Bài giảng thiên văn học: 11 particles and forces

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