基礎物理课件.ppt

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1、第四章物質間的基本交互作用4-3強作用力與弱作用力導論夸克間存在強交互作用力，在此力之作用下，自然界得以存在穩定的原子核。在中子衰變成電子及反微中子的過程我們會觀察到弱交互作用力，弱交互作用會對費米子、希格斯粒子、微中子造成影響。電子原子核強作用力---原子核的結構原子核與強作用力原子核半徑的大小只有原子半徑的十萬分之一左右，約1fm(10－15m)。原子核中具有正電荷的質子和中性的中子。中子質子因為質子間存在靜電排斥力，所以要將多個質子和中子束縛在原子核這麼小的距離範圍，必存有一很強的作用力來克服原子核內質子之間的庫侖斥力，此稱為強作用力。夸克

2、結合形成質子和中子也是藉由強作用力。強作用力是由粒子中「色荷」所產生的。基本費米子(夸克及輕子)皆具有色荷強作用力—原子核穩定的因素夸克、輕子的種類夸克：上夸克、下夸克、魅夸克、奇夸克、頂夸克、底夸克。輕子：電子、電子微中子、μ介子、μ介子微中子和τ介子、τ介子微中子。強作用力—基本性質強作用力之基本性質原子核中核子間的強作用力並不隨著原子核的增大而增加，故核力的作用範圍應僅和原子核中核子間的距離大小相當(約10-15公尺)，超過該作用範圍，強作用力即迅速衰減。強作用力的大小約為電磁力的100倍。弱作用力的發現--原子核的衰變核衰變的現

3、象由母原子核放射出一種粒子，然後轉變成另一種不同的原子核之現象稱為核衰變。依所放射出粒子的不同，可分為：α衰變β衰變γ衰變(高能量電磁波)弱作用力與原子核的β衰變過程有關β衰變原子核的β衰變過程會放射出一個電子和一個反微中子（　），或者是一個正子和一個微中子。β衰變微中子1930年，包立根據β衰變的實驗，提出微中子存在的假說。微中子是一種沒有電荷，且質量極小的粒子。微中子因不帶電和物質之間的交互作用非常微弱，實驗上很難發現。這也是為什麼實驗上一直要到β衰變被發現後的60年之後（1956年），才證實微中子的存在。β衰變的成因由於β衰變的過程，無法以

4、重力、電磁力或強作用力來解釋，顯然自然界中尚有另一種交互作用力，即「弱交互作用（或弱力）」。中子衰變為質子的過程也是弱交互作用，為宇宙中基本粒子演化成不同原子的重要過程。弱交互作用是由粒子中的「弱荷」所引起的。基本費米子(夸克及輕子)皆具有弱荷。β衰變的成因由於弱作用力一般發生在原子核的核子之中，故其作用力影響的範圍比強作用力更短，大約在10－3飛米(10－18公尺)左右。四種基本作用力的相對強弱比較四大基本作用力的整合重力強作用力弱作用力電磁力電弱作用力1960年代至1970年代，格拉肖等人的努力，弱作用力與電磁作用力被統合為電弱作用力。大一統

5、理論？強作用力與電弱作用力的整合（所謂「大一統理論」）也因夸克的相繼發現，而有很大的進展。進一步整合重力則一直是一大挑戰。物理學家們一直努力嘗試把所有的交互作用統一成一種交互作用，目前已有部分成功。範例1太陽能夠發光、閃亮的星星能出現在天上、人們可以安穩地站在地表上等，這些現象與其背後作用力的相關性，哪些正確？(A)太陽會發光，是因為它會發生核子反應，在高溫的環境下，氣體會游離出去，只剩原子核；原子核帶正電，其間具有很強的排斥力，是靠強作用力讓帶正電的質子吸引在一起的，也因此才能產生核子反應(B)原子核彼此間會有一些衰變，放出電子而變成另一種原子

6、核，因而會產生多樣的元素，這是原子核間的弱作用力造成的範例1(C)以最簡單的元素「氫」來說，在它的中間有一個原子核，外面則有一個電子，因此它們彼此間也具有電磁力作用(D)我們可以在地表上安穩地站立，就是因為地球的萬有引力把我們拉住了(E)太陽溫度很高，由一群帶正電和帶負電的物質混合在一起，稱為電漿；然而對地球而言，太陽是不帶電的，但太陽對我們卻具有很強的萬有引力，所以電磁力是小於萬有引力的。範例1答案答案：(A)(B)(C)(D)在相同的尺度下，電磁力是遠大於萬有引力的，故(E)錯。