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

Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

--------------------------------------------------------------

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


Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

--------------------------------------------------------------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
neutron bởi hai quark d và một quark u

Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

--------------------------------------------------------------

-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.


Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

--------------------------------------------------------------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.


Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

-------------------------------------------------------------QUARKS
Q = 2/3

quark up

u

quark charm

QUARKS
quark down
Q = -1/3

d

quark strange

LEPTONS
électron
Q = -1

e-

muon

ne

neutrino
muonique

LEPTONS neutrino
Q = 0 électronique

c

s

m-

nm

quark top

t

quark bottom

b

tau

t-

neutrino
du tau

nt

Khối lượng
(GeV/c2)

điện tích
(e)

electron neutrino
electron
muon neutrino

<7 x 10-9
0.000511
<0.0003

0

-1
0

muon
(mu-minus)

0.106

-1

tau neutrino

<0.03

0

tau
(tau-minus)

1.7771

-1


Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

--------------------------------------------------------------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.
Họ I

Họ II

Hạt

Khối lượng

electron

0,00054

Hạt
muon

Họ III

Khối lượng
0,11
< 0,0003

Hạt
tau
neutrino-tau

Khối lượng
1,9

neutrino-e

< 10-8

neutrino-mu

< 0,033

quark u

0,0047

quark c

1,6

quark t

189

quark d

0,0074

quark s

0,16

quark b

5,2

-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


Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

-------------------------------------------------------------Hạt
Electron
Neutrinoeclectron
Quark u
Quark d

Hạt
Muon
Neutrino-muon
Quark c
Quark s

Hạt
Tau
Neutrino-tau
Quark t
Quark b

Khối lượng
0,00054
< 10-8

Họ I
Điện tích
-1
0

Tích yếu
-1/2
1/2

Tích mạnh
0
0

0,0047
0,0074

2/3
-1/3

1/2
-1/2

đỏ, lục, lam
đỏ, lục, lam

Khối lượng
0,11
< 0,0003
1,6
0,16

Họ II
Điện tích
-1
0
2/3
-1/3

Tích yếu
-1/2
1/2
1/2
-1/2

Tích mạnh
0
0
đỏ, lục, lam
đỏ, lục, lam

Khối lượng
1,9
< 0,033
189
5,2

Họ III
Điện tích
-1
0
2/3
-1/3

Tích yếu
-1/2
1/2
1/2
-1/2

Tích mạnh
0
0
đỏ, lục, lam
đỏ, lục, lam


Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

-------------------------------------------------------------Khối lượng
Phân loại
& tên

Tính ra

me

Thời gian
sống
(s)

Điện tích
q/e

Tính ra
MeV/c2

phôtôn

0

0

0

∞

Leptôn
Nơtrinô
Electron eMêzôn μ-

0
1
206,7

0
0,511
105,369

0
-1
-1

∞
∞
2,2.106

Hađrôn
Mêzôn π0
Mêzôn π±
Mêzôn K+

264,2
273,2
965

135,01
139,60
493

0
±1
+1

Mêzôn K0

966

497

0

0,8.10-16
2,6.10-8
1,2.10-8
5.10-8
10-10

Barion
Nuclôn p
Nuclôn n
Hypêron
0
Λ

∑+
∑0
∑ΞΞ0
Ω-

1836,1
938,256khảo
+1
Tài
liệu tham

1838,6
939,550
0
2182
2320
2324
2341
2571
2585
3278

1115,40
1189
1192
1197
1314
1320
1672

0
+1
0
-1
0
-1
-1

Bảng một số hạt sơ
cấp

>1039
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


Các hạt sơ cấp

--------------------------------------------------------------

TS.Lý Anh Tú


Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

-------------------------------------------------------------Lực

lực hạt nhân mạnh
lực điện từ
lực hạt nhân yếu
lực hấp dẫn

Hạt tương tác

Khối lượng

gluon

0

photon

0

các boson yếu

86-97

graviton

0

-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


Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

-------------------------------------------------------------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...


Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

--------------------------------------------------------------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


Các hạt sơ cấp

--------------------------------------------------------------

TS.Lý Anh Tú


Bảng 53.1 một số hạt sơ
cấp
Các hạt sơ cấp

TS.Lý Anh Tú

--------------------------------------------------------------

Tài liệu tham khảo

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