Bài giảng thiên văn học: 11 particles and forces

 Các loại hạt cơ bản  Cấu tạo của vật chất  Hạt truyền tương tác  Bốn loại lực cơ bản trong tự nhiên... Nó gồm các electron điện tử chuyển động quanh hạt nhân ở giữa hạt nhân gồm các

Diễn giả: ĐẶNG VŨ TUẤN SƠN

VIETNAM ASTRONOMY & COSMOLOGY ASSOCIATION

CÁC NỘI DUNG CHÍNH

 Hạt cơ bản là gì?

 Các loại hạt cơ bản

 Cấu tạo của vật chất

 Hạt truyền tương tác

 Bốn loại lực cơ bản trong tự nhiên

HẠT CƠ BẢN LÀ GÌ?

Lịch sử

Khái niệm về yếu tố cơ bản được

hình thành từ hơn 2000 năm

trước

Cơ bản là những thứ nhỏ nhất,

đầu tiên mà từ đó tạo thành thế

giới

Phương Tây: phổ biến nhất là

quan niệm về 4 yếu tố Đất, Nước,

Không khí, Lửa (theo Aristotle)

Phương Đông: lưỡng nghi, ngũ

hành

HẠT CƠ BẢN LÀ GÌ?

Lịch sử

John Dalton (1766-1844) là người đầu

tiên đưa ra định nghĩa và mô hình nguyên

tử

Theo đó, nguyên tử là thành phần nhỏ

nhất cấu tạo nên vật chất Phản ứng hóa

học là những phản ứng xảy ra do va chạm

giữa các nguyên tử

HẠT CƠ BẢN LÀ GÌ?

Lịch sử

Mô hình nguyên tử hiện đại do Niels Bohr (1885-1962) đề xuất năm 1913

Theo mô hình này, nguyên tử không phải nhỏ nhất Nó gồm các electron (điện tử) chuyển động quanh hạt nhân ở giữa (hạt nhân gồm các neutron và proton)

Mỗi electron chuyển động quanh hạt nhân trên một quĩ đạo tương ứng với mức năng lượng khác nhau

HẠT CƠ BẢN LÀ GÌ?

Ngày nay, người ta đã biết có những hạt nhỏ hơn tạo thành neutron và proton gọi là quark Tuy nhiên mô hình nguyên tử của Bohr vẫn được thừa nhận

Thế giới hạt cơ bản hiện nay chia làm hai nhóm là Fermion

(hạt tạo thành vật chất) và

Boson (hạt truyền tương tác – trừ boson Higgs)

(Bảng hạt như hình bên chỉ là các loại cơ bản nhất)

HẠT TRUYỀN TƯƠNG TÁC

Hạt truyền tương tác, được gọi

chung là các boson, là các hạt

truyền các tương tác (các lực) giữa

các hạt tạo thành vật chất

(fermion)

Bản thân các lực không phải tương

tác trực tiếp và tức thời giữa vật

chất Bản chất của các lực là dòng

dịch chuyển của các boson Do đó,

lực cần có thời gian để truyền đi

Lực không phải tức thời

CÁC LỰC CƠ BẢN

Tất cả các tương tác mà hàng ngày chúng ta cảm nhận được, cũng như liên kết vật chất để tạo thành toàn bộ vũ trụ đều thuộc một trong bốn loại cơ bản gồm:

 Hấp dẫn

 Điện từ

 Hạt nhân (hay hạt nhân

mạnh)

 Yếu (hay hạt nhân yếu)

LỰC HẤP DẪN

Tương tác hấp dẫn là tương tác xảy

ra giữa hai vật (hay hạt) bất kì có

mang khối lượng

Về giá trị, nó là tương tác yếu nhất

(tính theo công thức của Newton)

Tuy vậy, nó là loại tương tác duy

nhất đồng thời có phạm vi tác dụng

xa vô hạn và không thể bị cản lại

bởi bất cứ vật chất hay tương tác

nào khác

Theo thuyết tương đối rộng của

Einstein, vật có khối lượng tạo nên

trường hấp dẫn quanh nó Do đó,

thực tế hạt không khối lượng vẫn

chịu tác động của hấp dẫn

LỰC ĐIỆN TỪ

Tương tác điện từ xảy ra giữa các hạt mang

điện

Giống với tương tác hấp dẫn, tương tác điện

từ tỷ lệ thuận với điện tích hai hạt và tỷ lệ

nghịch với bình phương khoảng cách Tuy

nhiên, nó có giá trị lớn hơn rất nhiều tương

tác hấp dẫn

Lực điện từ là loại lực phổ biến nhất trong

đời sống và kĩ thuật Ngoài các thiết bị điện,

sấm sét, thì lực ma sát, lực đàn hồi, lực

căng của dây, lực do cơ bắp sinh ra đều là

lực điện từ

TƯƠNG TÁC HẠT NHÂN MẠNH

Tương tác hạt nhân hay còn gọi là tương tác

hạt nhân mạnh, hoặc ngắn gọn hơn là tương

tác mạnh, là tương tác đóng vai trò liên kết

các quark trong các hadron (proton,

neutron, ) và các hadron trong hạt nhân

nguyên tử

Đây là tương tác có giá trị lớn nhất, đóng vai

trò quan trọng trong việc tạo thành vật chất

TƯƠNG TÁC YẾU

Tương tác yếu, hay tương tác

hạt nhân yếu, là tương tác

gây ra sự biến đổi của các hạt

quark khi chúng hấp thụ hay

phát xạ một W hay Z boson

Và cũng vì vậy nó gây ra sự

phân rã của neutron, sự biến

đổi giữa neutron và proton

Tương tác yếu đóng vai trò

gây ra sự phân rã và biến đổi

hạt nhân Do đó chúng cũng

là nguyên nhân giới hạn số

lượng nguyên tố hóa học

trong vũ trụ, cũng như quá

trình phóng xạ, phân hạch

THỐNG NHẤT CÁC HẠT VÀ CÁC LỰC

Trong nhiều năm, khoa học cố gắng thống

nhất các hạt và các lực cơ bản vào một mô

hình chung duy nhất

Đã có lý thuyết thống nhất được tương tác

điện từ, tương tác mạnh và yếu Tuy nhiên

nó lại mâu thuẫn với tương tác hấp dẫn

Một giả thuyết khác được gọi là “thuyết

dây” cho rằng có một phần tử cơ bản nhất

gọi là “dây” mà tần số và dao động khác

nhau của nó biểu hiện thành các hạt cơ bản

khác nhau cùng với các tương tác giữa

chúng Tuy nhiên mô hình này đến nay chưa

có bất cứ bằng chứng nào

Việc thống nhất các hạt và các lực cơ bản

ngày nay được coi là mũi nhọn hàng đầu

của vật lý lý thuyết

Diễn giả: ĐẶNG VŨ TUẤN SƠN

VIETNAM ASTRONOMY & COSMOLOGY ASSOCIATION