的电磁相互作用是通过光子的释放和吸取传递的。所以有人把质子、电子和光子认为是基本粒子,并认为总数约为1079的质子和电子构成了整个宇宙。

    到20世纪50年代,被列为基本粒子的已有光子、电子、正电子、质子、反质子、中子、反中子、m 子、p 介子、中微子和反中微子。在这些粒子中,光子、电子、正电子、质子、反质子、中微子和反中微子都是稳定粒子,它们在基本粒子中占了大部分;中子、反中子、m 子和 p 介子则属于不稳定粒子。

    对基本粒子性质的实验研究,主要是观测基本粒子在相互作用时的运动行为,碰撞的能量越高,能够辨认的空间范围越小。在20世纪50年代以前,由于实验上没有能够测出上述粒子的空间大小,所以认为,基本粒子是物质微观结构的最小单元,并且认为凡是和已发现的基本粒子可以相互作用和相互转化,并在当时实验水平上被认为同属于物质微观结构的最小层次的粒子,都被列为基本粒子。

    但是,自从20世纪60年代以来,陆续发现了大量的新的基本粒子,使基本粒子的数目成倍地增加。随着实验和理论的发展,测出了质子的电荷分布半径为0.8 fm,定出了 p 介子电磁半径与质子的同数量级,比质子的略小些,得出了不带电的中子内部电荷有一定分布,其电磁半径大体与质子的相当。这些结果说明,质子、p 介子和中子都不是点粒子,它们的空间分布有一定的大小,所以肯定存在内部结构。而电子等粒子却仍然观测不到它们所占据的空间大小,所以仍然可以被看为点粒子。

    可见,上面列出的那些基本粒子并不属于微观结构的同一层次。因此,自20世纪60年代起,国际上就把基本粒子中的“基本”两字去掉,统称为粒子。“基本粒子”这个名词已经成为历史的陈迹。

       
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