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電子與什么是處于同一層次的粒子

生活經驗電子

電子與什么是處于同一層次的粒子
從物質層次看 ， 電子與質子、中子是處于同一層次的粒子 。經典化學里，物質的基本組成單位是原子 ， 原子相互結合形成分子，原子中又含有質子、中子和電子，盡管電子的質量遠遠低于質子和中子，但是它所帶的電荷卻可以和質子對應而保持原子電荷平衡 。
物質是由分子組成的，分子又是由原子組成的，原子又是由原子核和核外電子組成的，原子核是由質子和中子組成的，故處于同一層次的應為質子和中子 。
類似于同一元素可以分類為不同的同位素，同一粒子也可以采用不同的方式進行分類 。同位素是同一元素的不同原子，其原子具有相同數目的質子 ， 但中子數目卻不同 。類似地，同一粒子也可以采用不同的方式進行分類 。
怎么知道粒子的電子層排布相同呢電子排布相同就是指粒子的核外電子在電子軌道、空間結構等反面相同，這個比較復雜，這里很難細說 。電子層結構相同就是核外電子的分布表觀上相同，如氖原子：2，8
電子與什么處于同一層次的例子A、由圖示可知這兩種微粒的核內質子數相同，所以兩者屬同種元素；
B、由兩者的微粒結構示意圖可知兩者的核外電子層數都是3，最外層電子數都是8；
C、原子中質子數一定等于核外電子數，而這兩種微粒中

電子與什么是處于同一層次的粒子

文章插圖
的質子數與電子數不等，所以它是離子結構示意圖；
D、粒子的穩定結構一般是最外層電子數是8（氦時2），由圖示可知兩者的最外層電子數都是8 ， 所以兩種粒子都具有穩定結構；
故選C
中子,質子,電子,原子之間有什么關系?【電子與什么是處于同一層次的粒子】一、 質子、中子不是點狀粒子
對于物質結構的探索是科學的重要任務,自從有人類出現, 這種探索從來沒有停止過.在19 世紀,人們逐漸弄清楚物質是 由分子原子構成的.1932年查德威克發現了中子,人們認識到原 子核應由質子和中子構成.人們對物質結構的研究就如剝筍一樣 層層盤剝下去,每一個層次的發現,都是對物質結構認識的深化. 在原子核層次下面,質子和中子是否還有其內部結構呢?
質子和中子不是點粒子,它們都具有內部結構.在30年代, 理論物理學家認為作為核子的質子和中子是基本粒子,應該象點 粒子,根據狄拉克的相對論性波動方程,質子的磁矩是一個單位 核磁子,中子由于不帶電,因而磁矩是零.但出乎意料的是,實 驗家斯特恩測得的質子磁矩卻為5.6個單位核磁子,中子磁矩也不 是零,而是-3.82個單位核磁子,與點粒子理論相悖.這些都清楚地 說明質子、中子并不是我們想象的那樣簡單,它們可能是具有內 部結構的.60年代,霍夫斯塔特等人用高能電子轟擊核子,證明 核子電荷呈彌散分布,核子的確具有內部結構[1].既然核子并 不是點粒子,那么其內部的物質是怎樣分布的呢?也許有三種情 形：或者核子內有一個硬核,核子象一枚桃子；或有許多顆粒, 象石榴一樣有許多子；或沒有顆粒,疏松如棉絮狀.具體屬哪一 種情形,要靠深度非彈性散射實驗來作進一步決定.
深度非彈性散射實驗指用極高能電子去撞擊質子或中子,使 后者激發到一個個分立的能級即共振態,甚至達到使π介子離化 出來的連續激發態.非彈性散射實驗會改變質子、中子的靜止質 量.實驗表明,質子、中子內部有一個個點狀的準自由的粒子, 它們攜帶有一定動量和角動量.那么質子、中子內的這些點狀粒 子是什么呢?具有些什么性質?
二、 夸克模型
1964年,美國科學家蓋爾曼（見右上圖）提出了關于強子結 構的夸克模型.強子是粒子分類系統的一個概念,質子、中子都 屬于強子這一類.“夸克”一詞原指一種德國奶酪或海鷗的叫聲. 蓋爾曼當初提出這個模型時,并不企求能被物理學家承認,因而 它就用了這個幽默的詞 .夸克也是一種費米子,即有自旋1/2 . 因為質子中子的自旋為1/2,那么三個夸克,如果兩個自旋向上, 一個自旋向下,就可以組成自旋為1/2的質子、中子.兩個正反 夸克可宰槌勺孕?牧W櫻?淺莆?樽櫻?紱薪樽印? J/ψ子,后者由丁肇中等人于1974年發現,它實際上是由粲夸克 和反粲夸克組成的夸克對.凡是由三個夸克組成的粒子稱為重子, 重子和介子統稱強子,因為它們都參與強相互作用,故有此名. 原子核中質子間的電斥力十分強,可是原子核照樣能夠穩定存在, 就是由于強相互作用力（核力）將核子們束縛住的.由夸克模型, 夸克是帶分數電荷的,每個夸克帶+2/3e或-1/3e電荷（e為質子 電荷單位）.現代粒子物理學認為,夸克共有6種（味道）,分 別稱為上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、頂夸克、底夸克,它 們組成了所有的強子,如一個質子由兩個上夸克和一個下夸克組 成,一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成,則上夸克帶 +2/3e電荷,下夸克帶-1/3e電荷.上、下夸克的質量略微不同. 中子的質量比質子的質量略大一點點,過去認為可能是由于中子、 質子的帶電量不同造成的,現在看來,這應歸于下夸克質量比上 夸克質量略大一點點.
質子和中子的組成：一個質子由兩個上夸克和一個下夸克 組成,一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成
雖然夸克模型當時取得了許多成功,但也遇到了一些麻煩, 如重子的夸克結構理論認為,象Ω-和Δ++這樣的重子可以由三個 相同夸克組成,且都處于基態,自旋方向相同,這種在同一能級 上存在有三個全同粒子的現象是違反泡利不相容原理的.泡利不 相容原理說的是兩個費米子是不能處于相同的狀態中的.夸克的 自旋為半整數,是費米子,當然是不能違反泡利原理的.但物理 學家自有辦法,你不是說三個夸克全同嗎?那我給它們來個編號 或著上“顏色”（紅、黃、藍）,那三個夸克不就不全同了,從 而不再違反泡利原理了.的確,在1964年,格林伯格引入了夸克 的這一種自由度——“顏色”的概念.當然這里的“顏色”并不 是視覺感受到的顏色,它是一種新引入的自由度的代名詞,與電 子帶電荷相類似,夸克帶顏色荷.這樣一來,每味夸克就有三種 顏色,夸克的種類一下子由原來的6種擴展到18種,再加上它們 的反粒子,那么自然界一共有36種夸克,它們和輕子（如電子、 μ子、τ子及其相應的中微子）、規范粒子（如光子、三個傳遞控 制夸克輕子衰變的弱相互作用的中間玻色子、八個傳遞強（色） 相互作用的膠子）一起組成了大千世界.夸克具有顏色自由度的 理論得到了不少實驗的支持,在70年代發展成為強相互作用的重 要理論——量子色動力學.
三、量子色動力學及其特點
“量子色動力學”這一名稱聽起來有點可怕,念起來有點拗 口,應該這樣念：量子/色/動力學.這個理論認為,夸克是帶有 色荷的,膠子場是夸克間發生相互作用的媒介.這不禁讓我們想 起電子是帶有電荷的,傳遞電子間相互作用的媒介是電磁?。ü?子?。?的確,關于電荷的動力學我們早已有了,它叫“量子電 動力學”,發展于三四十年代.一般讀者對電磁相互作用都有點 熟悉,因此就以它為例來理解質子中子內的色相互作用.電磁場 的麥克斯韋方程的量子化就是量子電動力學,具體地說,量子電 動力學就是研究電子和光子的量子碰撞（即散射）的,自然,量 子色動力學是研究夸克和膠子的量子碰撞的.
膠子是色場的量子,就象光子是電磁場的量子一樣.膠子 和光子都是質量為0、孕?、傳遞相互作用的媒介粒子,都屬 于規范粒子.兩個電子發生相互作用是靠傳遞一個虛光子而發生 的（虛光子只在相互作用中間過程產生,其能量和動量不成正比, 不能獨立存在,在產生后瞬時就湮滅.由相對論知道,自由運動 的電子不能發射實光子,但可以發射虛光子.給予我們光明和熱 能的是實光子,它的能量和動量成正比,脫離源后,能獨立存 在）,自然,兩個夸克發生相互作用是靠傳遞一個虛膠子而發生 的.虛膠子攜帶著一個夸克的部分能量和動量,交給另一個夸克, 于是兩個夸克就以膠子為紐帶發生了相互作用.看到這里,我們 會說,不是重復了一下嗎?量子色動力學可以由量子電動力學依 葫蘆畫瓢建立起來,真是太容易了!不過實際上沒有這么簡單. 按群論的語言講,電磁場是U（1）規范場,是一種阿貝爾規范場, 群元可以交換,而膠子場是SU(3)規范場,是一種非阿貝爾規范 場,群元不可以交換.一般來說,“非”總比“不非”要麻煩得 多.電荷只有一種,而色荷卻有三種（紅、黃、藍）；U(1)群的 生成元只有一個,就是1,所以光子只有一種,而SU(3)群有八個 生成元,一個生成元對應一種膠子,所以膠子共有八種；光子不 帶電荷,而膠子場由于是非阿貝爾規范場,場方程具有非線性項, 體現了膠子的自相互作用,因而膠子也帶色荷,夸克發射帶色的 膠子,自身改變顏色.所以膠子場比電磁場復雜,因而出現了許 多不同尋常的現象和性質,其中最重要的恐怕要數“漸近自由” [2-3]和“夸克幽禁”[4-6]了.
“漸近自由”說的是兩個夸克之間距離很小時,耦合常數也 會變得很小,以致夸克可以看成是近自由的.耦合常數變小是由 于真空的反色屏蔽效應引起的.真空中的夸克會使真空極化（即 它使真空帶上顏色）,夸克與周圍真空的相互作用導致由真空極 化產生的虛膠子和正反虛夸克的極化分布,最終效果使夸克色荷 變大,這稱為色的反屏蔽效應（對于電荷,剛好相反,由于真空 極化導致電荷吸引反號電荷的虛粒子,所以總電荷減少,這稱為 電的屏蔽效應.與它作比較,色的反屏蔽效應這一術語由此而 來）.由于這一效應,在離夸克較小距離上看來,大距離的夸克 比它帶的色荷多,所以小距離上強作用相對而言變弱了,這就是 所謂“漸近自由”.漸近自由是量子色動力學的一項重要成果, 它使得高能色動力學可以用微擾理論計算.但是在低能情形或者 說大距離情形,由于耦合常數變強及存在幽
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