什么是质子与反质子?仔细些,我对物理一无所知

Question

什么是质子与反质子?
仔细些,我对物理一无所知

Answer 1

1、质子
质子是1919年卢瑟福任卡文迪许实验室主任时,用α粒子轰击氮原子核后射出的粒子,命名为proton,这个单词是由希腊文中的“第一”演化而来的.欧内斯特·卢瑟福被公认为质子的发现人.1918年他注意到在使用α粒子轰击氮气时他的闪烁探测器纪录到氢核的迹象.卢瑟福认识到这些氢核唯一可能的来源是氮原子,因此氮原子必须含有氢核.他因此建议原子序数为1的氢原子核是一个基本粒子.在此之前尤金·戈尔德斯坦（Eugene Goldstein）就已经注意到阳极射线是由正离子组成的,但他没有能够分析这些离子的成分.
原子核中所含质子数等于该元素的原子序数.氢原子最常见的同位素的原子核由一个质子构成.其它原子的原子核则由质子和中子在强相互作用下构成.在水中被溶解的氢离子实际上就是质子.质子在化学和生物化学中起非常大的作用.可以在水溶液中提供质子的物质一般被称为酸,可以在水溶液中吸收质子的物质一般被称为碱.
质子静止质量938MeV,是电子的1836倍.带有+1元电荷（约1.60×10^-19 C）,量值与电子电荷绝对值相同.质子是稳定粒子,平均寿命大于1032年.高能电子、μ子或中微子轰击质子的散射实验表明质子的电荷和磁矩有一定的空间分布,因此质子不是点粒子,而具有一定的结构.目前认为质子是由所谓夸克的基本粒子构成,由两个+2/3电荷的上夸克和一个-1/3电荷的下夸克通过胶子在强相互作用下构成.
质子与质子间,除了有电磁相互作用之外,还有强得多的强相互作用.这种强相互作用与质子中子间以及中子中子间的强相互作用完全相同,是构成结合为原子核的核力.核力与电荷的无关性说明质子与中子可以看成是同一种粒子的两种不同电荷状态,这一性质导致用同位旋概念来描述：质子和中子是同位旋I相同、同位旋第三分量I3不同的两种状态,原子核的同位旋可由质子和中子的同位旋“合成”得到.
质子是核物理和粒子物理实验研究中用以产生反应的很重要的轰击粒子,在核物理中质子常被用来在粒子加速器中加速到近光速后用来与其它粒子碰撞,这样的试验为研究原子核结构提供了极其重要的数据.慢速的质子也可能被原子核吸收用来制造人造同位素或人造元素.核磁共振技术使用质子的自旋来测试分子的结构.质子也是宇宙射线中的主要成分.
质子的反粒子是反质子,反质子是1955年埃米利奥·塞格雷和欧文·张伯伦发现的,两人为此获得了1959年的诺贝尔物理学奖.
2、反质子
反质子的发现
正电子的发现证实了狄拉克反粒子理论,一些理论物理学家开始认真对待这一理论.1934年泡利与克拉夫证明,即使不能形成稳定的负能粒子海,也会有相应的反粒子存在.于是人们就开始寻找其他粒子的反粒子.
早在1928年,狄拉克便预言了反质子的存在,但证实它的存在却花了20多年的时间.根据狄拉克的理论,反质子的质量与质子相同,所带电荷相反,质子与反质子成对出现或湮没,用两个普通的质子碰撞便可获得反质子,但反质子的产生阈能为6.8GeV.1954年,在加利福尼亚大学的劳伦斯辐射实验室,建成了64亿电子伏的质子同步稳相加速器,这为寻找反粒子提供了条件.1955年,张伯伦和塞格雷用上述加速器证实了前一年人们所观测的反质子的存在.由于反质子出现的机会极少,大约每1000亿高能质子的碰撞,才能产生数量很少的反质子,因而证实反质子的存在极为困难.1955年他们这个实验小组测到60个反质子.由于偶然符合本底不大,记数系统虽不算好,但较为可信.
不久他们又发现反中子.尽管高能粒子打靶时也能产生反中子,但是由于反中子不带电,更难从其他粒子中鉴别出来.他们是利用反质子与原子核碰撞,反质子把自己的负电荷交给质子,或由质子处取得正电荷,这样,质子变成了中子,而反质子则变成了反中子.
鲁比亚,C.在正反质子对撞机上进行几百吉电子伏的对撞实验,发现了现代弱电统一理论所预言的传力子,因而获得1984年度诺贝尔奖金物理学奖.
1979年10月30日,美国科学家最近利用高空气球,测出了星际空间的反物质流.这是在地球上的实验室以外第一次发现反物质.
美国新墨西哥州立大学的科学研究人员最近把60层楼高的充氦大气球放到35公里的高空.气球上装载了5000
磅重的高灵敏度科学探测器材,其中包括一个300磅重的低温超导磁体.气球在高空中飞行了8个小时,它的探测器的磁场测获了28个反质子.
科学家们认为,这一发现对宇宙起源的研究将发生重要影响