Bài giảng môn Vật lý đại cương 2 - Chương 8, Phần b: Hạt cơ bản

Chương 8b: Hat cơ bản
8b.1 Các hạt dưới nguyên tử
8b.2 Máy gia tốc và máy dò hạt
8b.3 Các hạt cơ bản
8b.4 Hạt cơ bản và lịch sử vũ trụ
Mở
Cho đến nay chúng ta đã biết các hạt:
Photon Y
Electron e'
Proton p
Neutron n
IT meson: TT°, TT+, TT trong tương tác hạt nhân
Electron-neutrino ve trong phân rã (ỉ¥
Chúng ta cũng đã biết các phản hạt:
Positron e+
Phản electron-neutrino ũ, trong phân rã
giam
Trong một số trường hợp, phản hạt trùng với hạt.
CI1O đến nay các nhà khoa học đã tìm được trên 100 hạt dưới nguyên tử. Subatomic particles
Mồi hạt lại có phản hạt tương ứng. Chúng ta cũng đã biết bốn loại tương tác, theo cường độ dần:
Tương tác mạnh (hạt nhân)
Tương tác điện từ
Tương tác yếu (phân rã p)
Tương tác hấp dẫn
Các hadrons: baryons và mesons
Hadrons là những hạt thể hiện „;fl.	....	
*7	, ° • T Tiếng Hy Lạp
tương tác mạnh.	■
Chúng cũng có thể có các loại Hadron: mạnh
tương tác khác.	Baryon: nặng
Hadrons được chia làm hai loại: Meson: trung
r,	 bình
Baryons
Mesons
Các hadrons có thể mang điện
dương, âm hay trung hòa.
Các baryons
Baryons là fermions. Fermions: các hạt có spin
n, p Nucleons bán nguyên
A, s, íl, A, E ... Hyperons
Sổ baryon B: là một số lượng tử gán cho mỗi baryon.
Các baryons có B = +1
Phản hạt của chúng có B = -1
Trong một phản ứng số baryon được bảo toàn.
n~*p e Ve Baryon phải xuất hiện
B:l = 1 + 0 + 0	từng cặp trong một phản
ứng
8b.1 Các hạt dưới nguyên tử (5)
Các mesons
Mesons là bosons. Bosons: các hạt có spin
- TT, K, TJ, JAK P,Y... nguyên
Mesons và các phản mesons đều có B = 0.
P^n+7r	Meson có thể xuất hiện
B: 1 = 1 + 0	riêng lẻ trong một phản
ứng
8b.1 Các hạt dưới nguyên tử (6)
Leptons là các fermions, có spin 1/2, rất nhẹ.
Không thể hiện tương tác mạnh.
Đặc trưng bởi số lepton L = 1, phản hạt có L = -1.
Thế hệ
Lepton
Điện tích(e)
Số lepton
1
Electron neutrino ve
0
Electron e'
2
Muon neutrino V
0
V1
Muon |T
-1
3
Tau neutrino vt
0
Lr=l
Tau V
-1
1 Các hạt dưới nguyên tử (7)
• Sô lepton của từng thê hệ bảo toàn trong một phản ứng.
n Ve V'fi	Các lepton của mồi thế
L • 0 - 1-1+0	hệ phải xuất hiện từng
*”	cặp
L/(: 1 = 0 + 0+1
8b.1 Các hạt dưới nguyên tử (8)
p. Dirac (1927) tiên đoán sự tồn tại của phản hạt khi mở rộng Cơ học lượng tử cho các hạt tương đối tính.
c. D. Anderson (1932) phát hiện phản hạt đâu tiên (positron) trong các tia vũ trụ.
Phản hạt có điện tích, sô baryon, số lepton trái dấu, hay cũng có thê trùng với chính hạt.
Hiên tương sinh và hủy căp:
-	+ Photon phân rã thành cặp
'	hạt. phản hạt
c~ I c'1, > 2r Cặp hạt - phản hạt biên
mất, tạo ra 2 photon
Chương 8a:
Nguyên tử kiềm
8b.1 Các hạt dưới nguyên tử
L.	'	)
8b.2 Máy gia tốc và máy dò hạt
c— 	—.— 	'
8b.3 Các hạt cơ bản
8b.4 Hạt cơ bản và lịch sử vũ trụ
8b.2 Máy gia tốc và máy dò hạt
Máy gia tốc hạt
Các nhà khoa học tìm ra các hạt mới bằng cách:
Tìm kiếm trong các tia vũ trụ.
Cho các hạt năng lượng cao đến va chạm nhau
trong các máy gia tốc hạt, tạo ra các hạt mới.
Trong máy gia tốc, các hạt được gia tốc bằng điện từ trường.
Máy gia tốc ở CERN, nơi phát hiện các bosons Wvà z.
Mô phỏng hoạt động máy LHC ở CERN.
Máy dò hạt
Các nhà khoa học dùng từ trường đê xác định dâu của điện tích và động lượng của các hạt.
Máy dò muon CMS ở Fermilab.
CMS
St HtK OXlHl ỈIXG ũu.xt I
m nvx YOKt
ỈKÁCKm
nttXHOHHt
mu
12500 T
15 0 m
215 m
4 ỶMla
ơnrxrAi HÁI
Total weight Overall diameter Overall length Magnetic field
/iJWWVf/J (u tifflittĩl H
Ml ox IHXUKHtS
8b.1 Các hạt dưới nguyên tử (1)
Chương 8a: Nguyên tử kiềm
8b.1 Các hạt dưới nguyên tử
8b.2 Máy gia tốc và máy dò hạt
8b.3 Các hạt cơ bản
8b.4 Hạt cơ bản và lịch sử vũ trụ
xác nhận thuyết "Mô hình
ệm đã
chuẩn", theo đó tất cả được cấu tạo từ 12 hạt cơ bản và các phản hạt của chúng.
Các hạt cơ bản này có spin Ấ/2, gồm hai nhóm:
Nhóm leptons
Nhóm quarks
Chúng tương tác thông qua các bosons truyền:
tương tác điện từ: photon Y
tương tác yêu: bosons W', w+, z°
truyền tương tác mạnh: gluons g
Cấu tạo của các hadrons
Các baryons được cấu tạo từ ba hạt quarks.
Các phản baryons thì gồm ba phản quarks.
Các mesons được cấu tạo từ một quark và một phản quark.
Baryons are massive particles which are made up of three quarks
Particle
Symbol
Makeup
Rest mass MeV/c2
Spin
B
S
Lifetime (second s>
Decay Modes
Proton
p
uud
938.3
1/2
+1
0
Stable
...
Neutron
n
ddu
939.6
1/2
+1
0
920
pe-Ve
Lambda
A0
uds
1115.6
1/2
+1
-1
2.6 x10-10
pn-, nn0
Sigma
z+
uus
1189.4
1/2
+1
-1
0.8 x10-10
pn0, nn+
Sigma
z0
uds
1192.5
1/2
+1
-1
6x10-20
a0y
Sigma
z-
dds
1197.3
1/2
+1
-1
1.5 x10-10
nn-
Delta
A++
uuu
1232
3/2
+1
0
0.6 x10-23
pn+
/.. -
Tổng kết
Elementary particles
Fundamental fermions (MATTER - ANTIMATTER PARTICLES)
Fundamental Bosons
(force particles)
that mediate interaction
between fermions
QUARKS - ANTIQUARKS
LEPTONS-ANTILEPTONS

GAUGE BOSONS
and HIGGS BOSONS
LEPTONS	QUARKS
charm
down
e ectron
z boson
Tổng kết
lĩiụọn neutrino
electron
neutrino
strange
bottom
photon
91 2 GeVJc1
6 QUARKS, 6 LEPTONS and their antiparticles