Bài giảng bài các hạt sơ cấp vật lý 12 (5)

I. ĐỊNH NGHĨA:
Hạt sơ cấp là gì ?

Hạt sơ cấp (còn được gọi là hạt cơ bản) là
những thực thể vi mô tồn tại như một hạt
nguyên vẹn, đơn nhất và không thể tách
thành các thành phần nhỏ hơn.
VD: hạt phôtôn, êlectron, pôzitron,
nơtrinô ….


II. PHÂN LOẠI:
Phân loại theo khối lƣợng
Hạt sơ cấp

Phôtôn

Leptôn

Mêzôn

Khối lượng tăng dần

Barion


II. PHÂN LOẠI:

1. Phôtôn:
- Phôtôn còn được gọi là quang tử.

- Không có khối lượng riêng nhưng có động lượng.
- Chuyển động với vận tốc ánh sáng trong chân
không.
- Trong mọi hệ qui chiếu năng lượng của một hạt
phôtôn là:



hc




II. PHÂN LOẠI:

2. Leptôn:

- Leptôn có nghiã là “nhỏ” và “mỏng”.
- Leptôn là hạt tuyệt đối bền vững.
- Leptôn là hạt chất điểm.


II. PHÂN LOẠI:

2. Leptôn:
a. Êlectron e – và pôzitron e+
- Êlectron được Thomson phát hiện năm 1897 .
- Năm 1928, Đirăc đã kết hợp thuyết tương đối hẹp
và thuyết lượng tử để xây dựng phương trình

Schrodinger và suy ra phản hạt pôzitron.

- Năm 1932, Anderson đã tìm thấy
phản hạt nói trên .
- Sự huỷ cặp e+ và e- đồng thời tạo
thành 2 phôtôn.


II. PHÂN LOẠI:

2. Leptôn:
b. Hạt nơtrinô
- Năm 1937, Paul đã đoán: Trong sự phân rã β, đồng
thời êlectron còn có một hạt không mang điện đƣợc
phóng ra là nơtrinô.
- Nơtrinô êlectron: n → p + e- + νe.

- Nơtrinô muy : ν- → e- + νe + νμ
π+ → μ- + νμ
- Nơtrinô Tau: τ- → e- + νe + ντ.


II. PHÂN LOẠI:

2. Leptôn:
c. Hạt muy và hạt tau

- Hạt μ được Anderson và Ned Dermrger tìm thấy
năm 1973 .
- Hạt Τau (τ) được phát hiện năm 1975 .

II. PHÂN LOẠI:

3. Mêzôn:

Gồm những hạt có khối lượng nghỉ trung bình


II. PHÂN LOẠI:

3. Mêzôn:
a. Hạt pi
- Sự tồn tại của π được Yukawa tiên đoán từ năm
1935 mãi đến năm 1947 Oechialini và Powell mới
tìm thấy .
- Có hai loại hạt là π+ và πo.
- π là các lượng tử của trường lực hạt
nhân.


II. PHÂN LOẠI:

3. Mêzôn:
b. Kaôn

- Gồm Κ+, Κ-, Κo.
- Kaôn đầu tiên được tìm thấy trong tia vũ
trụ là Κo do Butter và Rochester.
- Κ là hạt lạ, mỗi Κ còn được đặc

trưng bởi số lạ.


II. PHÂN LOẠI:

4. Barion:
- Còn gọi là Barion Fecmion : là các hạt có spin bán
nguyên.
- Barion được chia làm hai loại:
+ Nuclôn: proton và neutron.
+ Hipêron: là các hạt Λ, Ω,...


II. PHÂN LOẠI:

4. Barion:
Nuclôn

*Prôtôn (p)
- Ernest Rutherford là
người khám phá ra prôtôn.
- Prôtôn là 1 loại hạt tổ
hợp, điện tích là +.
- Số prôtôn trong
nguyên tử của một
nguyên tố bằng điện
tích hạt nhân nguyên tố
Cấu trúc Quark của Proton
đó.

II. PHÂN LOẠI:

4. Barion:
Nuclôn

*Prôt6n (p)
*Nơtron
- Nơtron được
- Nơtron đóng
vai trò
Chadwick
tìm
ra
- trong
Quá trình
phân
rã β
nhiều
phản
nămnơtron:
1932, phản
của
ứng hạtđược
nhân.
nơtron
tìm

~
ra

bởi
Bruce
n  p  e  e
Cork năm 1956.

Cấu trúc Quark của Nơtron


II. PHÂN LOẠI:

Tập hợp các Mêzôn và các Barion có tên
chung Hađrôn


Củng cố kiến thức
Các loại hạt sơ cấp (phân theo khối
lượng) là:
Phôtôn, leptôn, mêzôn và hađrôn.
Phôtôn, leptôn, mêzôn và barion.
Phôtôn, leptôn, barion và hađrôn.
Phôtôn, leptôn, nuclôn và hipêron.


III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP:

1. Khối lượng nghỉ:
- Các hạt sơ cấp đều có khối lượng nghỉ khác 0, trừ
phôtôn, nơtrinô, gravitôn, gluôn,…
- Đại lượng đặc trưng là năng lượng nghỉ
Eovới Eo= moc2.

VD: Êlectron có mo = 9,1.10-31 kg,
Eo = 0,511 MeV
Prôtôn có mo = 1,67.10-27 kg,
Eo = 938,3 MeV


III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP:

2. Điện tích:

- Một số hạt sơ cấp có điện tích Q =  e .
- Hạt trung hoà có điện tích Q = 0 .
1
2
- Hạt quark có Q = ± e hoặc Q = ± e.
3
3


III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP:

3. Spin:
- Mỗi hạt sơ cấp có momen động lượng riêng và
momen từ riêng được đặc trưng bởi số lượng tử spin,
kí hiệu s .
h
- Momen động lượng riêng của hạt = s. .
- Dựa vào spin, người ta chia hạt sơ cấp 2
thành hai loại:

+ Bozôn: là những hạt có s = 1(như
phôtôn) hoặc có s = 0 (như pion)
1
+ Fecmion: là những hạt có s = (như
2
nơtrinô, êlectron, prôtôn, nơtron,…)
- Ngoài ra còn có spin đồng vị.


III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP:

4. Thời gian sống trung bình:
Tên hạt

Năng lượng Điện tích
Thời gian sống
Spin s
Eo (MeV)
Q
(giây)

Phôtôn

0

0

1

∞

Êlectron
Pôzitron
Nơtrinô

0,511
0,511
0

-e
+e
0

1/2
1/2
1/2

∞
∞
∞

Piôn
Kaôn

139,6
497,7

+e
0

0
0

2,6.10-8
8,8.10-11

Prôtôn
Nơtron

938,3
939,6

+e
0

1/2
1/2

∞
932

Xicma
Omêga

1189
1672

+e
-e

1/2
3/2

8.10-11
1,3.10-10


III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP :

5. Momen từ:
- Gắn với điện tích Q và spin s.

- Nếu spin s = 0 thì momen từ bằng 0.
- Momen từ μ song song với spin.

- Momen từ đo bằng đơn vị manhetôn Bo (µB)
VD: µprôtôn = 2,79 µB; µnơtron = -1,91 µB.


III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP :

6. Số lạ:
có 2năm
đặc 1947,
điềm sau
đây:
--Chúng
Từ những
người
ta tìm thấy một loạt

o và
-Định
bảo
số lạ:
Trong
các
quá
+Chúng
ramêzôn
trong
những
quá
trình
rất nhanh
hạt
sơluật
cấpsinh
mới:toàn
K:
K+, K
các trình
hipêron:
o-23
+, rã
sinh
lạ,và
tổng
cùa
lạ của(Ω
hệ-),…

đƣợc
(≈10
s)
phân
những
quá
trìnhbảo
chậm
Λ
(Λhạt
), Xicma
(Σđại
Σsố-,trong
Σo), số
Omêga
toàn.
(≈10-6 s)
+Có thể sinh ra hai hoặc ba hạt lạ nhưng không
bao giờ sinh ra một hạt lạ hoặc vài loại hạt lạ
cùng loại.
Hạt

K+

Ko

Λo

Σ+

Σo

Σ-

Ξo

Ξ-

Ω-

Số lạ
S

1

1

-1

-1

-1

-1

-2

-2

-3

III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP :

7. Số barion:
- Các hạt sơ cấp có khối lượng lớn hơn hoặc bằng
khối lượng prôtôn có tên chung là các Barion, bao
gồm nuclôn và hipêron.
- Khi nào mất đi một barion thì sẽ có một
barion mới xuất hiện.
VD: p + p → p + Σ+ + Ko
Λo → p + ππ- + p → Ko + Λo .
- Định luật bảo toàn số barion: Trong
các quá trình biến đổi, tổng (đại số) của
các số barion của hệ không đổi .


III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP :

8. Số leptôn:
- Ba cặp: (e- và νe), (μ- và νμ), (τ- và ντ).

- Tất cả các leptôn đều có số leptôn L = 1,
các phản leptôn có số leptôn L = -1.
- Trong các phản ứng ,tổng đại số của số
lepton của hệ các hạt tham gia phản ứng
đƣợc bảo toàn.


Củng cố kiến thức

Các hạt sơ cấp nào dưới đây có số
lượng spin s là số bán nguyên:
êlectron, prôtôn và nơtrinô.
êlectron, prôtôn, nơtrinô và phôtôn.
prôtôn, pôzitron và phôtôn.
êlectron, prôtôn, pôzitron và nơtrinô.