Đề tài nghiên cứu Từ vi mô đến vĩ mô

1
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA VẬT LÝ
TIỂU LUẬN HỌC PHẦN
PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ PHỔ THÔNG
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
VẬT LÝ 12 NÂNG CAO
GVHD: PGS.TS Nguyễn Bảo Hoàng Thanh
SVTH: Dương Thị Mỹ Ngọc
Lớp 09SVL
2
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
TIỂU LUẬN: Chương X
TÖØ VI MOÂ ÑEÁN VÓ MOÂ
MỤC LỤC
3
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
A. MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….5
B. NỘI DUNG………………………………………………………………….6
I. Mục tiêu của chương
II. Nhiệm vụ
III.Chuẩn kiến thức, kỹ năng
VI.Cấu trúc chương
V.Các kiến thức cơ bản
1. Phần I: Các hạt sơ cấp…………………………………….……………………8
1.1 Khái niệm…………………………………………………8
1.2 Tính chất các hạt sơ cấp……………….…………………8
a) Khối lượng nghỉ

b) Thời gian tồn tại
c) Ðiện tích và Spin
d) Số lạ
e) Số Barion
f) Spin đồng vị
g) Phản hạt
1.3 Phân loại các hạt sơ cấp ……………………………… 14
a) Phân loại các hạt sơ cấp.
b) Công thức Gellman Nishijma.
1.4 Tương tác của các hạt sơ cấp…………………………….
19
a) Tương tác mạnh.
b) Tương tác điện từ.
c) Tương tác yếu.
d) Tương tác hấp dẫn.

2. Phần 2: Hệ mặt trời…………………………………………………………………23
4
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
2.1 Cấu trúc……………………………………………………….…….23
2.3 Mặt trời……………………………………………………….…… 25
2.4 Các hành tinh trong thái dương hệ………………… ……………28
2.5 Sao chổi……………… …………………………………… ………37
3. Phần 3: Sao – Thiên hà……………………………………….… ….….39
3.1 Sao…………………………………………………………….………39
3.2 Thiên hà 43
3.3 Ngân hà…….…………………………………………………………46
4. Phần 4: Thuyết Big Bang…………………………… …… ……….…51
4.1 Lịch sử vũ trụ và thuyết vụ nổ lớn 52
4.2 Cơ sở lý thuyết cảu thuyết Big Bang…………………… ………….57

4.3 Vũ trụ trước sự kiện Big Bang……………………….……………58
C. PHỤ LỤC
SƠ LƯỢC LỊCH SỬ TRÁI ĐẤT…………………………… …………………59
D.KẾT LUẬN………………………………………………………… ………… 62
E.TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………… ………… ……….62
MỞ ĐẦU
5
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
Những năm gần đây, Bộ Giáo dục và đào tạo Việt nam đã đưa vào sử dụng thống nhất
trên toàn quốc bộ sách giáo khoa Vật lý trung học phổ thông cải cách. Bộ sách này phần
lớn kiến thức cơ bản không có thay đổi gì nhiều so với các bộ sách trước đây, nhưng
quan điểm trình bày, ý đồ sư phạm và hình thức trình bày có nhiều thay đổi hơn trước.
Hiện nay quy định về chương trình và chuẩn kiến thức, kĩ năng đã quy định về sách giáo
khoa, việc dạy của giáo viên, việc kiểm tra đánh giá giáo viên và học sinh. Theo đó, tất cả
các tiêu chuẩn về kiến thức, chuẩn kĩ năng được cụ thể hóa rõ ràng.
Tuy vậy, hiểu nội dung chương trình, sách giáo khoa, chuẩn kiến thức, kĩ năng như thế
nào để đáp ứng được yêu cầu dạy học và kiểm tra, đánh giá giáo viên và học sinh là việc
làm không đơn giản với không ít giáo viên hiện nay.
Đáp ứng được yêu cầu dạy học Vật lý THPT hiện nay, giáo viên phải hiểu chương trình,
sách giáo khoa và chuẩn kiến thức, kĩ năng là việc làm rất cấp thiết đối với giáo viên.
Trong bài tiểu luận này chung ta sẽ tìm hiểu chương X lớp 12 chương trình nâng cao
chương “ Từ vi mô đến vĩ mô” . Chương này tìm hiểu về hạt sơ cấp, Mặt trời và hệ mặt
trời, Sao và thiên hà, thuyết Big Bang…Chương trình học yêu cầu học sinh nắm được các
khái niệm và giải một số bài tập liên quan.
Trong bài tiểu luận này chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn chương “ Từ vi mô đến vĩ
mô”,một số kiến thức mở rộng…
Do vậy để đáp ứng được mục tiêu của chương đòi hỏi giáo viên phải tổ chức cho học
tập, nghiên cứu một cách hợp lí các yêu cầu về chuẩn kiến thức, kĩ năng đã quy định.
Để đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu tôi chọn tìm hiểu chương X lớp 12 nâng
cao “Từ vi mô đến vĩ mô”

Quá trình trình bày bài tiểu luận này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót nhất định,
kính mong Thầy và các bạn giúp đỡ, góp ý cho bài tiểu luận này hoàn chỉnh hơn.
NỘI DUNG
6
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
I. Mục tiêu của chương:
+ Biết phân biệt sao, hành tinh, thiên hà, nhóm thiên hà.
+ Biết sơ bộ phân biệt các loại thiên hà.
+ Biết một vài đặc điểm của thiên hà của chúng ta.
+ Nêu được một số nét khái quát về sự tiến hoá của các sao
II. Nhiệm vụ :
- Nghiên cứu các đặc trưng của hạt sơ cấp: khối lượng nghỉ m
0
, điện tích Q, Spin, thời
gan sống trung bình…
- Phân loại các hạt sơ cấp
- Tương tác giữa các hạt sơ cấp
- Nghiên cứu cấu tạo và sự chuyển động của hệ mặt trời.
- Tìm hiểu về sao và thiên hà
- Tìm hiểu về thuyết Big Bang
III. Chuẩn kiến thức, kĩ năng
*Kiến thức :
- Nêu được hạt sơ cấp là gì và các đặc trưng của chúng
- Nêu được tên gọi một số hạt sơ cấp
- Trình bày sự phân loại các hạt sơ cấp
- Nêu được phản hạt là gì
- Nêu được sao là gì, thiên hà là gì
- Trình bày được những nét khái quát sự tiến hóa của các sao
- Nêu được những nét sơ lược về thuyết Big Bang
*Kĩ năng:

- Nắm được khái niệm và phân loại được các hạt sơ cấp
- Nêu được cấu tạo và chuyển đông của hệ mặt trời
- Kể được các hành tinh trong hệ mặt trời
- Nắm được các giá trị thông dụng như bàn kính trái đất, khoảng cách từ Trái đất đến Mặt
trời
4. Cấu trúc của chương :
7
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ

5. Các kiến thức cơ bản
Phaàn 1:
CAÙC HAÏT SÔ CAÁP
Từ vi mô đến
vĩ mô
Từ vi mô đến
vĩ mô
Các
hạt sơ
cấp
Các
hạt sơ
cấp
Mặt
Trời
Hệ
mặt
trời
Mặt
Trời
Hệ

mặt
trời
Sao
Thiên
hà
Sao
Thiên
hà
Thuyết
Big
Bang
Thuyết
Big
Bang
8
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
1.1 Khái niệm:
Hạt sơ cấp (còn được gọi là hạt cơ bản) là những thực thể vi mô tồn tại như
một hạt nguyên vẹn, đồng nhất, không thể tách thành các phần nhỏ hơn, chúng có
khối lượng rất nhỏ; ví dụ như các hạt photon, electron, mêzôn, muyôn, piôn,
positron, neutrino
1.2 Tính chất các loại hạt sơ cấp.
a) Khối lương nghỉ:
Khối lượng nghỉ hay khối lượng tĩnh của một vật là khối lượng của vật xét
trong một hệ quy chiếu mà theo hệ đó, vật là đứng yên. Đại đa số vật chất, trừ
phôtôn và nơtrinô, đều có khối lượng nghỉ khác không.
Các hạt sơ cấp đều có khối lượng nghỉ khác không. Phôtôn (γ) và nơtrinô (ν) khối
lượng nghỉ xem như rất bé. Khối lượng nghỉ tính ra đơn vị khối lượng nghỉ của
electron (me) hay tính ra MeV/c2.

b) Thời gian tồn tại:
Các hạt cơ bản đa số có thể phân rã thành các hạt khác. Thời gian sống của chúng
giao động từ 10
-6
đến 10
-24
giây. Một số ít hạt cơ bản được gọi là bền, có thời gian sống
9
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
rất lớn, có thể coi là bền như electron 1022 năm, prôtôn 1030 năm. Người ta nghiên cứu
thời gian sống của hạt cơ bản thông qua lý thuyết xác suất, dựa trên thời gian để một số
lượng n hạt sơ cấp phân rã chỉ còn lại 0.5n hạt
c). Điện tích và Spin:
Một số hạt trung hòa về điện có điện tích bằng không như phôtôn γ và nơtrinô ν.
Một số hạt khác mang điện tích âm hoặc dương, với trị số tuyệt đối đều bằng điện tích
nguyên tố của electron 1.602 x 10
-19
C
Spin là một khái niệm trong vật lý, là bản chất của mô men xung lượng và là một
hiện tượng của cơ học lượng tử thuần túy, không cùng với những sự tương đồng trong cơ
học cổ điển. Trong cơ học cổ điển, mô men xung lượng được phát triển từ xung lượng
cho sự quay của một vật có khối lượng, và được biểu diễn bằng công thức L = r × p,
nhưng spin trong cơ học lượng tử vẫn tồn tại ở một hạt với khối lượng bằng 0, bởi vì spin
là bản chất nội tại của hạt đó. Các hạt cơ bản như electron có thể có spin khác 0, ngay cả
khi nó được coi là chất điểm và không có cấu trúc nội tại. Khái niệm spin được đưa ra lần
đầu vào năm 1925 bởi Ralph Kronig và, đồng thời, bởi George Unlenbeck và Samuel
Goudsmit một cách độc lập.
d). Số lạ:
Số lạ là đại lượng đặc trưng lượng tử của các hạt cơ bản, được đưa ra khi nghiên
cứu quá trình phân rã của các hạt mêzôn K: K+, K0, và hyperon Υ: Λ0, Σ+, Σ0, Σ- tuân

theo định luật bảo toàn số lạ
1947, tìm ra loại HSC mới − hạt mêzôn K: K+, Ko (KLT khoảng 965me) và các
hạt hyperôn Y có KLT lớn hơn nuclôn là: Lămđa (Λo), Zigma (∑+,∑o, ∑−), Ksi (Ξo,
Ξ−), Omêga (Ω−).
Gọi là các hạt lạ vì có 2 đặc điểm sau đây:
- Sinh ra ở quá trình rất nhanh (≈ 10−23s) và rã trong những quá trình chậm (≈
10−8s).
- Luôn sinh ra đồng thời 2, 3 hạt lạ không cùng loại nhưng không sinh ra 1 hạt lạ
hay vài hạt lạ cùngloại.
10
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
e) Số Barion:
Các hạt sơ cấp có khối lượng lớn hơn hay bằng khối lượng prôtôn (p) có tên chung
là các bariôn. Thành thử các bariôn gồm các nuclôn và các Hypêrôn. Ðiều đặc biệt là
trong các quá trình biến đổi, người ta thấy khi nào mất đi một bariôn thì cũng có một
bariôn mới xuất hiện.
Thí dụ:

0
p p p K
+
+ = + +
∑

o
p
π
−
Λ → +

o o
p K
π
−
+ → + Λ
Để mô tả quá trình Bariôn tham gia người ta đưa ra một số lượng tử mới gọi là số Bariôn
B, số Bariôn B của các hạt Bariôn (p, n, Σ, …) thì B đều bằng 1, của các đối hạt của
chúng thì B đều bằng -1. Và các quá trình trên được giải thích bằng định luật sau đây
được gọi là định luật bảo toàn số Bariôn. Trong quá trình biến đổi, tổng số đại số Bariôn
của hệ không đổi (∆B=0). Ta có thể kiểm tra sự đúng đắn của định luật bảo toàn số
Bariôn từ các phản ứng trên.
f) Spin đồng vị:
Ta biết rằng tương tác giữa các nuclôn trong hạt nhân có một đặc tính là không phụ
thuộc điện tích. Cụ thể tương tác giữa p ( p, n ( n, p ( n là như nhau (nếu các nuclôn đó ở
những trạng thái như nhau). Nói cách khác, trong tương tác hạt nhân hai hạt p và n là
không phân biệt. Người ta cho rằng khối lượng của p khác khối lượng của n là do p có
mang điện tích nghĩa là do tương tác điện từ tạo ra sự khác biệt. Như vậy, trong tương tác
hạt nhân, người ta có thể coi p và n là hai trạng thái của cùng một hạt, tức là nuclôn (N).
Nếu không để ý đến tương tác điện từ thì hai trạng thái đó tương ứng với cùng một khối
lượng, do đó cùng một năng lượng. Nếu để ý đến tương tác điện từ thì hai trạng thái đó
tương ứng với hai khối lượng khác nhau chút ít, do đó tương ứng với hai mức năng lượng
gần nhau. Ta có thể so sánh tính chất này với tính chất của electron trong nguyên tử.
Nếu không để ý đến Spin thì mỗi trạng thái electron trong nguyên tử tương ứng với
cùng một mức năng lượng. Nếu để ý đến mức Spin thì mức năng lượng đó tách thành hai
mức gần nhau, tương ứng với hai trạng thái của electron khác nhau về sự định hương của
moomen Spin (S
z
= +1/2ħ và S
z
= -1/2ħ). Đối với nuclon, đẻ tiện tính toán người ta cũng

đưa ra một đại lượng gọi là Spin đồng vị I.Ta đã biết nếu hệ có Spin thông thường thì s là
hệ số có (2s+1) trạng thái ứng với các hình chiếu khác nhau của Spin. Tương tự nếu hệ có
11
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
Spin đồng vị I thì hệ sẽ có (2I+1) trạng thái ứng với giá trị khác nhau của hinh chiếu Spin
đồng vị trên một trục z nào đó.
Thành thử khái niệm Spin đồng vị cho phép ta mô tả các trạng thái điện khác nhau
của cùng một hạt, nghĩa là 2I+1=2 , do đó I=1/2; p và n là hai trạng thái của nuclon khac
nhau về hình chiếu I
z
của Spin đồng vị cụ thể là:
p có I
z
= +1/2
n có I
z
= -1/2
Tương tự có ba hạt π
+
,π
-
,π
o
có thể coi là ba trạng thái của cùng một hạt, nghĩa là
2I+1=3.Do đó I =1
Ba trạng thái π
+
,π
-
,π

o
ứng với ba giá trị hình chiếu I, khác nhau của Spin đồng vị
của π.
π
+
có I
z
= 1
π
-
có I
z
=0
π
o

có I
z
=-1
Người ta nói (p, n) hợp thành một bộ đôi đồng vị, (π
+
,π
-
,π
o
) hợp thành một bộ ba
đồng vị. Đặc biệt là Λ
o
hợp thành một bộ đơn đồng vị( I=0, I
z

=0). Đối hạt có cùng I và
có I
z
ngược đấu so với hạt.
g) Phản hạt:
Phần lớn các hạt sơ cấp đều tạo thanghf một cặp, mỗi cặp gồm hai hạt có khối
lượng nghỉ m
0
như nhau, còn một số đặc trưng khác thì có trị số bằng nhau nhưng trái
dấu
Lịch sử
- Trên cơ sở lý thuyết tương đối, lần đầu tiên phản
vật chất và các hạt của nó (phản hạt) được dự đoán
bởi nhà vật lý lý thuyết Paul Dirac (1902-1984, Đồng
giải Nobel vật lý năm 1933 với Erwin Schrödinger về
lý thuyết nguyên tử - hình bên).
-Đến năm 1932, phản hạt đầu tiên được phát hiện bởi
Carl David Anderson (1905-1991), đó là một phản hạt
của hạt electron với cùng khối lượng và giá trị điện
tích, nhưng điện tích của hạt này trái dấu với electron,
nó mang điện tích dương. Hạt này được đặt tên là
positron, phát hiện đã mang lại giải Nobel Vật lý năm
1936 cho Anderson.
- Năm 1955, Emilio Segrè và Owen Chamberlain sử dụng một máy gia tốc tại đại
học Berkeley phát hiện ra loại phản hạt thứ hai, hạt antiproton (phản hạt của proton),
12
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
hạt này mang điện tích âm (trong khi proton mang điện tích dương) (sau này người ta
biết rằng proton tạo thành từ các quark và do đó các antiproton tất nhiên phải tạo
thành từ antiquark/phản quark), giải Nobel năm 1959 được trao cho hai nhà khoa học

nêu trên vì phát hiện này.
Năm 1956, antineutron (phản hạt của neutron) được phát hiện bởi Bruce Cork khi
quan sát sự va chạm của các proton tại phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley
-Sau khi phát hiện ra đủ phản hạt của 3 loại hạt cấu tạo nên một nguyên tử của vật
chất thông thường, câu hỏi đặt ra là liệu các hạt này có thể kế hợp với nhau như hạt
thường không. Câu trả lời có vào năm 1965 với việc phát hiện ra antinuclei (phản hạt
nhân), sự kết hợp giữa một antiproton và một antineutron đã tạo ra một antideuteron )
phản hạt của hạt deuteri - hydro nặng)
- Năm 1995, đáp án cuối cùng cho bài toàn về sự tồn tại của phản vật chất hoàn
chỉnh như đối với vật chất thông thường được giải đáp khi người ta tạo ra được
antiatom (phản nguyên tử) của nguyên tử hydro bằng sự kết hợp của positron và
antiproton.

Tính đối xứng
Lý thuyết của Dirac dự đoán rằng tồn tại một tính đối xứng của hạt và phản hạt. Có
nghĩa là: mỗi hạt bất kì sẽ luôn tồn tại một phản hạt của chính nó với cùng khối lượng và
điện tích trái dấu. Khi có năng lượng đủ cao, hạt sẽ tự tạo ra phản hạt của mình. Khi hạt
13
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
gặp phản hạt của chính mình, cả hai sẽ cùng tiêu hủy và trở về dưới dạng năng lượng.
Nhiều bộ phim viễn tưởng đã từng làm ra những quả bom hay những cuộc tấn công của
người hành tinh khác bằng phản hạt, sẽ là không thể chống lại vì những bức tường vật
chất thông thường để chống bom sẽ cùng tan biến với phản vật chất khi gặp nhau. Tuy
nhiên chúng ta có thể yên tâm vì viễn cảnh đó khó mà có thể xảy ra vì việc tạo ra vài
chục hay vài trăm phản hạt hiện nay đã là rất khó khăn, không máy gia tốc nào có thể tạo
ra dù chỉ một viên đạn bằng phản hạt. Còn nếu một người hành tinh nào đó sống tại nơi
chỉ có toàn phản hạt thì khi đến tấn công Trái Đất, vấn đề của họ sẽ là vật chất của chúng
ta lại chính là phản vật chất của họ
Bất đối xứng từ Big Bang
Mô hình vũ trụ hiện đại với sự có mặt của phản vật chất cho rằng ở thời điểm vũ

trụ sinh ra nhờ vụ nổ Big Bang, vật chất và phản vật chất cùng được sinh ra và ném đi xa.
Tính đối xứng như nêu trên cho biết năng lượng cao, hạt có thể sinh ra phản hạt và tự hủy
lẫn nhau. Như vậy trong lịch sử vũ trụ, các hạt và phản hạt khi có cơ hội tiếp xúc sẽ hủy
lẫn nhau. Câu hỏi đặt ra là: như vậy phải có một sự bất đối xứng khi mà số lượng hạt
chiếm ưu thế hơn hẳn số lượng phản hạt, vì nếu chúng bằng nhau thì chắc vũ trụ đã tự
tiêu hủy rất nhanh.
Đến nay đây vẫn là một câu hỏi chưa được giải đáp của vật lý và thiên văn học. Có
thể do các thăng giáng năng lượng ban đầu làm lượng hạt lớn hơn phản hạt, cũng có thể ở
một phần vũ trụ chưa nhìn thấy lại là thế giới của phản hạt.
Có thể chúng ta nói rằng mình may mắn vì đã sinh ra trong 1 thế giới toàn hạt chứ
không phải phản hạt, cũng không sai. Nhưng hãy lưu ý rằng từ "phản" (anti) ở đây mang
ý nghĩa tương phản, đối xứng, có nghĩa nếu như bạn sinh ra trong thế giới đối xứng với
thế giới hiện nay, thì khi đó các phản hạt lại là hạt của bạn và các hạt trong thế giới này
mới được gọi là phản hạt.
Nhiều bộ phim viễn tưởng đã từng làm ra những quả bom hay những cuộc tấn công
của người hành tinh khác bằng phản hạt, sẽ là không thể chống lại vì những bức tường
vật chất thông thường để chống bom sẽ cùng tan biến với phản vật chất khi gặp nhau.
Tuy nhiên chúng ta có thể yên tâm vì viễn cảnh đó khó mà có thể xảy ra vì việc tạo ra vài
chục hay vài trăm phản hạt hiện nay đã là rất khó khăn, không máy gia tốc nào có thể tạo
ra dù chỉ một viên đạn bằng phản hạt. Còn nếu một người hành tinh nào đó sống tại nơi
chỉ có toàn phản hạt thì khi đến tấn công Trái Đất, vấn đề của họ sẽ là vật chất của chúng
ta lại chính là phản vật chất của họ.
Ví dụ về hạt và phản hạt:
14
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
Điện tử e
-
- Positron e
+
Nơtron n - Phản nơtron ( anti n hay )

Proton hay (Phản proton hay )
1.3 Phân loại các hạt sơ hạt sơ cấp
a) Phân loại các hạt sơ cấp
a) Hạt Fermion:
Trong vật lý hạt, fermion là các hạt có spin nửa nguyên. Các hạt này đặt theo tên
của Enrico Fermi. Trong Mô hình chuẩn, có hai kiểu fermion cơ bản: quark và lepton. Vì
các số fermion thường được bảo toàn xấp xỉ nên đôi khi chúng còn được gọi là các cấu
tạo của vật chất. Nói nôm na, fermion là các hạt vật chất và boson là các hạt truyền lực.
Vì có spin nửa nguyên, khi một fermion quay 360°, hàm sóng của fermion sẽ đổi
dấu. Đó được gọi là dáng điệu hàm sóng phản đối xứng của fermion. Điều này dẫn đến
các fermion tuân theo thống kê Fermi-Dirac, hệ quả của nó là nguyên lý loại trừ Pauli -
không có hai fermion nào có thể cùng chiếm một trạng thái cơ lượng tử vào cùng một
thời điểm.
b) Các quark:
Quark là một trong hai thành phần cơ
bản cấu thành nên vật chất trong Mô hình
chuẩn của vật lý hạt. Các phản hạt của quark
được gọi là các phản quark. Quark và phản
quark là những hạt duy nhất tương tác trong
cả 4 lực cơ bản của vũ trụ.
Một tính chất quan trọng bậc nhất của các quark chính là tính chế ngự. Tính chất
này đã giải thích tại sao việc đơn quark không được phát hiện trong các thí nghiệm -
chúng luôn luôn ở trong các hadron, hạt hạ nguyên tử như các quang tử, neutron và
meson. Tính chất cơ bản này đã được rút ra từ trong lý thuyết hiện đại của các tương tác
mạnh, gọi là Thuyết sắc động lực học lượng tử (QCD). Mặc dù không có nguồn gốc toán
15
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
học của tính chế ngự trong QCD, nhưng nó lại dễ dàng được chỉ ra bằng việc sử dụng
phương pháp mắt lưới của thuyết gauge hay còn gọi là lattice gauge theory.
c) Các lepton:

Lepton (tiếng Hy Lạp là λεπτόν) có nghĩa là "nhỏ" và "mỏng". Tên này có trước
khi khám phá ra các hạt tauon, một loại hạt lepton nặng có khối lượng gấp đôi khối lượng
của proton.
Lepton là hạt có spin bán nguyên, ½, và không tham gia trong tương tác mạnh.
Lepton hình thành một nhóm hạt cơ bản phân biệt với các nhóm gauge boson và quark.
16
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
Có 12 loại lepton được biết đến, bao gồm 3 loại hạt vật chất là electron, muon và
tauon, cùng 3 neutrino tương ứng và 6 phản hạt của chúng. Tất cả các lepton điện tích
đều có điện tích là -1 hoặc + 1 (phụ thuộc vào việc chúng là hạt hay phản hạt) và tất cả
các neutrino cùng phản neutrino đều có điện tích trung hòa. Số lepton của cùng một loại
được giữ ổn định khi hạt tham gia tương tác, được phát biểu trong định luật bảo toàn số
lepton.
d) Hạt Gauge Boson:
Boson, đặt tên theo nhà vật lý người
Ấn Độ Satyendra Nath Bose, là một trong
hai loại hạt cơ bản trong tự nhiên (loại hạt
kia là fermion). Chúng là loại hạt duy nhất
tuân theo thống kê Bose-Einstein, nghĩa là
chúng có thể nằm cùng một trạng thái
lượng tử (không tuân thủ nguyên lý Pauli).
Theo lý thuyết thống kê spin, chúng có
spin lấy giá trị nguyên.
Các tính chất nêu trên của boson hoàn toàn đối lập với fermion (có spin bán
nguyên, tuân thủ nguyên lý Pauli).
Theo mô hình chuẩn, một lý thuyết gauge, lực giữa các fermion được mô hình hóa
bằng cách tạo ra các boson, có tác dụng như các thành phần trung gian. Hệ Lagrange của
mỗi tập hợp hạt boson trung gian không thay đổi dưới một dạng biến đối gọi là biến đổi
gauge, vì thế các boson này còn được gọi là gauge boson. Gauge boson là các hạt cơ bản
mang tương tác cơ bản. Chúng là W boson của lực hạt nhân yếu, gluon của lực hạt nhân

mạnh, photon của lực điện từ, và graviton của lực hấp dẫn.
Biến đổi gauge của các gauge boson có thể được miêu tả bởi một nhóm unita, gọi
là nhóm gauge. Nhóm gauge của tương tác mạnh là SU(3), nhóm gauge của tương tác
yếu là SU(2)xU(1). Vì vậy, mô hình chuẩn thường được gọi là SU(3)xSU(2)xU(1). Higg
17
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
boson là boson duy nhất không thuộc gauge boson, các tính chất của boson này vẫn còn
đươc bàn cãi.
Mọi hạt trong tự nhiên đều hoặc là boson hoặc là fermion. Các hạt tạo nên từ các
hạt cơ bản hơn (như proton hay hạt nhân nguyên tử) cũng thuộc một trong hai nhóm
boson và fermion, phụ thuộc vào tổng spin của chúng.
Các tính chất boson của photon giải thích bức xạ vật đen và hoạt động của laser.
Tính chất boson của heli-4 giải thích khả năng tồn tại ở trạng thái siêu lỏng. Những boson
cũng có thể nằm ở trạng thái đông đặc Bose-Einstein, một trạng thái vật chất đặc biệt ở
đó mọt hạt đều ở cùng một trạng thái lượng tử.
Đông đặc Bose-Einstein chỉ xảy ra tại nhiệt độ rất thấp. Ở nhiệt độ thường, boson
và fermion đều ứng xử rất giống nhau, giống hạt cổ điển tuân thủ gần đúng thống kê
Maxwell-Boltzmann. Lý do là vì cả thống kê Bose-Einstein và thống kê Fermi-Dirac
(thống kê hạt fermion) đều tiệm cận đến thống kê Maxwell-Boltzmann ở nhiệt độ phòng.
Các boson trong mô hình chuẩn là:
* Photon, hạt trung gian trong tương tác điện từ.
* W và Z boson, hạt trung gian trong lực hạt nhân yếu.
* 8 gluon, hạt truyền trung gian trong lực hạt nhân mạnh. 6 trong số các gluon
được đánh dấu bằng các cặp "màu" và "đối màu" (ví dụ như một hạt gluon mang màu
"đỏ" và "đối đỏ"), 2 gluon còn lại là cặp màu được "pha trộn" phức tạp hơn.
* Higgs boson, hạt gây ra bất đối xứng trong các nhóm gauge, và cũng là loại
hạt tạo ra khối lượng quán tính.
Graviton là boson được cho là hạt truyền tương tác của tương tác hấp dẫn, nhưng
không được nhắc đến trong mô hình chuẩn.
Các ví dụ boson khác:

* Hạt nhân với spin nguyên
* Nguyên tử Heli-4
* Nguyên tử Natri-23
* phonon
b) Công thức Gellman Nishijma.
18
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
Đối với các andrôn, Gellman- Nishijima đã đưa ra công thức sau đây, liên hệ giữa điện
tịch Q, hình chiếu Spin đồng vị I
z
, số lạ S và số Brion B của mỗi hạt:
Q= I
z
+
2
B S
+
( Ở đây Q là số điện tích của hạt tính theo đơn vị e). Ví dụ đối với prôtôn:

1 1 0
1
2 2
Q
+
= + =
Đối với nơtrôn:
1 1 0
0
2 2
Q

+
= − + =
Đối với omega (Ω
-
):
1 ( 3)
0 1
2
Q
+ −
= + = −
Tên hạt
Năng lượng ε
(MeV)
Điện tích Q
(e)
Spin s
Thời gian sống
(giây)
Phôtôn
0 0 1
∞
Êlectrôn
Pôzitrôn
Nơtrinô ν
0,511
0,511
0
-1
+1

0
1/2
1/2
1/2
∞
∞
∞
Piôn π
+
Kaôn κ
0

139,6
497,7
+1
0
0
0
2,6.10
-8
8,8.10
-11
Prôtôn
Nơtron
938,3
939,6
+1
0
1/2
1/2

∞
932
Xicma ∑
+
Ômêga Ω
-
1189
1672
+1
-1
1/2
3/2
8,0.10
-11
1,3.10
-10
1.4 Tương tác của các hạt sơ cấp:
a) Tương tác mạnh:
Lực tương tác mạnh là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên. Lực này giữ các
thành phần của hạt nhân nguyên tử lại với nhau, chống lại lực đẩy rất lớn giữa các proton.
Lực này được chia làm hai thành phần, lực mạnh cơ bản và lực mạnh dư. Lực tương tác
19
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
mạnh ảnh hưởng bởi các hạt quark, phản quark và gluon, cũng như các boson truyền
tương tác của chúng. Thành phần cơ bản giữ các quark lại với nhau để hình thành các
hadron như proton và neutron. Thành phần dư giữ các hadron lại trong hạt nhân của một
nguyên tử. Ở đây còn có một hạt gián tiếp là bosonic hadron, hay còn gọi là meson.
Theo thuyết sắc động lực học lượng tử, mỗi quark mang trong mình điện tích màu,
ở một trong 3 dạng "đỏ", "xanh lam" hoặc "xanh lơ". Đó chỉ là những tên, hoàn toàn
không liên hệ gì với màu thực tế. Đối quark là các hạt như "đối đỏ", "đối xanh lam", "đối

xanh lơ". Cùng màu đẩy nhau, trái màu hút nhau. Lực hút giữa hạt màu và hạt đối màu
của nó là rất mạnh. Các hạt chỉ tồn tại nếu như tổng màu của chúng là trung hòa, nghĩa là
chúng có thể hoặc được kết hợp với đối đỏ, đối xanh lam và đối xanh lơ như trong các hạt
baryon, proton và neutron, hoặc một quark và
một đối quark của nó có sự tương ứng đối màu
(như hạt meson).
Lực tương tác mạnh xảy ra giữa hai quark
là nhờ một hạt trao đổi có tên là gluon. Nguyên
lý hoạt động của hạt gluon có thể hiểu như trái
bòng bàn, và hai quark là hai vận động viên. Hai
hạt quark càng r a xa thì lực tương tác giữa
chúng càng lớn, nhưng khi chúng gần xát nhau, thì lực tương tác này bằng 0. Có 8 loại
gluon khác nhau, mỗi loại mang một màu điện tích và một đối màu điện tích (có 3 loại
màu, nhưng do có sự trung hòa giống như đỏ + xanh + vàng = trắng ngoài tự nhiên, nên
chỉ có 8 tổ hợp màu giữa chúng).
Mỗi một cặp tương tác của quark, chúng luôn luôn thay đổi màu, nhưng tổng màu
điện tích của chúng được bảo toàn. Nếu một quark đỏ bị hút bởi một quark xanh lam
trong một baryon, một gluon mang đối xanh lam và đỏ được giải phóng từ quark đỏ và
hấp thụ bởi quark xanh lam, và kết quả, quark đầu tiên chuyển sang quark xanh lam và
quark thứ hai chuyển sang quark đỏ (tổng màu điện tích vẫn là xanh lam + đỏ). Nếu một
quark xanh lơ và một đối xanh lơ quark tuơng tác với nhau trong một meson, một gluon
20
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
mang, ví dụ như đối đỏ và xanh lơ sẽ được giải phóng bởi quark xanh lơ và hấp thụ bởi
một đối xanh lơ quark, và kết quả, quark xanh lơ chuyển sang màu đỏ và đối xanh lơ đối
quark chuyển sang màu đỏ (tổng màu điện tích vẫn là 0). Hai quark xanh lam đẩy nhau
và trao đổi một gluon mang điện tích màu xanh lam và đối xanh lam, các quark vẫn dữ
nguyên điện tích màu xanh lam.
Hiện tượng không thể tách rời các quark xa nhau gọi là hiện tượng giam hãm
(confinement). Có một giả thuyết rằng các quark gần nhau sẽ không tồn tại lực tương tác

mạnh và trỏ thành tự do, giả thuyết này còn gọi là sự tự do tiệm cận và có thể được giải
thích bằng nguyên lý quả bóng bàn như trên.
Tương tác mạnh là một dạng tương tác gần, với bán kính tương tác vào khoảng
≤10-13 cm. Ra ngoài khoảng cách này, tương tác mạnh gần như biến mất.
b) Tương tác điện từ:
Lực điện từ là lực mà điện-từ trường tác dụng lên hạt mang điện tích (chuyển
động hay đứng yên).
Theo biểu diễn cổ điển của lực điện từ, lực này gồm hai thành phần, do điện trường
tạo ra (lực điện) và do từ trường tạo ra (lực từ).
Lực điện từ đôi khi còn được gọi là lực Lorentz, mặc dù thuật ngữ này cũng có thể
chỉ dùng để nói về thành phần gây ra bởi từ trường. Lý do là trong lý thuyết điện từ và lý
thuyết tương đối, từ trường và điện trường được thống nhất thành một trường tạo ra
tương tác duy nhất gọi là trường điện từ. Đặc biệt, trong lý thuyết tương đối, biểu thức
lực từ và lực tĩnh điện quy tụ về một biểu thức duy nhất.
Việc thống nhất lực điện và lực từ thành một loại lực điện từ cũng phù hợp với
quan điểm của lý thuyết điện động lực học lượng tử. Theo lý thuyết này, lực điện từ được
gây ra bởi sự trao đổi của hạt trường là photon.
Mô hình chuẩn ghi nhận lực điện từ là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên.
c) Tương tác yếu:
Lực tương tác yếu là 1 trong 4 loại lực cơ bản của tự nhiên xảy ra ở mọi hạt cơ
bản, trừ các hạt proton và gluons, ở đó có sự trao đổi của các hạt truyền tương tác là
vector W boson và Z boson.
21
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
Lực tương tác yếu xảy ra ở một biên độ rất ngắn, bởi vì khối lượng của những hạt
W boson và Z boson vào khoảng 80 GeV, nguyên lý bất định bức chế chúng trong một
khoảng không là 10 − 18 m, kích thước này chỉ nhỏ bằng 0,1% so với đường kính của
proton. Trong điều kiện bình thường [cần dẫn nguồn], các hiệu ứng của chúng là rất nhỏ.
Có một số định luật bảo toàn hợp lệ với lực tương tác mạnh và lực điện từ, nhưng lại bị
phá vỡ bởi lực tương tác yếu. Mặc dầu có biên độ và hiệu xuất thấp, nhưng lực tương tác

yếu lại có một vai trò quan trọng trong việc hợp thành thế giới mà trong đó ta quan sát.
d) Tương tác hấp dẫn:
Trong vật lý học, lực hấp dẫn là lực hút giữa mọi vật chất và có độ lớn tỷ lệ với
khối lượng của chúng.
Lực hấp dẫn là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên theo mô hình chuẩn được
chấp nhận rộng rãi trong vật lý hiện đại, ba lực cơ bản khác là lực điện từ, lực hạt nhân
yếu, và lực hạt nhân mạnh. Lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong số các lực đó, nhưng lại có
thể hoạt động ở khoảng cách xa và luôn thu hút.
Trong cơ học cổ điển, lực hấp dẫn xuất hiện như một ngoại lực tác động lên vật
thể. Trong thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn là bản chất của không thời gian bị uốn
cong bởi sự hiện diện của khối lượng, và không phải là một ngoại lực. Trong thuyết hấp
dẫn lượng tử, hạt graviton được cho là hạt mang lực hấp dẫn.
Lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên các vật thể có khối lượng và làm chúng rơi
xuống đất. Lực hấp dẫn cũng giúp gắn kết các vật chất để hình thành Trái Đất, Mặt Trời
và các thiên thể khác; nếu không có nó các vật thể sẽ không thể liên kết với nhau và cuộc
sống như chúng ta biết hiện nay sẽ không thể tồn tại. Lực hấp dẫn cũng là lực giữ Trái
Đất và các hành tinh khác ở trên quỹ đạo của chúng quanh Mặt Trời, Mặt Trăng trên quỹ
đạo quanh Trái Đất, sự hình thành thủy triều, và nhiều hiện tượng thiên nhiên khác mà
chúng ta quan sát được
22
Chuyờn : T VI Mễ N V Mễ
B. Phan 2:
HE MAậT TRễỉI
H Mt Tri (cng c gi l Thỏi Dng H) l mt h hnh tinh cú Mt Tri
trung tõm v cỏc thiờn th nm trong phm vi lc hp dn ca Mt Tri, gm 8 hnh tinh
chớnh quay xung quanh, 7 trong s cỏc hnh tinh ny cú v tinh riờng ca chỳng, cựng
mt lng ln cỏc vt th khỏc gm cỏc hnh tinh lựn (nh Diờm Vng Tinh), tiu hnh
tinh, sao chi, bi v plasma.
23
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ

2.1 Cấu trúc
a) Bao quát: Từ trong ra ngoài, Hệ Mặt Trời gồm:
• Mặt Trời.
• Các hành tinh là Thủy Tinh, Kim Tinh, Trái Đất, Hỏa Tinh, các tiểu hành
tinh , Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh, Hải Vương Tinh.
• Ba hành tinh lùn là Ceres, Diêm Vương Tinh và Eris (được chính thức xếp
loại hành tinh lùn kể từ tháng 8 năm 2006).
• Ngoài cùng là Vòng đai Kuiper và Đám Oort.
24
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
b) Quỹ đạo:
Đa số các vật thể trên quỹ đạo quanh Mặt Trời đều nằm trong mặt phẳng quỹ đạo
gần nhau, và gần mặt phẳng hoàng đạo, và cùng quay một hướng.
25
Chuyên đề: TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
c) Phân bố khối lượng:
Mặt Trời, một sao thuộc dãy chính G2, chiếm 99,86% khối lượng hiện được biết
đến của cả hệ Mặt Trời. Hai vật thể có đường kính lớn nhất của hệ, Sao Mộc và Sao Thổ,
chiếm 91% phần còn lại. Đám Oort có thể chiếm một phần đáng kể, nhưng hiện nay sự
hiện diện của nó còn chưa được xác định rõ.
2 .2 Mặt trời .
a) Cấu tạo:
Mặt Trời (còn gọi là Thái Dương) là một ngôi sao ở trung tâm của hệ Mặt Trời,
hình thành cách đây khoảng 5 tỷ năm. Mặt Trời quay xung quanh tâm của Ngân Hà ở
khoảng cách khoảng 25.000 đến 28.000 năm ánh sáng tính từ tâm thiên hà này, nó hoàn
thành một chu kỳ quay vào khoảng 226 triệu năm, vận tốc quỹ đạo là 217 km/s.
Nhìn tổng quát, Mặt Trời được cấu tạo thành 2 phần là quang cầu và khí quyển
Quang cầu (còn gọi là quang quyển) có bán kính 7.105. Mật độ vật chất trong quang cầu
vào khoảng 1021 hạt / m3.
Khí quyển Mặt Trời được cấu tạo chủ yếu bởi Hidro, Heli,…Vì có nhiệt độ rất cao

nên khí quyển Mặt Trời có đặc tính rất phức tạp, được phân ra 2 lớp có tính chất vật lý
khác nhau là sắc cầu và nhật hoa.
Mặt Trời trong thiên văn được ký hiệu là :
b) Năng lượng của mặt trời:
Mặt Trời liên tục bức xạ năng lượng ra xung quanh, nó duy trì được năng lượng
bức xạ là do trong lòng Mặt Trời đang diễn ra các phản ứng nhiệt hạch.
Lượng năng lượng bức xạ Mặt Trời truyền vuông góc tới 1 đơn vị diện tích cách
nó 1 đơn vị thiên văn trong 1 đơn vị thời gian gọi là hằng số Mặt Trời H. Qua đo đạc cho
thấy H có trị số như nhau và H = 136 W/m2.