Tương tác mạnh và tương tác yếu Vật lý hạt nhân

TRƯỜNG CAO ĐẲNG SƯ PHẠM TÂY NINH

Chủ đề:
CÁC LOẠI TƯƠNG TÁC:
TƯƠNG TÁC MẠNH VÀ TƯƠNG TÁC YẾU
Nhóm 2:
1. Nguyễn Thị Quỳnh
2. Nguyễn Thị Thanh Vân
3. Nguyễn Thăng Long
4. Phan Hưng
5. Lê Hồng Thái


MỤC LỤC

01 KHÁI QUÁT CHUNG
02

TƯƠNG TÁC MẠNH

03

TƯƠNG TÁC YẾU


I. KHÁI QUÁT CHUNG

1


g

n
u
d
i
ộ
N

01

1. Các hạt cơ bản.


Nguyên tử không phải là hạt nhỏ nhất nó được
cấu tạo bởi một hạt nhân trung tâm và các electron
chuyển động xung quanh trên các quĩ đạo có năng
lượng xác định.
Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo bởi các
baryon gồm hai loại proton và neutron.
Trong một thời gian dài, 3 loại hạt nêu trên
(neutron, proton, electron) được coi là thành phần
cơ bản của vật chất. Nhưng sau đó thì ánh sáng
cũng được biết đến được cấu tạo từ các hạt gọi là
photon, và thậm chí tất cả các tương tác trong tự
nhiên đều được truyền bởi các hạt được gọi chung
là hạt boson.



Hiện nay người ta cũng biết rằng proton và
neutron cũng được cấu tạo từ các hạt nhỏ hơn, mỗi

proton và neutron được tạo thành bởi 3 quark. Và
tất nhiên cho tới ngày nay việc có hạt nào nhỏ hơn
quark hay không khí vẫn còn là điều vật lý cố gắng
giải đáp.



Trong khi đợi kết quả của quá trình tiềm kiếm đó,
chúng ta hãy điểm qua thế giới hạt cơ bản ngày
nay:
Boson gồm 4 loại tương ứng với 4 loại tương tác:
•Photon hạt truyền tương tác điện từ.
•Gravion: tương tác hấp dẫn.
•Gluon: hạt truyền tương tác mạnh.
•W boson và Z boson: hạt truyền tương tác yếu.



Fermion: gồm 12 loại chia thành 2 nhóm là:
 Quark- các hạt nặng
 Lepton-các hạt nhẹ.


+ Quark gồm 6 loại: up, down, cham, strange, top,
bottom, thường được gọi là 6 mùi (mùi ở đây không
liên quan đến mùi mà chúng ta cảm nhận ở thực
tế). Trong đó vật chất chúng ta thấy hằng ngày đều
được tạo thành từ proton và neutron. Ở đó neutron
được tạo thành bởi 3 quark: 1 up và 2 down, còn
proton được tạo thành bở 2 up và 1 down.

+ Lepton về cơ bản chúng rất nhẹ so với quark,
chúng gồm 6 loại, trong đó 3 hạt tham gia tạo
thành vật chất trực tiếp và tương ứng với chúng
là 3 neutrino tương ứng:
1. Electron- electron neutrino.
2. Muon- muon neutrino
3. Tau- tau neutrino.



g
n
u
d
i
ộ
N

02

2. Các lực cơ bản.


Trong cơ học cổ điển, lực cơ bản là các lực không
bao giờ biến mất dưới phép biến đổi hệ quy chiếu.
Trong cơ học cổ điển cũng tồn tại lực quán
tính không thể quy về các lực cơ bản. Tuy nhiên loại

lực này được coi là "lực ảo", do luôn tìm được hệ
quy chiếu mà lực này biến mất (gọi là hệ quy chiếu
quán tính).
Cuối cùng con người cũng khám phá ra bốn loại lực
cơ bản trong giới tự nhiên (và các hạt mang và sinh
ra lực này), hoàn thành mô hình chuẩn vật lý học
đưa các nhà vật lý học bước vào thế kỷ XXI.



Các nhà vật lý học ở thế kỷ XX nhận ra rằng
hai loại lực này không có khả năng giữ vững được
một nguyên tử. Sự đẩy nhau giữa các hạt có cùng
điện tích dương (proton) sẽ phá tan nhân nguyên
tử, vậy làm sao nhân nguyên tử và nguyên tử có
thể tồn tại được? Một số nhà khoa học khác lại cho
rằng có một loại lực nào đó đã gây ra sự yếu đi
của hạt nhân mang tính phóng xạ. 



Năm 1936, Carlo Rubbia đưa ra suy luận: Mặc
dù chưa từng chứng minh được sự tồn tại của hai
loại tác dụng yếu và mạnh này, nhưng chắc chắn
phạm vi hoạt động của chúng nhỏ hơn đường kính
của một nguyên tử (cho nên sẽ không thể tìm thấy
chúng ngoài phạm vi nhỏ bé này).
Thế là ông bắt đầu làm một loạt các thí nghiệm,
ông dùng nơtron tiến hành quá trình va đập với một
lực rất mạnh vào proton (nhân nguyên tử heli), và

quan sát xem kết quả của quá trình va đập có cung
cấp cho ông yếu tố nào để chứng minh nguyên lý của
lực tác dụng mạnh hay không. 


Yukawa phát hiện ra các hạt hạ nguyên tử có
tên là meson (một loại của gluon) không ngừng
được sinh ra trong quá trình va đập. Loại hạt này rất
lớn, tuổi thọ ngắn. Điều này có nghĩa rằng trong
nhân nguyên tử có sự tồn tại của hạt meson. 
Yukawa kết luận các hạt meson là đại diện cho
sức hút của các lực tương tác mạnh. Ông để ý rằng
các hạt photon (tiêu biểu cho lực điện từ) và hạt
graviton (tiêu biểu cho lực hấp dẫn) trên thực tế lại
không hề có khối lượng. Từ đó ông suy luận khối
lượng của các hạt nhỏ bé này càng lớn thì cự ly tác
động của nó càng ngắn. 



Yukawa còn chỉ ra rằng lực tác dụng mạnh
trong phạm vi nhỏ đến từ sự trao đổi qua lại của số
lượng lớn các meson trong nơtron và proton.
Yukawa mặc dù có thể miêu tả sự tồn tại của
meson tiêu biểu cho lực tác dụng mạnh, nhưng lại
không thể tạo ra meson bằng phương pháp vật lý. 


Thông qua những phát hiện thực tế cho thấy
rất khó có sự tồn tại của lực tác dụng yếu. Năm

1983, Carlo Rubbia làm việc tại tổ chức nghiên cứu
hạt nhân nguyên tử châu Âu (CENR) thuộc trung
tâm nghiên cứu châu Âu, ông là người đầu tiên
phát hiện ra bằng chứng có thể chứng minh sự tồn
tại của lực tác dụng yếu.
Vào những năm 70 của thế kỷ XX, ông đã
tính ra được tính chất vật lý và kích thước của các
hạt mang lực tác dụng yếu. Sau đó ông cùng với
nhóm nghiên cứu của tổ chức CENR bắt đầu tìm
kiếm những hạt mất tích này.