GIAO TRINH CHƯƠNG 8 vật LÝ HẠT NHÂN HẠT cơ BẢN p2

Chúng ta biết gì về vật chất?-Các nhà triết học cổ Hy Lạp cho rằng vũ trụ được cấu thành từ những phần tử nhỏ bé không thể "cắt nhỏ" được nữa mà họ gọi là nguyên tử -Hơn 2000 năm sau,

Chúng ta biết gì về vật chất?

-Các nhà triết học cổ Hy Lạp cho rằng vũ trụ được cấu thành từ những phần tử nhỏ bé không thể "cắt nhỏ" được nữa

mà họ gọi là nguyên tử

-Hơn 2000 năm sau, chúng ta vẫn còn tin rằng điều đó là đúng, mặc dù bản chất của những viên gạch cơ bản nhất đó

cũng đã tiến hóa rất nhiều

-Vào những năm 1930, những công trình tập thể của Joseph John Thomson, Ernest Rutherford, Niels Bohr và James

Chadwick đã cho ra đời một mô hình nguyên tử giống như hệ mặt trời

-"mẫu hành tinh“ nguyên tử không phải là thành phần sơ cấp nhất của vật chất mà là được tạo thành từ một hạt nhân

chứa proton và neutron với đám mây electron bao quanh

-1968, những thí nghiệm được tiến hành trên máy gia tốc tuyến

tính ở Standford, Hoa Kỳ, đã cho thấy rằng các proton và neutron

cũng không phải là các hạt cơ bản nhất, chúng lại được cấu tạo

bởi ba hạt nhỏ hơn, đó là các hạt quark

-Thực nghiệm cũng khẳng định sự tồn tại của hai loại quark:quark u (up) và quark d (down) Proton được tạo bởi hai quark u và một quark d còn

-Tất cả mọi vật mà bạn thấy trong thế giới ở mặt đất cũng như trên

trời đều được tạo từ tổ hợp các electron, các quark u và các

quark d

-Vào giữa những năm 1950 bằng thực nghiệm xác thực cho loại hạt

cơ bản thứ tư gọi là hạt nơtrinô (neutrino) rất khó phát hiện vì

chúng rất hiếm khi tương tác với các hạt vật chất khác: Một neutrino

có năng lượng trung bình có thể đi qua một tấm chì dày hàng

ngàn kilômét mà chuyển động của nó không mảy may chịu một

ảnh hưởng nào

-Một hạt cơ bản khác có tên là mêzôn (muon) đã được phát hiện

vào cuối những năm 30 bởi các nhà vật lý nghiên cứu tia Vũ trụ (đó

là những trận mưa hạt tới từ không gian Vũ trụ thường xuyên tới

bắn phá Trái Đất) Muon rất giống electron chỉ có điều khối lượng

của nó lớn hơn cỡ 200 lần

-Nhờ những công nghệ ngày càng tân tiến hơn tiếp tục bắn phá

các khối vật chất với năng lượng ngày càng cao hơn Phát hiện

thêm 4 hạt quark mới, đó là quark c (charm), quark s (strange),

quark b (bottom), quark t (top) và hạt họ hàng thứ hai của

electron có tên là neutrino-mu và neutrino-tau

-Ứng với mỗi một hạt còn có một phản hạt, có cùng khối lượng

với hạt, nhưng một số đặc tính khác của nó thì ngược lại vd điện

tích trong trường hợp electron và pozitron, mômen từ trong

trường hợp nơtron và phản nơtron

-Khi va chạm, hạt và phản hạt của nó huỷ nhau và phát ra bức

xạ hoặc các hạt khác (hiện tượng huỷ cặp) Các PH có thể tạo ra

phản nguyên tử và phản vậtchất, nhưng chúng không bền

- Khi vật chất gặp phản vật chất, chúng sẽ huỷ nhau để chỉ tạo

ra năng lượng thuần tuý, chính vì lẽ đó mà chỉ có rất ít phản vật

chất có trong tự nhiên của thế giới bao quanh chúng ta

Khối lượng (GeV/c 2 )

điện tích (e)

muon

tau

QUARKS

Q = 2/3 quark up u quark charm c quark top t

QUARKS

Q = -1/3 quark down d quark strange s quark bottom b

LEPTONS

Q = -1 électron e- muon m- tau t

-LEPTONS

Q = 0

neutrino

électronique ne

neutrino muonique nm

neutrino

du tau nt

Họ I Họ II Họ III

-Các nhà vật lý cũng đã phát hiện được một loại sơ đồ sắp xếp

các hạt: các thành phần cấu tạo nên vật chất được tổ chức

thành ba nhóm hay thường được gọi là ba họ như sau

-Mỗi họ đều chứa hai quark, một electron hay một trong số hai hạt họ hàng của nó cùng với neutrino gắn với chúng Các

loại hạt tương ứng trong cả ba họ đều có tính chất như nhau, chỉ

có điều khối lượng của chúng lớn dần từ họ thứ nhất tới họ thứ

ba

Họ I

Neutrino-eclectron

Họ II

Họ III

Tài liệu tham khảo

Phân loại & tên Điện tích q/e

Thời gian sống (s)

Tính ra

me

Tính ra MeV/c 2

Leptôn

Nơtrinô Electron e -

Mêzôn μ

-0 1 206,7

0 0,511 105,369

0 -1 -1

∞

∞ 2,2.10 6

Hađrôn

Mêzôn π 0

Mêzôn π ±

Mêzôn K +

Mêzôn K 0

264,2 273,2 965 966

135,01 139,60 493 497

0

±1 +1 0

0,8.10 -16 2,6.10 -8 1,2.10 -8 5.10 -8

10 -10

Barion

Nuclôn p Nuclôn n Hypêron

Λ 0

∑ +

∑ 0

∑

-Ξ

-Ξ 0

Ω

-1836,1 1838,6 2182 2320 2324 2341 2571 2585 3278

938,256 939,550 1115,40 1189 1192 1197 1314 1320 1672

+1 0 0 +1 0 -1 0 -1 -1

>10 39 887 2,6.10 -10 0,8.10 -10 7,4.10 -10 1,48.10 -10 2,9.10 -10 1,6.10 -10 0,8.10 -10

Bảng một số hạt sơ cấp

-Ở mức vi mô, mỗi một lực đều tương ứng với một loại hạt

mà ta có thể hiểu như là một “bó” nhỏ nhất của lực đó

photon -hạt tương tác gắn với lực điện từ ;

boson- hạt tương tác gắn với lực tương tác yếu

gluon - hạt tương tác gắn với lực tương tác yếu

graviton - hạt tương tác gắn với lực hấp dẫn, mặc dù còn

chưa có những khẳng định bằng thực nghiệm, nhưng các nhà

vật lý hầu như đã tin vào sự tồn tại của chúng

Bốn lực cơ bản:

-Lực hấp dẫn là lực quen thuộc nhất Khối lượng của một vật

là thước đo lực hấp dẫn mà nó có thể tác dụng cũng như lực

hấp dẫn mà nó có thể bị tác dụng

-Lực điện từ: điện tích của hạt đóng vai trò đối với lực điện từ

như là khối lượng đối với lực hấp dẫn: nó xác định cường độ

của lực điện từ mà hạt đó có thể tác dụng cũng như cường độ

phản ứng của nó đối với lực ấy

-Các lực tương tác (hạt nhân) mạnh và yếu ít quen thuộc

hơn, đơn giản là vì cường độ của chúng giảm rất nhanh ở

ngoài thang kích thước dưới nguyên tử Nhờ lực hạt nhân

mạnh mà các quark vẫn còn “dính” với nhau ở bên trong các

proton và neutron cũng như giữ chặt chính các hạt này bên

trong hạt nhân nguyên tử Còn lực yếu là lực gây ra sự phân

rã phóng xạ của một số nguyên tố như uranium, cobalt

-Vũ trụ sẽ khác đi rất nhiều nếu ta làm thay đổi , dù chỉ là tí

chút, những tính chất của vật chất và các hạt tương tác Ví

dụ, sự tồn tại của các hạt nhân bền vững tạo nên hơn một

trăm nguyên tố trong Bảng tuần hoàn phụ thuộc một cách sít

sao vào tỷ số giữa cường độ của lực hạt nhân mạnh và

cường độ của lực điện từ

- Mật độ lớn của vật chất trong lõi của các ngôi sao có tác

dụng duy trì lò lửa hạt nhân trong đó và dẫn tới sự phát sáng

của các ngôi sao

-Vũ trụ của chúng ta như nó hiện nay là bởi vì vật chất và các

tương tác của chúng có những tính chất như chúng đang có

1 Giai điệu dây và Bản giao hưởng vũ trụ

(The Elegant Universe) của Brian Greene

2 Vật lý đại cương tập ba, phần hai do Đỗ Trần Cát-Đặng

Quang Khang-Nguyễn Văn Trị-Phùng Văn Trình-Nguễn Công Vân

Tài liệu tham khảo