轻子
电子，\(\tau\) 子和 \(\mu\)子是轻子
重子
质子、中子是重子
baryons
由三个夸克组成
- 质子：
- 中子：
mesons（介子）
由一个夸克和一个反夸克组成的强相互作用粒子。属于强子家族
玻色子
自旋为整数。
| 粒子 | 自旋 |
|---|
费米子
自旋为半整数。根据自旋角动量耦合的规律，偶数个费米子形成的束缚态也算玻色子。
| 粒子 | 自旋 |
|---|---|
| 中微子 | \(\frac{1}{2}\) |
- 电子的质量是\(511KeV/c^2\)
- 康普顿波长是\(\lambda=\frac{h}{mc}\)
原子轨道
高中化学里学过了s,p,d,f轨道，这些指的是原子外部的电子排布。
- s轨道最多容纳2个电子
- p轨道最多容纳6个电子
- d轨道最多容纳10个电子
- f轨道最多容纳14个电子
排布的顺序：\(1s->2s->2p->3s->3p->4s->3d->4p->5s->5p->6s->4f->5d->6p->\dots\)
其中 数字\(1,2,3,4,\dots\)表示主量子数，字母\(s,p,d,\dots\)表示轨道角动量量子数，我们也可以用大写字母来表示电子层数（主量子数），\(K:n=1,L:n=2,M:n=3,N:n=4,\dots\)。
| 字母 | 轨道角动量量子数 |
|---|---|
| s | l=0 |
| p | l=1 |
| d | l=2 |
| f | l=3 |
原子物理中又出现了:
\[^{2s+1}L_J \]其中s表示总自旋角动量，L表示总轨道角动量，J表示总角动量。
选择规则
- 主量子数：不受限，只要符合能量守恒，跃迁可以发生在任意两个不同的能级之间。
- 总角动量量子数：\(\Delta L=0,\pm 1\)
- 轨道角动量量子数：\(\Delta l=\pm 1\)
- 磁量子数：\(m=0,\pm 1\)
- 自旋角动量量子数：\(\Delta s=0\)
- 总轨道角动量量子数：\(\Delta j=0,\pm 1\)
类氢原子能级公式
氢原子能级公式：
\[E_n=-\frac{\mu e^4}{2\hbar^2}\frac{1}{n^2} \]氢原子半径：
氢原子的结合能：
类氢原子能级公式：
其中13.6是氢原子基态能量,z是类氢原子的原子序数（质子数），n是能级。
类氢原子的结合能：
其中\(E_0\) 是氢原子的结合能为13.6eV，z是原子序数。
元素周期表
- 原子序数（z）：原子的质子数。决定了元素的种类。
- 质量数（A）：原子的质子数和中子数之和。可以用来区分同位素。
stark effect
现象：外加电场下原子的能级会发生分裂，导致光谱分裂。
原因：电场与原子内部的电偶极矩相互作用而使原子电子的能级发生分裂
自旋：与自旋无关。仅当存在强自旋-轨道耦合时，自旋可能通过这种耦合作用简介影响stark效应
zeemann效应
外加磁场引起原子的能级分裂
精细结构
相对论效应包括自旋轨道耦合引起的能级分裂
超精细结构
原子核的磁矩和电子之间的相互作用引起的能级分裂
lamb位移
由于量子电动力学引起的微小能级分裂，解释了2s和2p能级的非简并性
相互作用
强相互作用
- 传递粒子：胶子
- 将夸克束缚在一起形成质子、中子等强子
- 力程：\(10^{-15}\)米，很强
电磁相互作用
- 传递粒子：光子
- 带电粒子之间的相互作用，电子和质子等
- 作用范围无限，强度岁距离平方成反比
弱相互作用
- 传递粒子：W和Z玻色子
- 夸克和轻子之间的相互作用，尤其是放射性衰变过程
- 力程：\(10^{-18}\)米，强度较弱
引力相互作用
- 传递粒子：引力子
- 所有具有质量的物体之间的相互作用
- 作用范围无限，强度极弱
康普顿散射实验
\(\Delta \lambda=\frac{\hbar}{m_e c}(1-cos\theta)\)
费米子（fermions）
遵循费米-狄拉克统计的粒子，具有半整数的自旋，费米子是组成物质的基本单元，分为夸克（quarks）和轻子（leptons）。
轻子(leptons)
只参与弱相互作用和电磁相互作用。轻子有三代，每一代包括一个带电轻子和一个中微子。
| 粒子 | 带电量 | 质量(\(\frac{MeV}{c^2}\)) | 相互作用 |
|---|---|---|---|
| 电子(electrons) | -e | 0.511 | 电磁、弱相互作用 |
| 电子中微子(electron neutrino) | 0 | <0.0002 | 弱相互作用 |
| \(\mu\)子(muon) | -1 | 105.66 | 电磁、弱相互作用 |
| \(\mu\)子中微子(muon neutrino) | <0.17 | 弱相互作用 | |
| \(\tau\)子 | -1 | 1776.86 | 电磁、弱相互作用 |
| \(\tau\)子中微子(tau neutrino) | 0 | <18.2 | 弱相互作用 |
夸克（quarks）
| 粒子 | 电荷 | 质量 | 相互作用 |
|---|---|---|---|
| 上夸克 u | +2/3 | 2.2 | 强，弱，电相互作用 |
| 下夸克 d | -1/3 | 4.7 | 强，弱，电相互作用 |
| 粲夸克 c | +2/3 | 1280 | 强，弱，电相互作用 |
| 奇夸克 s | -1/3 | 96 | 强，弱，电相互作用 |
| 顶夸克 t | +2/3 | 173000 | 强，弱，电相互作用 |
| 底夸克 b | -1/3 | 4180 | 强，弱，电相互作用 |
重子（baryons）
由三个夸克组成
| 粒子 | 电荷 | 质量 | 相互作用 |
|---|---|---|---|
| 质子 proton | +1 | 938.27 | 强，弱，电相互作用 |
| 中子 neutron | 0 | 939.57 | 强，弱相互作用 |
| \(\Lambda\)粒子 | 0 | 1115.68 | 强，弱相互作用 |
| \(\Sigma\)粒子 | +1,0,-1 | -1190-1385 | 强，弱，电相互作用 |
| \(\xi\)粒子 | -1,0 | -1314-1530 | 强，弱相互作用 |
| \(\Omega\)粒子 | -1 | 1627.45 | 强，弱相互作用 |
玻色子(bosons)
玻色子是自旋为整数的粒子，他们是相互作用的媒介粒子，分为规范玻色子和希格斯玻色子
介子（mesons）
由一个夸克和一个反夸克组成
| 粒子 | 电荷 | 质量 | 相互作用 |
|---|---|---|---|
| \(\pi\)介子 pion | 强，弱相互作用 | ||
| k 介子 kaon | 强，弱相互作用 | ||
| \(\eta\)介子 eta | 强相互作用 | ||
| \(\rho\)介子 rho | 强相互作用 | ||
| \(J/Psi\)介子 J/psi | 强，弱相互作用 |
规范玻色子（guage bosons）
| 粒子 | 电荷 | 质量 | 相互作用 |
|---|---|---|---|
| 光子 photon | 0 | 0 | 电磁相互作用 |
| W粒子 W boson | 弱相互作用 | ||
| Z粒子 | 0 | 弱相互作用 | |
| 胶子 gluon | 0 | 0 | 强相互作用 |
希格斯玻色子
| 粒子 | 电荷 | 质量 | 相互作用 |
|---|---|---|---|
| 希格斯玻色子 | 0 | 125.1 | 自发对称性破缺 |
动量中心系（center-of-momentum）
在一个参考系中，系统的总动量为零的状态。这意味着两个对撞的粒子以相等大小，相反的方向运动
氢原子能级的修正
- 精细结构：自旋轨道耦合和相对论效应引起的能级微小分裂，在\(10^{-4}eV\)能级
- lamb位移：量子点动力学效应引起来的能级修正，电子与虚光子的相互作用引起的。\(10^{-6}eV\)
- 超精细结构：电子自旋和原子核自旋的相互作用引起的，\(10^{-9}eV\)
\(\beta\)衰变
n->p+e+v
会导致电子能谱变宽