一、夸克的提出
1、1928年，狄拉克将相对论引入量子力学，他建立的狄拉克方程预言：存在与电子具有严格相同的质量，但是电荷符号相反的正电子。
2、1932年，安德森在宇宙线实验中观察到：高能光子穿过重原子核附近
时可以转化为一个电子和一个质量与电子相同但带有单位正电荷的粒子
（左图），从而发现了正电子。狄拉克对正电子的预言得到了实验的证实。
反粒子的存在是电子所特有的性质，还是所有的粒子都具有的普遍的性质呢？如果所有的粒子都有相应的反粒子，首先检验的应该是是否存在质子的反粒子、中子的反粒子。
1947年在宇宙射线的研究中，首先观察到了奇异粒子，
3、24年后的1956年，美国科学家张伯伦（Owen Chamberlain，1920-2006）
（右图）等在加速器的实验中发现了反质子，即质量和质子相同，自旋量子
数也是1/2，带一个单位负电荷的粒子，接着又发现了反中子。
4、20世纪30年代中期发明了粒子加速器，科学家们能够把中子打碎成质
子，把质子打碎成为更重的核子，观察碰撞到底能产生什么。20世纪50年代，唐纳德·格拉泽（Donald Glaser）发明了“气泡室”，将亚原子粒子加速到接近光速，然后抛出这个充满氢气的低压气泡室。这些粒子碰撞到质子（氢原子核）后，质子分裂为一群陌生的新粒子。这些粒子从碰撞点扩散时，都会留下一个极其微小的气泡，暴露了它们的踪迹。科学家无法看到粒子本身，却可以看到这些气泡的踪迹。
气泡室图像上这些细小的轨迹（每条轨迹表明一个此前未知的粒子的短暂存在）多种多样，数量众多，让科学家既惊奇又困惑。他们甚至无法猜测这些亚原子粒子究竟是什么。
5、1961年，盖尔曼在奇异数守恒定律①的基础上将对称性运用于基本粒子的分类，即SU
（3）对称性。假定所有的强子都是由质子(p)、中子(n)和Λ 超子以及它们
的反粒子组成的。正像忽略去质子和中子的差别以后核力和核子体系具有
同位旋对称性【即SU(2)对称性】一样，如果人们忽略Λ 粒子与核子之间
的差异，而把它们看作同一粒子所处的三种不同状态，它们之间应具有SU(3)对称性，由它们所构成的强子体系也应具有SU(3)对称性。他和以色列物理学家内曼（Yuval Neemann，1925-2006）各自独立地提出了强作用对称性的理论——八重法②（eightfold way），按照这一方法，把有相近性质的强作用基本粒子分成一个个的族，并认
为每个族成员应有8个。八重法很好地说明了强子的自旋、宇称、电荷、奇异数以及质量等性质的规律性（左图）③（如何说明？），可以把已知的全部基本粒子归类，并且还给未发现的粒子预留了位置，未发现粒子的特性可以从对称的粒子特性推出。
6、1964年，盖尔曼和兹韦格（George Zweig，1937-）（右图）在强子分类八重法的基础上分别提出了更复杂的夸克模型（相当于基本粒子的“周期表”），他认为中
子、质子这一类强子是由更基本的单元——夸克（quark）组成的（一些中
国物理学家称其为“层子”）。
7、夸克的“种类”
1、重子和轻子、强相互作用和弱相互作用
重子这一名词是指由三个夸克（或者三个反夸克组成反重子）组成的复合粒子重子属于复合粒子，所以不是基本粒子。最常见的重子有组成日常物质原子核的质子和中子，合称为核子。
重子是强相互作用的费米子，也就是说它们遵守费米-狄拉克统计和泡利不相容原理，通过组成它们的夸克它们参加强相互作用。同时它们也参加弱相互作用和引力。带电荷的重子也参加电磁力作用。
重子：是构成原子核的基本微粒，重子有N个团子在万有引力下盘旋构成，有五种稳态结构，分别有7、8、9、11、12个团子盘旋而成，称之为重子7，重子8，重子9，重子11，重子12。轻子（lepton）就是不参与强相互作用的费米子
至今实验上还没有发现轻子有任何结构，所以通常被认为自然界最基本的粒子之一
已经发现的轻子包括电子、μ子（渺子）、τ子（陶子，重轻子）三种带一个单位负电荷的粒子，分别以e-、μ-、τ-表示，以及它们分别对应的电子中微子、μ子中微子、τ子中微子三重不带电的中微子，分别以ve、νμ、ντ表示。加上以上六种粒子各自的反粒子[1]，共计12种轻子。
轻子不一定都很轻，τ子的质量比很多重子都大
重子：……
轻子：……
（帮忙查一下各有那些？）
重子是又夸克和胶子构成的。
2、夸克的味：就是夸克的“种类”；
3、夸克的色：
由于泡利不相容原理，夸克的色分为红、绿、蓝三色，
1964年，美国科学家格林伯格（Oscar Wallace Greenberg）（左图左）引入了夸克的一种自由度——“颜色”（color）的概念。这里的“颜色”并不是视觉感受
到的颜色，而是一种新引入的量子数的代名词，与电子带电荷相
类似，夸克带颜色荷。这样，每味夸克就有三种颜色分别是红、
绿和蓝（左图右）。
4、重子的味SU(3)十重态
人类先发现usd
我们知道usd三种味的组合有10种形式uuu,uus,uud,sss,ssu,ssd,ddd,ddu,dds,usd.
这就是usd的10重态。
其中ddu为中子，duu为质子
重子的味SU(3)十重态Y-I3二维图
Y=B+S
四、把夸克的色味正反算上夸克的种类由原来的6种扩展到18种，再加上与它们对应的18种反夸克（右图），自然界一共有36种夸克。
而中子与质子可视为核子的两个不同状态，因此，中子与质子之间的转变相当于一个量子态到另一个量子态的跃迁，在跃迁过程中放出电子和中微子，它们事先并不存在于核内。正好像光子是原子不同状态之间跃迁的产物，事先并不存在于原子内。导致产生光子的是电磁相互作用，而导致产生电子和中微子的是一种新的相互作用，弱相互作用。
强相互作用：
原子核紧密地保持在一起的力；强相互作用是组成强子的夸克之间通过一些称为胶子的规范粒子场传递的作用。
强相互作用与色荷
夸克有一种叫“色荷”的性质。色荷共分三种，可任意标示为“蓝”、“绿”及“红”每一种色荷都有其对应的反色荷——“反蓝”、“反绿”及“反红”。每一个夸克都带一种色，而每一个反夸克则带一种反色。
掌管夸克间吸引及排斥的系统，是由三种色的各种不同组合所负责，叫强相互作用，它是由一种叫胶子的规范玻色子所传递的；下文中有关于胶子更详细的讨论。描述强相互作用的理论叫量子色动力学（QCD）。一个带某色荷的夸克，可以和一个带对应反色荷的反夸克，一起生成一束缚系统；三个（反）色荷各异的（反）夸克，也就是三种色每种一个，同样也可以束缚在一起。两个互相吸引的夸克会达至色中性：一夸克带色荷ξ，加上一个带色荷?ξ的反夸克，结合后色荷为零（或“白”色），成为一个介子。跟基本光学的颜色叠加一样，把三个色荷互不相同的夸克或三个这样的反夸克组合在一起，就会同样地得到“白”的色荷，成为一个重子或反重子。
在现代粒子物理学中，联系粒子相互作用的，是一种叫规范对称的空间对称群（见规范场论）。色荷SU(3)（一般简写成SU(3)c）是夸克色荷的规范对称，也是量子色动力学的定义对称。物理学定律不受空间的方向（如x、y及z）所限，即使坐标轴旋转到一个新方向，定律依然不变，量子色动力学的物理也一样，不受三维色空间的方向影响，色空间的三个方向分别为蓝、红和绿。SU(3)c的色变与色空间的“旋转”相对应（数学上，色空间是复数空间）。每一种夸克味，f，下面都有三种小分类f B、f G和f R，对应三种夸克色蓝、绿和红，形成一个三重态：一股有三个分量的量子场，并且在变换时遵从SU(3)c的基本表示。这个时候SU(3)c应是局部的，这个要求换句话说，就是容许变换随空间及时间而定，所以说这个局部表示决定了强相互作用的性质，尤其是有八种载力用胶子这一点。
弱相互作用：
19世纪末，20世纪初，物理学家发现，有些原子核能够自发的发射出射线，后来在放射线香中起作用的还有弱相互作用。由于弱相互作用比强相互作用和电磁作用的强度都弱，故有此名，其作用范围比强相互作用还要小。
弱相互作用与味
夸克只能通过弱相互作用，由一种味转变成另一种味，弱相互作用是粒子物理学的四种基本相互作用之一。任何上型的夸克（上、粲及顶夸克），都可以通过吸收或释放一W玻色子，而变成下型的夸克（下、奇及底夸克），反之亦然。这种变味机制正是导致β衰变这种放射过程的原因，在β衰变中，一中子（n）“分裂”成一质子（p）、一电子（e）及一反电子中微子（νe）（见右图）。在β衰变发生时，中子（udd）内的一下夸克在释放一虚W玻色子后，随即衰变成一上夸克，于是中子就变成了质子（uud）。随后W玻色子衰变成一电子及一反电子中微子。
强作用对称性的理论——八重法
对称性（symmetry）是现代物理学中的一个核心概念，系统从一个状态变换到另一个状态，如果这两个状态等价，则说系统对这一变换是对称的。
强核力是把夸克捆绑在一起的力。它亦间接地把质子和中子捆绑在一起。
反中子
中子的反粒子。它是1956年发现的。它的磁矩对于其自旋是反号的。反中子与核子相碰可湮没为π介子。
夸克结构：
中子（n）：由一个上夸克（u ，带电量 +2/3），两个下夸克（d，带电量 -1/3）组成反中子（n bar）: 由一个反上夸克（u bar,带电量 -2/3），两个反下夸克（d bar,带电量+1/3）组成
Ξ粒子
在粒子物理学中，Ξ粒子是一类由一个较轻的第一代夸克和两个较重的夸克（可以是第二代夸克或第三代夸克）组成的重子。这类粒子因其不稳定性也被称作“级联粒子”（cascade particles）——它们能在极短的时间内通过一系列的衰变转化为较轻的稳定粒子。第一个Ξ粒子于1964年于美国布克海文国家实验室被发现。
I（同位旋）、J（总角动量）、P（宇称）、Q（电荷）、S （奇异数）, C（粲数）、B′（底数）、T（顶数）、B（重子数）、u（上夸克）、d（下夸克）、s（奇夸克）、c（粲夸克）、b（底夸克）、t（顶夸克）。
同位旋（I）
1、原理简介
反映自旋和宇称相同、质量相近而电荷数不同的几种粒子归属性质的量子数。
2、详细内容
同位旋是粒子的性质之一。实验表明，核力具有电荷无关性，质子和质子、中子和中子及质子和中子之间的核力是相同的，这说明就核力的性质而言，质子与中子之间没有区别，因此把质子和中子看成同一种粒子的两种不同状态。有些粒子（强子）质量很接近，但电量不同，每一组这样的粒子可以看做同一粒子处于不同的态。如质子、中子为两重态；π+、π0、π-为多重态等。为描述强子的多重态，引入一个称为同位旋的量子数I。在强相互作用过程中，I守衡；弱相互作用、电磁作用过程中，I不守衡。同一多重态的粒子同位旋相同。类比自旋的概念引入抽象的同位旋空间，质子和中子是同位旋I相同，同位旋第3分量I3不同的两种状态，由此可确定它们的同位旋I=1/2，质子的I3=1/2，中子的I3=－1/2，它们组成同位旋二重态[1]，它们质量上的微小差异来自I3的不同，犹如自旋取向不同引起自旋-轨道耦合的微小能量差异。同样Σ±、Σ0组成同位旋三重态，它们的同位旋I=1，同位旋第三分量I3分别为±1和0。原子核的同位旋可由质子和中子的同位旋“合成”得到，强子的同位旋由组成强子的夸克的同位旋“合成”得到。强相互作用下系统的同位旋和同位旋第三分量均守恒。对于一组多重态的粒子数a，I=（a-1）/2。
目前对于同位旋的进一步认识是，强子的同位旋反映了组成强子的 u夸克和 d夸克之间的对称性。强相互作用的同位旋转动不变性反映了强相互作用与夸克的味无关性的一个方面的表现。强子的同位旋量子数I和I3可以由组成强子的u夸克和 d夸克的同位旋“合成”得到。
同位旋是模仿自旋的概念提出来的。一种将自旋与“常见物体”类比的方法是，考虑一个绕固定点转动的刚体杆，杆的一段连接在固定杆上。这种转动形成一个SO（3）群。将自旋的概念应用于电子这样的粒子上，恰当的对称性描述是SU（2）群，它与SO(3)群只有细微的不同。与一个自旋的陀螺要么顺时针转动要么逆时针转动类似，电子的自旋值也有限制，这些可以从某些原子光谱的分裂中看出来。
底数（B′）
描述强子内部性质的一种量子数。1974年以前强子结构的夸克模型认为存在三类夸克：即上夸克、下夸克和奇异夸克。1974年, J/ψ(3100)介子的发现间接证明了粲夸克的存在,而1977年Υ族介子的发现,又表明了一种新夸克的存在。这类新夸克称为底夸克,即b夸克。底数是体现在粒子组成中所包含底夸克的量所引入的量子数，底夸克的底数B为1，反底夸克的底数B为－1。强相互作用下,底数是守恒的。根据夸克模型理论,现实世界观察到的所有强子,都是由各类夸克构成的束缚态,量子色动力学为这类束缚态提供了动力学基础。底粒子就是底数不为零的夸克束缚态。例如,B(5200)介子就是底粒子。底粒子束缚态内一定包含底夸克或反底夸克，反之，包含底夸克或反底夸克的束缚态不一定是底粒子。例如，Υ族粒子,是由正反底夸克构成束缚态,但是底数为零,这类粒子不是底粒子，而称为底偶素。在强相互作用和电磁相互作用过程中，底数是守恒的，在弱相互作用过程中底数可以不守恒。
奇异数（S）和奇异数守恒定理
奇异数是描述粒子内部性质的一个相加性量子数，通常用S表示，只能取整数。为解释奇异粒子①的性质，1953年，美国物理学家盖尔曼、日本物理学家中野董夫、西岛和彦（K.Nishijima）各自独立提出了新的量子数——奇异数。第一个奇异粒子是1947年由罗彻斯特（G．Rochester）和巴特勒（C.Butler，1922-）发现的。随后在加速器中又陆续发现了更多的奇异粒子。与普通粒子不同，奇异粒子协同产生，独立衰变，并且快产生，慢衰变。粒子物理学规定普通粒子的奇异数是0。
在强相互作用和电磁相互作用中，奇异数S是严格守恒的，奇异粒子必须协同产生。而在弱相互作用中，奇异数S可以不守恒，选择定则是ΔS=0,±1。奇异粒子的衰变是弱相互作用，可以分别独立地衰变成几个普通粒子，所需的时间比较长。
奇异粒子的奇异数由以下反应规定：
规定粒子的奇异数是+1，的奇异数是-1，然后由其它反应确定其余粒子的奇异数。
?奇异数S=+1的奇异粒子有Κ0、Κ+等
?奇异数S=-1的奇异粒子有Κ-、Λ0、Σ+、Σ-、Σ0等
?奇异数S=-2的奇异粒子有Ξ0、Ξ-等
?奇异数S=-3的奇异粒子有Ω-等。
奇异粒子是一类亚原子粒子的统称。与奇异粒子相对的是普通粒子，包括质子、中子、π介子等普通的强子和轻子。1947年罗彻斯特（G. D. Rochester）和巴特勒（C.C.Butler，1922-）
在宇宙射线中发现了Λ0、Κ0、Κ+等一些性质奇特的粒子。1953年在加速器中又陆续发现了更
多的奇异粒子。与普通粒子不同，奇异粒子总是在强相互作用中很快地、至少两个一起同时产
生，而后分别通过弱相互作用慢慢地衰变成为非奇异的粒子。
特点是：当它们由于粒子之间相互碰撞而产生时，总是一起产生，而且产生得很快，可是衰变却各自独立地行事，而且衰弱得很慢。简单说来，就是它们总是协同产生、非协同衰变。
当时对最轻的奇异粒子（现在称为K介子[1]）的衰变过程发现了一个疑难，即所谓的“θ-τ”疑难。这个疑难在于：实验中发现了质量、寿命和电荷都相同的两种粒子，一个叫
θ介子，另一个叫τ介子。这两种粒子唯一的区别在于：θ介子衰变为两个π介子，而τ
介子衰变为三个π介子。分析实验结果可以得出：三个π介子的总角动量为零，宇称为负，
而两个π介子的总角动量如为零，则其宇称只能为正。鉴于质量、寿命和电荷这三项相同，这
两种粒子应是同一种，但从衰变行为来看，如果宇称应守恒，则θ和τ不可能是同一种粒子。
宇称（P）
描述粒子在空间反演下变换性质的相乘性量子数引。记为P。它只有两个值+1和－1。如果描述某一粒子的波函数在空间反演变换(r→－r)下改变符号，该粒子具有奇宇称(P=－1)，如果波函数在空间反演下保持不变，该粒子具有偶宇称(P=+1)；n个粒子组成的系统的宇称等于这n个粒子宇称之积再乘以这n个粒子之间的n－1个轨道宇称之积；轨道角动量量子数为l时，其轨道宇称为(－1)。玻色子及其反粒子内禀宇称之积为+1；费米子及其反粒子内禀宇称之积为－1。在强作用和电磁作用过程中宇称守恒，在弱作用过程中宇称不守恒。
强子之间存在的一种包括同位旋对称性和超荷对称性在内的更高的内部对称性。这个对称性表明，所有的强子可以分成若干组，组内的粒子有相同的时空对称性质（例如自旋、宇称）和重子数，有比较接近的静质量，有各不相同但按一定规律分布的同位旋 (I)、同位旋投影(I3)量子数和超荷值(Y),它们在相互作用过程中表现出大体上一致、彼此密切相关的性质。利用SU(3)群这一数学工具来描述强子之间的这种对称性质，研究粒子的分类、基本属性以及它们在各种相互作用过程中的互相关联的理论称为SU(3)对称性理论。
历史随着科学技术的进步，人们制造和探测高能粒子的手段不断更新，发现的新粒子、新现象越来越丰富。20世纪50年代确立了一系列奇异粒子，60年代又陆续发现了为数众多的共振态粒子，使得当时已发现的粒子（主要是强子）的数目猛增至一二百个之多，大大超出了发现元素周期律时已发现的化学元素的数目。在这种情况下，把这么许多粒子进行科学的分类，找出它们性质之间的内在联系，并进而追溯这些联系的根源，就成了当时十分迫切的课题。
在这样的基础上，60年代前期，经过许多科学工作者的共同努力，包括大量深入的理论探索和细致周密的实验分析，揭示了强子的SU(3)对称性，利用SU(3)群把同位旋对称性和超荷对称性结合起来，统一到一个更大更高的内部对称群中去，发展并最后确立了关于强相互作用粒子的SU(3)对称性理论。
强子SU(3)对称性的建立利用SU(3)群来研究强子对称性的早期尝试,与强子结构的坂田模型密切相关。50年代初，高能物理中发现了一系列奇异粒子，引入了奇异数，并总结出了著名的盖耳－曼－西岛法则。在此基础上日本物理学家坂田昌一在1955年提出了坂田模型，假定所有的强子都是由质子(p)、中子(n)和Λ超子以及它们的反粒子组成的。正像忽略去质子和中子的差别以后核力和核子体系具有同位旋对称性【即SU(2)对称性】一样，如果人们忽略Λ粒子与核子之间的差异，而把它们看作同一粒子所处的三种不同状态，它们之间应具有SU(3)对称性，由它们所构成的强子体系也应具有SU(3)对称性。
按照李群的基本理论,SU(3)群的不可约表示可以用一对非负整数(λ，μ)来标志，记作D(λ，μ),通常用黑体的维数数字来代表，例如：
D(0,0)＝1，D(1,0)＝3，D(0,1)＝3*，D(1,1)＝8，
其中3*是3的共轭表示。
在SU(3)变换下,基本的(p，n，Λ)具有重子数N＝1，按基础表示3变换,相应的反粒子(圴，嬞，揈)具有重子数N＝-1，按共轭表示3*变换。按坂田模型,N＝0的介子由一对正反(p，n，Λ)组成，它们应按表示8和1变换。当时实验上已确认的赝标介子只有同位旋三重态的普通介子(π-,π0,π+)和两个同位旋双重态的奇异介子(K0，K+和K-,噖0),它们一共有七个。根据SU(3)对称性预言至少应当存在一个同位旋单态的普通介子，与上述七个粒子组成SU(3)八重态。不久果然在实验上发现了单态非奇异介子η(548)。与赝标介子的情形相似，先后在实验上发现的矢量介子ρ(ρ-，ρ0，ρ+)、K*(K*0, K*+；K*-,噖*0)、ω和嗞一共九个,适合于填充可约表示8)+1。可见,以坂田模型为基础的SU(3)对称方案很好地解释了介子的性质。
但是，坂田模型关于重子的分类方案却遇到了原则性的困难。例如，重子数N＝1超荷Y＝0的Σ超子三重态可能填充的不可约表示是6*或15。但6*中根本没有另一个超子(Y=-1的双重态)Ξ的位置；而15中虽然可以容纳Ξ超子，却还预言许多至今都没有任何迹象的空额粒子。
1961年在重新仔细分析实验资料的基础上,M.盖耳－曼和Y.奈曼提出了新的八重态分类方案（称为八重法），假定八个重子（N,Ξ,Σ和Λ）和八个赝标介子(K,噖,π和η)一样,属于不可约表示8。按照SU(3)群表示的乘法规则，主要衰变为一对赝标介子的矢量介
子共振态和主要衰变为一个赝标介子和一个重子的重子共振态都应当属于不可约表示27,10,10*,8或1。
根据实验分析,同坂田模型中一样,九个矢量介子填充可约表示8+1。自旋宇称为的重子起初共发现九个，这就是非奇异的四重态Δ(1232)(Δ-，Δ0，Δ+,Δ++ )，超荷Y=0的
三重态和Y＝-1的双重态Ξ*(1530)。在SU(3)群八重法分类方案中自然地把它们归入不可约表示10，但其中还要求存在一个新的Y=-2的同位旋单态稳定重子Ω-。根据表示中其他粒子的质量，理论预言Ω-的质量约为1675MeV。1964年，N.P.萨穆斯在实验上果然发现了这个粒子。以后,实验还测定了它的质
量为1672.45±0.32MeV,自旋宇称为3+/2，它的主要弱衰变方式和寿命
(0.819±0.027)×10-10s，这些都与理论预言相符合。这是对SU(3)对称性八重态分类方案的强有力支持。
SU(3)对称性的主要结果有以下几点。
①粒子填充和分类。现已确认的常见介子和重子在SU(3)对称性中按下述方式分类。
粒子符号后括弧中的数字是指该同位旋多重态质量平均值,以MeV为单位。每一组称为一个SU(3)多重态。非单态粒子的填充情况可以用下图表示。
②质量关系。八重态对称性只是强相互作用的近似对称性,其表现之一是一个SU(3)多重态内各粒子的质量并不相等。分析表明，除了强相互作用的主要部分是在SU(3)不变的以外，还存在着较弱的中强相互作用,它在SU(3) 变换下的性质同八维正规表示中的超荷算符一样，由此可以得到一级近似下的质量公式，通常称为盖耳－曼－大久保公式。对于八维表示，此公式给出下述求和关系：
（1a）
而对于十维表示，则给出等距规则：
（1b）
式中m是同位旋-超荷量子数为(I，Y)的状态的质量。实验上,对
重子，式(la)两边的观察值的四分之一分别为1135MeV和
1128MeV,故此式在0.6％的精度范围内成立。对重子,式(lb)中三个质量差分别是152、149和139MeV。
对于介子八重态，通常认为应用质量二次方代替式(la)中的质量，加上电荷共轭性质的考虑，可得
(1c)
对于赝标介子，用 K和π的质量代入，推得，而m n=0.301GeV2，相差约6％，说明η介子与后来发现的第九个赝标介子η′(958)有某些混合。对于矢量介子九重态,相应的两个(I，Y)=(0，0)的状态有较大的混合，有很多专门的讨论。
③磁矩关系。电荷算符在 SU(3)变换下的性质由盖耳－曼－西岛法则确定，由此可导得一个多重态内诸粒子磁矩的相互关系。例如：
(2)
等等。用观察值代入，上三式分别是
2.793=2.379±0.020，
-1.1±0.05=-1.85±0.75，
-1.250±0.014=-1.913，
量级上是符合的。
④电磁质量差。由电荷算符的性质还可以导出一个同位旋多重态内不同电荷粒子质量的"超精细"分裂。对重子，可得到关系式：
(3)
用观察质量代入,两边分别是6.65±0.09MeV和6.4±0.6M eV，符合得很好。
⑤强衰变宽度。按照SU(3)对称性，同一个SU(3)多重态内各个粒子看成同一粒子的不同内部态，因此各个粒子的相应衰变方式的几率之间就存在着一定的关系。
60年代前期,围绕着SU(3)对称性的理论预言和实验检验做了大量的工作。讨论了其他各种粒子的分类填充方案和质量关系，分析了强子的各种（包括强的和电磁的）衰变方式和衰变宽度，以及各种散射截面之间的关系，研究了强子的弱相互作用性质和选择规则等等。SU(3) 对称性理论的一系列推断和预言都同实验有较好的符合。大体说来，和粒子的静止性质（内部性质）相联系的那些理论预言同实验结果符合得较好一些，而对于那些同粒子的运动性质（外部性质）关系较密切的过程，情况要复杂一些，理论与实验的符合程度要差一些。
SU(3)对称性理论提供了一个可靠而有力的工具,对长期积累起来的丰富的实验资料作出了系统的分析，对数以百计的强子进行了贴切的分类，较成功地对这些粒子的基本属性（包括质量谱的规律性）作出了解释。从这个意义上说,强相互作用粒子的SU(3)对称性同化学元素的周期律十分相似。
SU(3)对称性和强子结构关于强相互作用粒子,从一开始 SU(3)对称性的研究就是同强子结构的坂田模型紧密相关的。受到实验广泛支持的八重法正是从坂田模型中脱胎出来而又经过原则性的改造而得到的。另一方面，八重态有一个十分显著的特点：所有介子都仅仅填充1、8表示，这两个表示可以由基础表示3和3*的乘积组成，所有重子都仅仅填充8、10表示，它们可以由三个3表示的乘积组成,这一点启发盖耳-曼和G.兹韦克提出如下的假定：存在着具有分数重子数、分数电荷和分数超荷量子数的三种基础粒子(u，d,s)，称为夸克，它们按SU(3)群的基础表示3变换；一切强子都是由夸克及其反粒子组成的。介子由一对正反夸克组成，应属于表示8和1,重子由三个夸克组成,应属于表示10、8和1。强子之间的SU(3)对称性正是由夸克的基本SU(3)属性所决定的。这就是夸克模型。夸克模型成功地解释了强子的SU(3)对称性，并且导出了一系列新的结果,得到了实验的广泛支持。
由此可见，正像化学元素周期律反映了各种元素原子中电子排布的规律性,揭示了原子的内部结构一样,强相互作用的 SU(3)对称性深刻地反映了强子的内部结构特征。
第六节核能利用 第七节小粒子与大宇宙 [学习目标] 1.了解裂变反应堆的工作原理.2.了解核电站和核能利用的优缺点.3.了解小粒子和大宇宙间的空间跨度和时间跨度. 一、核反应堆及核电站 1.核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，核反应堆是人工控制链式反应的装置，它主要由以下几部分组成： (1)燃料：铀棒. (2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水作减速剂； (3)控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子的能力很强的特性，控制链式反应的速度. 2.工作原理 核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高. 3.能量输出 利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却. 4.核污染的防护与处理 在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，埋入深地层来处理. [即学即用]判断下列说法的正误. (1)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度.(√) (2)核反应堆用过的核废料无毒无害.(×) 二、小粒子和大宇宙 1.从小粒子到大宇宙——空间跨度 (1)对宇宙的时空结构、运动形态和物质演化的理论描述，称为宇宙模型. (2)大爆炸宇宙模型：大约150亿年前突然发生一次大爆炸，其后逐渐诞生出恒星、星团、脉冲星、超新星、黑洞以及被称作类星体的遥远发光体等，经历150亿年演化成今天的宇宙世界. (3)人类所能研究的物质世界的空间尺度：约从10－15 m到1027m，共跨越了约42个数量级. 2.从粒子寿命到宇宙年龄——时间跨度 (1)宇宙的年龄的数量级：1018s. (2)微观粒子的最短寿命：10－25s.
夸克-----一个未解之谜 夸克对于我们现代的人来说可谓是家喻户晓，随意找一位高中生，甚至是以为初中生，他们也能说出构成质子中子的更小的微粒---夸克。当然现代的物理学家至今还不能一睹夸克的风采，但是夸克的存在性，在当今的科学界已经不在是一个问题了。虽然这已经不是问题了，但是每个人有他自己的观点。你能说它是存在的，因为你有世界上最权威的的科学家的论证，但是每一个理论都少不了实验的验证，缺少了实验，总感觉这个理论还缺少着些什么。所以科学家们还在坚持不懈的追寻着它的足迹。当然作为物理学的学生，我当然是希望自己能在这些方面有所贡献，哪怕是一点点微不足道的努力。希望在不久的将来人们就能真正的见到夸克。并且让这位宇宙的起源能提供一点证据。 夸克的提出到，理论发展，到一种一种的夸克被科学家所寻找到，再到后来夸克被科学界所接受，最后到不久的将来夸克真正的被人们所亲眼观察到。人们对夸克的认识道路是曲折的。 在JJ.汤姆逊发现电子之前，人们一直认为原子是构成物质的最小微粒。1897年，汤姆逊运用的一个阴极射线管，外加上电场和磁场，发现了电子的偏移，从而发现了这种由原子发出的，带有负点的，质量为原子核的1836分之一的微小粒子。于是，原子再也不是不可再分的了。之后人们就对原子内部进行了进一步的了解。从汤姆逊本人提出的电子均匀镶嵌在原子内部（又可以叫做枣糕模型）。到卢瑟福的a粒子散射实验后提出的，卢瑟福核式模型，到波尔的轨道量子化，再到最后的电子云模型（我觉得是由于不确定关系造成的）。人们开始越来越了解原子核内部的事情，知道了原子是
由原子核（内部有质子和中子）和核外电子组成。但是质子和中子是不是最小的粒子了呢？有没有比这更加小的粒子了呢？问题又再一次摆在了人类的面前。由于前面的借鉴，人们不再轻易的做出结论，他们想通过实验来证明。当然想知道是不是有更小的粒子，自然是看如果将原子在一些极端的情况下，发生碰撞，看看碰撞完后，会产生哪些粒子。 20世纪30年代中期，人们发明了粒子加速器，就是一种环形的磁场，带点的粒子就能在磁场中作圆周运动，在两个半圆形磁场中间加上加速电场，是电子在减速电场的作用下不断加速，一直接近光速（所有粒子的相速度是无法超越光速的）。然后让两个或者更多的粒子相向而行，直到相撞。科学家们通过撞击能够把粒子打碎，观察碰撞到底能产生什么。20世纪50年代，唐纳德·格拉泽发明了“气泡室”，将亚原子粒子加速到接近光速，然后抛出这个充满氢气的低压气泡室。这些粒子碰撞到质子后，质子分裂为一群陌生的新粒子。这些粒子从碰撞点扩散时，都会留下一个极其微小的气泡，暴露了它们的踪迹。科学家无法看到粒子本身，却可以看到这些气泡的踪迹。这就是人们最早观察到的夸克吧。只不过人们只能观察到的是夸克的运动的轨迹，而没有真正的看见它。 说到夸克的发现，不得不提一个人，那就是盖尔曼。1929年9月15日盖尔曼出生于纽约的一个犹太家庭里。童年时就对科学有浓厚兴趣，少年才俊，14岁从进入耶鲁大学，1948年获学士学位，继转麻省理工学院，三年后获博士学位，年仅22岁。1951年盖尔曼到普林斯顿大学高等研究所工作。1953年到芝加哥大学当讲师．参加到以费米为核心的研究集体之中，1955年盖尔曼到加州理工学院当理论物理学副教授，年后升正教授，成为
第一章练习题及参考答案 一、辨析题（请先判断对错，再说明原因） 1. 哲学的基本派别是一元论和二元论。 2. 辩证法和形而上学对立的焦点在于是否承认事物是可以被认识的。 二、材料分析题 1.阅读下列材料： 【材料1】 笛卡儿认为，物质和精神是两种不同的实体，精神的本性是思维，物质的本性是广延，广延不能思维，思维不具有广延。物质和精神互不相通，彼此独立，两者都是世界的本原。 【材料2】 贝克莱认为“存在就是被感知，人的各种感觉构成了事物。”黑格尔认为，整个世界是“绝对观念”的“外化”和产物。 【材料3】 恩格斯指出：“物、物质无非是各种物的总和，而这个概念就是从这一总和中抽象出来的”。马克思指出“观念的东西不外是移入人的头脑并在人的头脑中改造过的物质的东西而已。” 请说明： （1）材料1属于什么观点，错误的实质是什么？材料2属于什么观点，两位哲学家的观点有什么不同，错误在哪里？ （2）请结合材料3谈谈如何正确理解物质和意识。 2、阅读下列材料： 【材料1】 韩非子提出“世异则事异，事异则备变”，“法与时转则治，治与世宜则有功”。 【材料2】 《坛经》中记载：“时有风吹幡动，一僧曰风动，一僧曰幡动，议论不已。慧能进曰不是风动，不是幡动，仁者心动”。 【材料3】 列宁指出把主要的注意力正是放在认识“自己”运动的源泉上：只有对立统
一的观点：才提供理解一切现存事物的“自己运动”的钥匙，才是提供理解“飞跃”、“渐进过程的中断”，向对立面的转化，旧东西的灭亡和新东西的产生的钥匙。” 请说明： （1）材料1和材料2的观点有何异同？ （2）材料2和材料3的主要分歧是什么？并加以评述。 3、阅读下列材料： 在十七世纪，牛顿曾坚信光是由很小的微粒组成的，这一学说得到了几何光学实验的证明。后来到了惠更斯、菲涅耳时代，光的波动学说被光的干涉和衍射实验以及后来的麦克斯韦电磁场理论所证实，从而否定了牛顿的微粒说。二十世纪初，量子力学以其优美的数学形式和极其精确的实验，再一次否定了光的波动说，认为光是由微粒组成的，但这种微粒是具有波动性的，称之为光量子。显然，量子力学所说的光量子，是具有波动性的微粒，它与牛顿所假设的微粒有本质的区别。最终，爱因斯坦得出了光具有波粒二象性的结论：光既是一种波也是一种粒子。 请说明： (1) 马克思主义的辩证否定观的基本内容。 （2）结合人们对光的本质认识的发展过程说明否定之否定的三个阶段。
一、夸克的提出 1、1928年，狄拉克将相对论引入量子力学，他建立的狄拉克方程预言：存在与电子具有严格相同的质量，但是电荷符号相反的正电子。 2、1932年，安德森在宇宙线实验中观察到：高能光子穿过重原子核附近 时可以转化为一个电子和一个质量与电子相同但带有单位正电荷的粒子 （左图），从而发现了正电子。狄拉克对正电子的预言得到了实验的证实。 反粒子的存在是电子所特有的性质，还是所有的粒子都具有的普遍的性质呢？如果所有的粒子都有相应的反粒子，首先检验的应该是是否存在质子的反粒子、中子的反粒子。 1947年在宇宙射线的研究中，首先观察到了奇异粒子， 3、24年后的1956年，美国科学家张伯伦（Owen Chamberlain，1920-2006） （右图）等在加速器的实验中发现了反质子，即质量和质子相同，自旋量子 数也是1/2，带一个单位负电荷的粒子，接着又发现了反中子。 4、20世纪30年代中期发明了粒子加速器，科学家们能够把中子打碎成质 子，把质子打碎成为更重的核子，观察碰撞到底能产生什么。20世纪50年代，唐纳德·格拉泽（Donald Glaser）发明了“气泡室”，将亚原子粒子加速到接近光速，然后抛出这个充满氢气的低压气泡室。这些粒子碰撞到质子（氢原子核）后，质子分裂为一群陌生的新粒子。这些粒子从碰撞点扩散时，都会留下一个极其微小的气泡，暴露了它们的踪迹。科学家无法看到粒子本身，却可以看到这些气泡的踪迹。 气泡室图像上这些细小的轨迹（每条轨迹表明一个此前未知的粒子的短暂存在）多种多样，数量众多，让科学家既惊奇又困惑。他们甚至无法猜测这些亚原子粒子究竟是什么。 5、1961年，盖尔曼在奇异数守恒定律①的基础上将对称性运用于基本粒子的分类，即SU （3）对称性。假定所有的强子都是由质子(p)、中子(n)和Λ 超子以及它们 的反粒子组成的。正像忽略去质子和中子的差别以后核力和核子体系具有 同位旋对称性【即SU(2)对称性】一样，如果人们忽略Λ 粒子与核子之间 的差异，而把它们看作同一粒子所处的三种不同状态，它们之间应具有SU(3)对称性，由它们所构成的强子体系也应具有SU(3)对称性。他和以色列物理学家内曼（Yuval Neemann，1925-2006）各自独立地提出了强作用对称性的理论——八重法②（eightfold way），按照这一方法，把有相近性质的强作用基本粒子分成一个个的族，并认
夸克 quark （喷射轨迹图片来源：《时间简史》图5.2，一个质子和一个反质子在高能下碰撞，产生了一对几乎自由的夸克。） 1964年，美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——Quark组成的。它们具有分数电荷，是基本电量的2/3或-1/3倍，自旋为1/2。夸克一词是盖尔曼取自詹姆斯·乔埃斯的小说《芬尼根彻夜祭》的词句“为马克检阅者王，三声夸克（Three quarks for Muster Mark）”。夸克在该书中具有多种含义，其中之一是一种海鸟的叫声。他认为，这适合他最初认为“基本粒子不基本、基本电荷非整数”的奇特想法，同时他也指出这只是一个笑话，这是对矫饰的科学语言的反抗。另外，也可能是出于他对鸟类的喜爱。 最初解释强相互作用粒子的理论需要三种夸克，叫做夸克的三种味，它们分别是上夸克(up,u)、下夸克(down,d)和奇夸克(strange,s)。1974年发现了J/ψ粒子，要求引入第四种夸克粲夸克(魅夸克)(charm,c)。1977年发现了Υ粒子，要求引入第五种夸克底夸克(bottom,b)。1994年发现第六种夸克顶夸克(top,t)，人们相信这是最后一种夸克。 夸克理论认为，所有的重子都是由三个夸克组成的，反重子则是由三个相应的反夸克组成的。比如质子(uud)，中子(udd)。夸克理论还预言了存在一种由三个奇异夸克组成的粒子(sss)，这种粒子于1964年在氢气泡室中观测到，叫做负ω粒子。 夸克按其特性分为三代，如下表所示： 符号中文名称英文名称电荷(e) 质量(GeV/c^2) u 上夸克up +2/3 0.004 d 下夸克down -1/3 0.008 c 粲夸克charm +2/3 1.5 s 奇夸克strange -1/3 0.15 t 顶夸克top +2/3 176 b 底夸克bottom -1/3 4.7 在量子色动力学中，夸克除了具有“味”的特性外，还具有三种“色”的特性，分别是红、绿和蓝。这里“色”并非指夸克真的具有颜色，而是借“色”这一词形象地比喻夸克本身的一种物理属性。量子色动力学认为，一般物质是没有“色”的，组成重子的三种夸克的“颜色”分别为红、绿和蓝，因此叠加在一起就成了无色的。因此计入6种味和3种色的属性，共有18种夸克，另有它们对应的18种反夸克。 夸克理论还认为，介子是由同色的一个夸克和一个反夸克组成的束缚态。例如，日本物理学家汤川秀树预