之间介子和诺贝尔物理学奖得主列表相似
介子和诺贝尔物理学奖得主列表有(在联盟百科)9共同点: 夸克,宇宙線,弱相互作用,强相互作用,电子,輕子,電磁力,核子,汤川秀树。
夸克
夸克(quark,又譯“层子”或「虧子」)是一種基本粒子,也是構成物質的基本單元。夸克互相結合,形成一種複合粒子,叫強子,強子中最穩定的是質子和中子,它們是構成原子核的單元。由於一種叫“夸克禁閉”的現象,夸克不能夠直接被觀測到,或是被分離出來;只能夠在強子裏面找到夸克 。因為這個原因,人類對夸克的所知大都是來自對強子的觀測。 夸克有六種“味”,分別是上、下、-zh-tw:魅;zh-cn:粲-、奇、底及頂 。上及下夸克的質量是所有夸克中最低的。較重的夸克會通過一個叫粒子衰變的過程,來迅速地變成上或下夸克。粒子衰變是一個從高質量態變成低質量態的過程。就是因為這個原因,上及下夸克一般來說很穩定,所以它們在宇宙中很常見,而奇、--、頂及底則只能經由高能粒子的碰撞產生(例如宇宙射線及粒子加速器)。 夸克有着多種不同的內在特性,包括電荷、色荷、自旋及質量等。在標準模型中,夸克是唯一一種能經受全部四種基本相互作用的基本粒子,基本相互作用有時會被稱為“基本力”(電磁相互作用力、萬有引力、強相互作用力及弱相互作用力)。夸克同時是現時已知唯一一種基本電荷非整數的粒子。夸克每一種味都有一種對應的反粒子,叫反夸克,它跟夸克的不同之處,只在於它的一些特性跟夸克大小一樣但正負不同。 夸克模型分別由默里·蓋爾曼與喬治·茨威格於1964年獨立地提出 。引入夸克這一概念,是為了能更好地整理各種強子,而當時並沒有甚麼能證實夸克存在的物理證據,直到1968年SLAC開發出實驗為止 。夸克的六種味已經全部被加速器實驗所觀測到;而於1995年在費米實驗室被觀測到的頂夸克,是最後發現的一種。.
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宇宙線
宇宙線亦稱為宇宙射线,是來自外太空的帶電高能次原子粒子。它們可能會產生二次粒子穿透地球的大氣層和表面。射線這個名詞源自於曾被認為是電磁輻射的歷史。主要的初級宇宙射線(來自深太空與大氣層撞擊的粒子)成分在地球上一般都是穩定的粒子,像是質子、原子核、或電子。但是,有非常少的比例是穩定的反物質粒子,像是正電子或反質子,這剩餘的小部分是研究的活躍領域。 大約89%的宇宙線是單純的質子,10%是氦原子核(即α粒子),還有1%是重元素。這些原子核構成宇宙線的99%。孤獨的電子(像是β粒子,雖然來源仍不清楚),構成其餘1%的絕大部分;γ射線和超高能微中子只佔極小的一部分。 粒子能量的多樣化顯示宇宙線有著廣泛的來源。這些粒子的來源可能是太陽(或其它恆星)或來自遙遠的可見宇宙,由一些還未知的物理機制產生的。宇宙線的能量可以超過1020 eV,遠超過地球上的粒子加速器可以達到的1012至1013 eV,使許多人對有更大能量的宇宙線感興趣而投入研究。 經由宇宙線核合成的過程,宇宙線對宇宙中鋰、鈹、和硼的產生,扮演著主要的角色。它們也在地球上產生了一些放射性同位素,像是碳-14。在粒子物理的歷史上,從宇宙线中發現了正電子、緲子和π介子。宇宙線也造成地球上很大部份的背景輻射,由於在地球大氣層外和磁場中的宇宙線是非常強的,因此對維護航行在行星際空間的太空船上太空人的安全,在設計有重大的影響。.
弱相互作用
弱相互作用(又稱弱力或弱核力)是自然的四種基本力中的一種,其餘三種為強核力、电磁力及万有引力。次原子粒子的放射性衰變就是由它引起的,恆星中一種叫氫聚變的過程也是由它啟動的。弱相互作用會影響所有費米子,即所有自旋為半奇數的粒子。 在粒子物理學的標準模型中,弱相互作用的理論指出,它是由W及Z玻色子的交換(即發射及吸收)所引起的,由於弱力是由玻色子的發射(或吸收)所造成的,所以它是一種非接觸力。這種發射中最有名的是β衰變,它是放射性的一種表現。重的粒子性質不穩定,由於Z及W玻色子比質子或中子重得多,所以弱相互作用的作用距離非常短。這種相互作用叫做“弱”,是因為β衰變發生的機率比強交互作用低很多,表示它的一般強度比電磁及強核力弱好幾個數量級。大部份粒子在一段時間後,都會通過弱相互作用衰變。弱相互作用有一種獨一無二的特性——那就是夸克味變——其他相互作用做不到這一點。另外,它還會破壞宇稱對稱及CP對稱。夸克的味變使得夸克能夠在六種“味”之間互換。 弱力最早的描述是在1930年代,是四費米子接觸相互作用的費米理論:接觸指的是沒有作用距離(即完全靠物理接觸)。但是現在最好是用有作用距離的場來描述它,儘管那個距離很短。在1968年,電磁與弱相互作用統一了,它們是同一種力的兩個方面,現在叫電弱相互作用。 弱相互作用在粒子的β衰變中最為明顯,在由氫生產重氫和氦的過程中(恆星熱核反應的能量來源)也很明顯。放射性碳定年法用的就是這樣的衰變,此時碳-14通過弱相互作用衰變成氮-14。它也可以造出輻射冷光,常見於超重氫照明;也造就了β伏這一應用領域(把β射線的電子當電流用)。.
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强相互作用
强相互作用是作用于强子之间的力,是所知四种宇宙间基本作用力最强的,也是作用距离第二短的(大约在 10-15 m 范围内,比弱交互作用的範圍大)。另外三种相互作用分别是引力、电磁力及弱相互作用。核子间的核力就是强相互作用。它抵抗了质子之间的强大的电磁力,维持了原子核的稳定。强相互作用也將夸克基本粒子結合成為質子及中子等強子,這也是組成大部份物質的粒子。而且一般質子或中子裡,大部份的質能是以强相互作用場能量的形式存在,夸克只提供了1%的質能。 强相互作用可以在二個地方看到:較大的尺度(約1至3飛米)下,强相互作用將質子及中子結合成為原子的原子核,較小的尺度(約0.8飛米,約為核子的尺寸)下,强相互作用將夸克結合,成為質子、中子或其他強子。强相互作用的作用力非常強,大到束縛一個夸克的能量可以轉換為新的夸克對的質量,强相互作用的這個性質稱為夸克禁閉。 强相互作用是唯一強度不會隨距離減小的作用力,但因為夸克禁閉,夸克會限制和其他夸克在一起,形成的強子之間會有殘留的强相互作用,也稱為核力,核力會隨距離而迅速減少。撞擊原子核釋放的部份束縛能和產生的核力有關,而核力也用在核能及核融合式的核武器中。 强相互作用一般認為是由膠子傳遞的,膠子會在夸克、反夸克及其他膠子之間交換。膠子會帶有色荷,色荷和人眼可見的顏色完全沒有關係,色荷類似電荷,但色荷有六種(紅、綠、藍、反紅、反綠、反藍),因此會形成不同的力,有不同的規則,在量子色動力學(QCD)中有描述,這也是夸克-膠子交互作用的基礎。吳秀蘭等科學家對膠子發現有很大貢獻的科學家,在1995年因此获得了欧洲物理学会髙能和粒子物理奖。 在大爆炸後,電弱時期時,電弱交互作用和强相互作用分離,統一弱交互作用和電磁交互作用的電弱統一理論已經獲得實驗證實。科學家進一步預期有一個大統一理論可以統一電弱交互作用及强相互作用,現今有許多是大統一理論的理論,第一個是哈沃德·乔吉和谢尔登·格拉肖于1974年提出了最早的SU(5)大统一理论,但和實驗不合,其他的理論有SO(10)模型、,但還沒有一個是廣為科學家接受,且有實驗證實的理論,而且許多大統一理論都預言質子衰變,但目前也還沒有實驗支持,大統一理論也還是未解決的物理學問題之一。.
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电子
电子(electron)是一种带有负电的次原子粒子,通常标记为 e^- \,\!。電子屬於轻子类,以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。轻子是构成物质的基本粒子之一,无法被分解为更小的粒子。电子带有1/2自旋,是一种费米子。因此,根據泡利不相容原理,任何兩個電子都不能處於同樣的狀態。电子的反粒子是正电子(又称正子),其质量、自旋、帶电量大小都与电子相同,但是电量正負性与电子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅,在這過程中,生成一對以上的光子。 由电子與中子、质子所组成的原子,是物质的基本单位。相对于中子和质子所組成的原子核,电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1836倍。当原子的电子数与质子数不等时,原子会带电;称該帶電原子为离子。当原子得到额外的电子时,它带有负电,叫阴离子,失去电子时,它带有正电,叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量,导致正负电量不平衡时,称该物体带静电。当正负电量平衡时,称物体的电性为电中性。靜電在日常生活中有很多用途,例如,靜電油漆系統能夠將或聚氨酯漆,均勻地噴灑於物品表面。 電子與質子之間的吸引性庫侖力,使得電子被束縛於原子,稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子,會交換或分享它們的束縛電子,這是化學鍵的主要成因。当电子脱离原子核的束缚,能够自由移动时,則改稱此電子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在許多物理現象裏,像電傳導、磁性或熱傳導,電子都扮演了機要的角色。移動的電子會產生磁場,也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。 根據大爆炸理論,宇宙現存的電子大部份都是生成於大爆炸事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的。例如,當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面,許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅,或者,會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。 在實驗室裏,精密的尖端儀器,像四極離子阱,可以長時間局限電子,以供觀察和測量。大型托卡馬克設施,像国际热核聚变实验反应堆,藉著局限電子和離子電漿,來實現受控核融合。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子電漿。 電子被广泛應用于電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等领域。.
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輕子
輕子(Lepton)是一種不参與强相互作用、自旋为1/2的基本粒子。電子是最為人知的一種輕子;大部分化學領域都會涉及到與電子的相互作用,原子不能沒有它,所有化學性質都直接與它有關。輕子又分為兩類:「帶電輕子」與「中性輕子」。帶電輕子包括電子、緲子、陶子,可以與其它粒子組合成複合粒子,例如原子、電子偶素等等。 在所有帶電輕子中,電子的質量最輕,也是宇宙中最穩定、最常見的輕子;質量較重的緲子與陶子會很快地衰變成電子,緲子與陶子必須經過高能量碰撞製成,例如使用粒子加速器或在宇宙線探測實驗。中性輕子包括電中微子、緲中微子、陶中微子;它們很少與任何粒子相互作用,很難被觀測到。 輕子一共有六種風味,形成三個世代。 第一代是電輕子,包括電子()與電中微子 ()。第二代是緲輕子,包括緲子()與緲中微子 ()。第三代是陶輕子,包括陶子()與陶中微子()。 輕子擁有很多內秉性質,包括電荷、自旋、質量等等。輕子與夸克有一點很不相同:輕子不會感受到強作用力。輕子會感受到其它三種基礎力:引力、弱作用力、電磁力。但是,由於中微子的電性是中性,中微子不會感受到電磁力。每一種輕子風味都有其對應的反粒子,稱為「反輕子」。帶電輕子與對應的反輕子唯一不同之處是帶有電荷的正負號相反。根據某些理論,中微子是自己的反粒子,但這論點尚未被證實。 在標準模型裏,輕子扮演重要角色,電子是原子的成分之一,與質子、中子共同組成原子。在某些被合成的奇異原子裏,電子被更換為緲子或陶子。像電子偶素一類的輕子-反輕子粒子也可以被合成。.
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電磁力
電磁力(electromagnetic force)是處於電場、磁場或電磁場的帶電粒子所受到的作用力。大自然的四種基本力中,電磁力是其中一種,其它三種是強作用力、弱作用力、引力。光子是傳遞電磁力的媒介。在電動力學裏,電磁力稱為勞侖茲力。延伸至相對論性量子場論,在量子電動力學裏,兩個帶電粒子倚賴光子為媒介傳遞電磁力。帶電粒子是帶有淨電荷的粒子。電荷是基本粒子的內秉性質。只有帶電粒子或帶電物質(帶有淨電荷的物質)才能夠感受到電磁力,也只有帶電粒子或帶電物質才能夠製成電場、磁場或電磁場來影響其它帶電粒子或帶電物質。 對於決定日常生活所遇到的物質的內部性質,電磁力扮演重要角色。在物質內部,分子與分子之間彼此相互作用的分子間作用力,就是電磁力的一種形式。分子間作用力促使一般物質呈現出各種各樣的物理與化學性質。由於電子與原子核分別帶有的負電荷與正電荷,它們彼此之間會以電磁力相互吸引,使得電子移動於環繞著原子核的原子軌道,與原子核共同組成原子。分子的建構組元是原子。幾個鄰近原子的電子與電子、電子與原子核、原子核與原子核,以電磁力彼此之間相互作用,主導與驅動各種化學反應,因此促成了所有生物程序。.
核子
在化學和物理學裏,核子(nucleon)是組成原子核的粒子。每個原子核都擁有至少一個核子,每個原子又是由原子核與圍繞原子核的一個或多個電子所組成。核子共有兩種:中子和質子。任意原子同位素的質量數就是其核子的總數。因此有時人們也會稱這個數字為「核子數」。 在1960年代之前,核子被認為是基本粒子,不是由更小的部份組成的。今天我們知道核子是複合粒子,由三個夸克經強相互作用綑綁在一起組成。兩個或多個核子之間的交互作用稱為核力,最終這也是強交互作用引起的。(在發現夸克之前,「強交互作用」一詞只用於核子間的交互作用。) 核子研究屬於粒子物理學和核物理學的交叉領域。粒子物理學,特別是量子色動力學,提供了解釋夸克及強交互作用屬性的公式。這些公式用定量方法解釋夸克是如何結合成為中子和質子(以及所有其他的強子)。然而,當多個核子組合為一個原子核(核素)時,這些基礎方程式變得非常難直接求解,必須使用核物理學的方法。核物理學利用近似法和模型來研究多個核子之間的交互作用,例如用核殼層模型。這些模型能夠準確解釋核素的屬性,比如哪些核素會進行核衰變等。 質子和中子都是重子和費米子。質子和中子特別相似,除了中子不帶有電荷以外,中子的質量比質子僅僅高0.1%,它們的質量非常相近,因此它們可以視為同樣核子的兩種狀態,共同組成了一個同位旋二重態(),在抽象的同位旋空間做旋轉變換,就可以從中子變換為質子,或從質子變換為中子。這兩個幾乎相同的核子都感受到相等的強相互作用,這意味著強相互作用對於同位旋空間旋轉變換具有不變性。按照諾特定理,對於強相互作用,同位旋守恆。.
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汤川秀树
湯川秀樹(,),FRS,日本理论物理学家,理學博士。歷任京都大學、大阪大學名譽教授。京都市榮譽市民。勳一等旭日大綬章、文化勳章表彰,贈從二位。 湯川研究位在原子核內部使質子與中子結合的強交互作用,並在1935年發表推測其之間應有介子的存在。1947年,英國物理學家塞西爾·鮑威爾從宇宙線中發現π介子,同時也證明了湯川的理論。因此,湯川在1949年成為首位日本人諾貝爾獎得主。.
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介子和诺贝尔物理学奖得主列表之间的比较
介子有21个关系,而诺贝尔物理学奖得主列表有348个。由于它们的共同之处9,杰卡德指数为2.44% = 9 / (21 + 348)。
参考
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