一种通常绕着原子核公转的基本粒子。它属于叫做轻子的低质量物质粒子族，它具有-1的电荷。 电子属于亚原子粒子中的轻子类。轻子被认为是构成物质的基本粒子之一，即其无法被分解为更小的粒子。它带有1/2自旋，即又是一种费米子（按照费米—狄拉克统计）。电子所带电荷为- 1.6 × 10-19库仑，质量为9.10 × 10-31 kg (0.51 MeV/c2)。通常被表示为e-。电子的反粒子是正电子，它带有与电子相同的质量，自旋和等量的正电荷。 轻子--2：正电子 |
所谓正电子，是指质量、带电量与电子完全相同，但带正电的粒子，最早是由狄拉克从理论上预言的。1932年8月2日，美国加州工学院的安德森等人向全世界庄严宣告，他们发现了正电子。其实在安德森之前，曾有一对夫妇科学家——约里奥·居里夫妇（皮埃尔·居里夫妇的女婿与女儿）首先观察到正电子的存在，但他们并未引起重视，从而错过了这一伟大发现。这对居里夫妇也为人类作出过杰出贡献，他们除错过了正电子的发现外，还同样错过了中子的发现及核裂变的发现，以致于三次走到诺贝尔物理学奖的门槛前而终未能破门而入。但因他们在放射性方面的杰出贡献，他们仍获得了1935年的诺贝尔化学奖。 正电子，其质量为m=9.1×10-31千克，电量为g=+1.6×10-19库仑，自旋与电子相同。正电子是如何被检测出来的呢？这就要借助于电磁场中的云雾室了。 我们知道，每一种物质都存在饱和蒸汽压，当外界压强大于该物质的饱和蒸汽压时，这种物质的蒸汽就开始凝结成液滴。但是如果蒸气很纯净，这时即使外界压强超过了它的饱和蒸汽压，蒸汽却不会自动凝结，这就成了过饱和气体。如果这时在过饱和气体中加上一个很小的扰动，如带电粒子的存在或其它杂质的存在，气体就会以这个杂质为核心迅速凝结成小液滴。因此当带电粒子在过饱和蒸汽中飞行时，蒸汽就会沿着粒子飞行的径迹凝结，从而我们通过观测这些液滴的轨迹，就可以知道粒子的运动情况，这就是云雾室，是由著名物理学家威尔逊发明的。 正电子的发现也是利用云雾室来观测的。在云雾室中充入过饱和的乙醚气，当物质放射出正电子时，正电子穿过云雾室，在正电子运行轨道中出现液滴线，通过外加磁场测量 正电子的偏转方向及半径就可以知道它的带电符号，及荷质比（带电量与质量的比值）从而确定正电子的性质。正电子的发现开辟了一个新的研究领域，即反物质领域的研究。 |
1.中微子简介 静质量为零的中性轻子。常用符号ν表示。自旋为1/2，以光速运动。1931年W.泡利为了解释β衰变过程能量守恒、动量守恒问题，提出可能存在的中性粒子，1934年E.费米进一步阐明这一假说，并命名为中微子。 中微子只参与弱作用，具有最强的穿透力，理论计算表明，穿越地球直径那么厚的物质，在1010个中微子中只有一个会与质子或中子发生反应。由于中微子与物质间的相互作用极其微弱，中微子的检测非常困难。1942年王淦昌提出利用轨道电子俘获检测中微子的可行方案，1952年据此得到中微子存在的可靠间接证据；1953～1959年C.L.科温和F.莱因斯实验获得令人信服的直接证据。1957年实验上证明中微子与反中微子不同，在β+衰变中射出的是正电子和中微子νe，在β-衰变中射出的是电子和反中微子堸e。1962年，实验确认存在两种不同的中微子──与电子相伴的电中微子νe和与μ子相伴的μ中微子。重轻子τ发现后，有实验证据表明还存在和τ子相伴的τ中微子ντ。由于中微子不受强得多的强作用和电磁作用的影响，中微子是研究弱作用的惟一工具，是粒子物理学中很活跃的研究领域。近年来掀起了中微子静质量是否为零的检测热朝，目前尚无定论。 中微子：只受弱力和引力作用的极轻的（可能是无质量的）基本物质粒子。中微子的质量的存在决定于测量的方式。 2.中微子性质研究 同样地,我们认为地球内部的圈层结构也起源于外部粒子（或射线）与地球物质的作用。如果没有外部输入的能量的维持,地球的内部圈层结构就不可能形成，并在漫长的地质年代保持相对稳定。那么,是什么粒子或者宇宙射线能深入到地球内部并且供给地球能量呢? 这样的粒子或射线必须满足两个条件：一是其穿透性极强，能够轻松地进入地球内部；二是其通量足够大，能够为地球演化提供所必须的能量。通过对各种基本粒子和宇宙射线进行研究，我们发现，只有太阳中微子满足这两个条件。 中微子（neutrino）是奥地利物理学家泡利（W.Pauli）预言的一种不带电、静止质量极小或为零的中性小粒子（1930）。H.Bethe和R.Peierls经过估算得出中微子在原子核上浮获的截面约为10-43厘米/核子（1934）。柯温和莱因斯通过核反应堆发出的反中微子与质子碰撞证明了中微子的存在（1956），实验探测到的中微子的反应截面与H.Bethe和R.Peierls的估算基本吻合。据此，物理学家认为绝大多数中微子能够轻而易举地穿过地球以及其他任何行星和恒星。 太阳的能量来自太阳内部的热核反应,主要是氢（质子）的核聚变，这种反应同时产生大量中微子，向四周辐射。标准理论预言，在由四个质子（P）转变成一个氦原子核的过程中要释放两个中微子。太阳中微子抵达地球表面时的通量为:[2] F（υ）=2L⊙/[25（MeV）×4π（A）2]≈3.5×1012（中微子?厘米-2?秒-1） 到达地球的太阳中微子总能量为： E = F（υ）×每个中微子的能量 =3.5×1012中微子?厘米-2?秒-1×0.42MeV中微子-1 =1.47×1012MeV?厘米-2?秒-1 一年内到达地球的太阳中微子的能量为： E′= E×地球横截面积×一年的时间 =1.47×1012MeV?厘米-2?秒-1×πr2厘米2×（365.25×24×60×60）秒 =5.925×1037 MeV=9.48×1024焦耳 这个能量是地球每年以火山、地震和地表热流等形式消耗能量（约1.066×1021焦耳）的数千倍。所以，只要有千分之零点几的中微子被地球吸收，就足以为地球的各种演化提供能量。 中微子是一种幽灵般的神秘粒子。迄今为止，人们对中微子的研究都是间接的，有关中微子的性质也都是间接获得的，因而并非是确定性的。如中微子是否有质量，是否有磁距？中微子能否发生振荡？物理学家仍是仁者见仁，智者见智。 为了弄清中微子的性质，这里我们将中微子与中子进行类比。之所以将中微子与中子类比，是因为它们都是原子内的中性粒子。费米(Enrico Fermi)（1934）发现，中子与带电粒子相比，有一个非常独特的性质，即运动速度快的中子反应截面反而小，运动速度慢的中子反应截面反而大。例如，用快中子轰击各种元素时所引起的反应并不显著，但是当让快中子经过含氢的石蜡或水，使快中子减速变成慢（热）中子后轰击元素时，反应截面会大大增强。现在的核反应堆为了增大中子的反应截面，都使用慢化剂，以降低中子的速度。例如，经过慢化的与室温环境平衡的中子叫热中子，它的能量为0.0253电子伏，速度为2200米/秒，它引起235U裂变的截面高达582靶（1靶为10-24平方厘米），而裂变所放出的快中子，平均能量约为2兆电子伏，它引起235U裂变的截面仅有大约1靶。慢中子之所以较快中子容易参与反应，是因为运动速度慢的中子有更多的机会被原子核俘获。目前在核反应堆中使用慢化剂就是依据的这个原理。 据此我们也可以想见，当中微子被减速，使其运动速度（或频率）慢到与原子核内的中微子相近时，它便更容易参与反应（弱相互作用）。因此中微子应该有与中子相似的特性，即快中微子或者说高频率的中微子反应截面较小（不易与物质作用），但是经过一定物质散射、减速，频率变低或速度变慢的中微子反应截面则较大（容易与物质发生作用）。如果中微子果真有这些特性，那么地球演化中的许多现象就可以得到合理的解释。 3、地球内部圈层结构的形成 来自太阳的快中微子进入地球后,就被地球物质散射、减速而消耗能量,慢慢地就变成频率或速度与原子核中的中微子相近的慢（热）中微子，最后被地球物质吸收，并释放能量。由于太阳中微子的速度(能量)不同,而且各种能量的太阳中微子的分布也不均匀，即处于某种能量的中微子相对多一些，而处在另一种能量的中微子则要少一些，所以它们被减速、吸收的位置和形成的热效应也不一样,于是就形成了地球内部的圈层结构。少量太阳中微子能量较低，经过岩石圈（lithosphere）减速就变成了慢（热）中微子，并与岩石圈以下的物质作用，释放一定能量，使少量物质熔融，形成软流层（asthenosphere）。 由于中微子有磁距，所以中微子快速度运动时，必然产生电磁场，辐射到周围，同时中微子在海洋中的运动速度等于（或接近）光速，大于光在海水中的传播速度（光在海水中的传播速度为u=c/n=c/1.333=0.75c,其中，c为真空中的光速，n是光在水中的折射率）。于是，在透明的海水中产生契伦科夫辐射（Cerenkov radiation）,消耗部分能量。这是中微子除了被物质的原子与电子等散射外而额外消耗的能量。所以，在大洋下面，中微子经过较短的距离就能够变成慢（热）中微子，被物质吸收，释放能量，导致洋壳（oceanic crust）较陆壳（continental crust）薄，大洋下面的软流层上移。 多数快中微子必须经过整个岩石圈和地幔才能被减速成慢（热）中微子，在地表以下2900—5050公里处被吸收，释放巨大能量，导致物质熔融，形成液态外核。液态外核产生磁场，进一步加剧中微子的减速和吸收，释放更大的能量，这个能量又加剧了外核的熔融，这就是液态外核形成的根本原因。 轻子--4、μ子
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