Đang tải... (xem toàn văn)
Tính đối xứng: - Mỗi hạt bất kì sẽ luôn tồn tại một phản hạt của chính nó trừ phôtôn với cùng khối lượng nghỉ mo , spin s nhưng trái dấu điện tích trừ nơtron có điện tích bằng 0[r]
(1)CÁC HẠT SƠ CẤP THỰC HIỆN: Huỳnh Thị Mỹ Loan Mai Tuấn Cảnh Nguyễn Văn Thy Lê Bảo Hy Biện Công Thức Trần Quang Hiếu (2) I ĐỊNH NGHĨA: Hạt sơ cấp là gì ? Hạt sơ cấp (còn gọi là hạt bản) là thực thể vi mô tồn hạt nguyên vẹn, đơn nhất và không thể tách thành các thành phần nhỏ VD: hạt phôtôn, êlectron, pôzitron, nơtrinô … (3) II PHÂN LOẠI: Phân loại theo khối lượng Hạt sơ cấp Phôtôn Leptôn Mêzôn Khối lượng tăng dần Barion (4) II PHÂN LOẠI: Phôtôn: - Phôtôn còn gọi là quang tử - Không có khối lượng riêng có động lượng - Chuyển động với vận tốc ánh sáng chân không - Trong hệ qui chiếu lượng hạt phôtôn là: hc (5) II PHÂN LOẠI: Leptôn: - Leptôn có nghiã là “nhỏ” và “mỏng” - Leptôn là hạt tuyệt đối bền vững - Leptôn là hạt chất điểm (6) II PHÂN LOẠI: Leptôn: a Êlectron e – và pôzitron e+ - Êlectron 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 phản hạt pôzitron - Năm 1932, Anderson đã tìm thấy phản hạt nói trên - Sự huỷ cặp e+ và e- đồng thời tạo thành phôtôn (7) II PHÂN LOẠI: Leptôn: b Hạt nơtrinô - Năm 1937, Paul đã đoán: Trong phân rã β, đồng thời êlectron còn có hạt không mang điện phóng là nơtrinô - Nơtrinô êlectron: n → p + e- + νe - Nơtrinô muy : ν- → e- + νe + νμ π+ → μ- + ν μ - Nơtrinô Tau: τ- → e- + νe + ντ (8) II PHÂN LOẠI: Leptôn: c Hạt muy và hạt tau - Hạt μ Anderson và Ned Dermrger tìm thấy năm 1973 - Hạt Τau (τ) phát hiện năm 1975 (9) II PHÂN LOẠI: Mêzôn: Gồm hạt có khối lượng nghỉ trung bình (10) II PHÂN LOẠI: Mêzôn: a Hạt pi - Sự tồn π Yukawa tiên đoán từ năm 1935 mãi đến năm 1947 Oechialini và Powell tìm thấy - Có hai loại hạt là π+ và πo - π là các lượng tử trường lực hạt nhân (11) II PHÂN LOẠI: Mêzôn: b Kaôn - Gồm Κ+, Κ-, Κo - Kaôn đầu tiên tìm thấy tia vũ trụ là Κo Butter và Rochester - Κ là hạt lạ, Κ còn đặc trưng số lạ (12) II PHÂN LOẠI: Barion: - Còn gọi là Barion Fecmion : là các hạt có spin bán nguyên - Barion chia làm hai loại: + Nuclôn: proton và neutron + Hipêron: là các hạt Λ, Ω, (13) II PHÂN LOẠI: Barion: Nuclôn *Prôtôn (p) - Ernest Rutherford là người khám phá prôtôn - Prôtôn là loại hạt tổ hợp, điện tích là + - Số prôtôn nguyên tử nguyên tố điện tích hạt nhân nguyên tố đó Cấu trúc Quark Proton (14) II PHÂN LOẠI: Barion: Nuclôn *Prôt6n (p) *Nơtron - Nơtron - Nơtron đóng vai trò tìm rã β -Chadwick Quá trình phân trong1932, nhiều phản năm phản nơtron: ứng hạtđược nhân nơtron tìm ~ Bruce n p e e Cork năm 1956 Cấu trúc Quark Nơtron (15) II PHÂN LOẠI: Tập hợp các Mêzôn và các Barion có tên chung Hađrôn (16) 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 (17) III CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP: Khối lượng nghỉ: - Các hạt sơ cấp có khối lượng nghỉ khác 0, trừ phôtôn, nơtrinô, gravitôn, gluôn,… - Đại lượng đặc trưng là 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 (18) III CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP: Điện tích: - Một số hạt sơ cấp có điện tích Q = e - Hạt trung hoà có điện tích Q = - Hạt quark co Q = ± e hoăc Q = ±2 e 3 (19) III CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP: Spin: - Mỗi hạt sơ cấp có momen động lượng riêng và momen từ riêng đặc trưng số lượng tử spin, kí hiệu s h - Momen động lượng riêng hạt = s - Dựa vào spin, người ta chia hạt sơ cấp 2 thành hai loại: + Bozôn: là hạt có s = 1(như phôtôn) có s = (như pion) + Fecmion: là hạt có s = (như nơtrinô, êlectron, prôtôn, nơtron,…) - Ngoài còn có spin đồng vị (20) III CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP: Thời gian sống trung bình: Tên hạt Năng lượng Điện tích Thời gian sống Spin s Eo (MeV) Q (giây) Phôtôn 0 ∞ Êlectron Pôzitron Nơtrinô 0,511 0,511 -e +e 1/2 1/2 1/2 ∞ ∞ ∞ Piôn Kaôn 139,6 497,7 +e 0 2,6.10-8 8,8.10-11 Prôtôn Nơtron 938,3 939,6 +e 1/2 1/2 ∞ 932 Xicma Omêga 1189 1672 +e -e 1/2 3/2 8.10-11 1,3.10-10 (21) III CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP : Momen từ: - Gắn với điện tích Q và spin s - Nếu spin s = thì momen từ - Momen từ μ song song với spin - Momen từ đo đơn vị manhetôn Bo (µB) VD: µprôtôn = 2,79 µB; µnơtron = -1,91 µB (22) III CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP : Số lạ: có 2năm đặc 1947, điềm sau đây: Chúng Từ người ta tìm thấy loạt -hạt Định bảo toàn số lạ: Trong quá trình ocác +Chúng quá rất nhanh sơluật cấpsinh mới:ra mêzôn K: K+, K vàtrình các hipêron: sinh lạ,vàtổng cùa số lạ của(Ω hệ o-23 +, rã -,trong o), Omêga -),… (≈10 phân quá trình bảo chậm Λ (Λhạt ), s) Xicma (Σđại Σsố Σ toàn (≈10-6 s) +Có thể sinh hai ba hạt lạ không sinh hạt lạ vài loại hạt lạ cùng loại Hạt K+ Ko Λo Σ+ Σo Σ- Ξo Ξ- Ω- Số lạ S 1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -3 (23) III CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP : Số barion: - Các hạt sơ cấp có khối lượng lớn khối lượng prôtôn có tên chung là các Barion, bao gồm nuclôn và hipêron - Khi nào mất barion thì sẽ có barion xuất hiện VD: p + p → p + Σ+ + Ko Λo → p + π π- + p → K o + Λo - Định luật bảo toàn số barion: Trong các quá trình biến đổi, tổng (đại số) các số barion hệ không đổi (24) III CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP : Số leptôn: - Ba cặp: (e- và νe), (μ- và νμ), (τ- và ντ) - Tất cả các leptôn có số leptôn L = 1, các phản leptôn có số leptôn L = -1 - Trong các phản ứng ,tổng đại số số lepton hệ các hạt tham gia phản ứng bảo toàn (25) Củng cố kiến thức Các hạt sơ cấp nào 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 (26) IV PHẢN HẠT : Tính đối xứng: - Mỗi hạt bất kì sẽ luôn tồn phản hạt chính nó (trừ phôtôn) với cùng khối lượng nghỉ mo , spin s trái dấu điện tích (trừ nơtron có điện tích 0) và momen từ (μ) Sự sinh và hủy cặp: - Khi có lượng đủ cao, hạt sẽ tự tạo phản hạt mình Khi hạt gặp phản hạt chính mình, cả hai sẽ cùng tiêu hủy và trở dạng lượng VD: e- + e+ → γ + γ; γ + γ → e- + e+ (27) V TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC HẠT SƠ CẤP: Tương tác hấp dẫn: Tương tác điện từ: Tương tác yếu: Tương tác mạnh: So sánh độ mạnh tương đối loại tương tác trên, ta có bảng sau: Loại Cường độ Bán kính tác Hạt trường tương tác tương tác dụng (m) Hấp dẫn ∞ Gravitôn Điện từ 1037 ∞ Phôtôn Yếu 10-25 10-18 W±, Zo,… Mạnh 1039 10-15 Gluôn, mezôn ảo,… (28) VI QUARK: Một số khái niệm thường gặp: - Sự giam hãm màu: giam hãm hay chế ngự là hiện tượng mà đó các quark không thể cô lập - Nguyên lý loại trừ Pauli: trạng thái lượng tử chỉ có thể có điện tử mà thôi - Thuyết sắc động lực học lượng tử: Là lý thuyết miêu tả lực bản vũ trụ, đó là tương tác mạnh - Vi phạm CP: Là hiện tượng làm cho tương tác yếu cư xử khác vị trí trái, phải hoán đổi (Đối xứng P) và các hạt thay thế tương ứng với các phản hạt chúng (Đối xứng C) (29) VI QUARK: Quark: a Khái niệm: - Quark: là hạt bản sơ cấp và là thành phần bản vật chất - Phản quark: là phản hạt quark và kí hiệu dấu gạch ngang bên trên cho quark tương ứng, u cho phản quark - Quark hóa trị là các quark xác định lên số lượng tử các hađrôn.Có họ hađrôn là barion, với ba quark hóa trị; và mêzôn, với quark và phản quark hóa trị (30) VI QUARK: Quark: b Phân loại: - Có loại: lên (u), xuống (d), duyên (c), lạ (s), đỉnh (t), và đáy(b) Các quark lên (u) và quark xuống (d) có khối lượng nhỏ nhất các quark (31) VI QUARK: Quark: c Tính chất: - Quark có điện tích, khối lượng, màu tích, và hương - Các quark là các hạt bản nhất biết đến có tham gia vào cả tương tác bản vật lý học hiện nay: tương tác điện từ, tương tác hấp dẫn, tương tác mạnh và tương tác yếu (32) VI QUARK: Quark: c Tính chất: Điện tích - Các quark có các giá trị điện tích là phân số là e e 3 (33) VI QUARK: Quark: c Tính chất: Màu tích - Các quark sở hữu tính chất gọi là màu tích Chúng có ba loại màu tích là lam, lục và đỏ Tương ứng với chúng là các phản lam, phản lục và phản đỏ (34) VI QUARK: Quark: c Tính chất: Spin - Các quark là hạt có spin = - 1⁄2, hàm ý chúng là các hạt fecmion tuân theo định luật thống kê spin (35) VI QUARK: Quark: c Tính chất: Khối lượng - Khối lượng quark hiện - Khối lượng quark thành phần - Những khối lượng này có giá trị điển hình rất khác (36) VI QUARK: Quark: c Tính chất: Tương tác mạnh - Lực tương tác mạnh ảnh hưởng các hạt quark, phản quark và gluôn-hạt truyền tương tác chúng - Tương tác mạnh xảy hai quark là nhờ hạt trao đổi có tên là gluôn (37) VI QUARK: Quark: c Tính chất: Tương tác yếu - Một hương quark chỉ có thể biến đổi thành hương khác quark thông qua tương tác yếu n p e e (Phân rã Bêta, kí hiệu hađrôn) udd uud e e (Phân rã Bêta, kí hiệu quark) (38) VI QUARK: Quark: c Tính chất: Tương tác yếu - Độ mạnh tương tác yếu sáu quark với "Cường độ" đường này xác định các yếu tố ma trận CKM (39) VI QUARK: Mở rộng quark: a Biển quark: - Các hađrôn, cùng với các quark hóa trị (qv) đóng góp vào các số lượng tử chúng, chứa các cặp hạt quark ảo-phản quark ảo (qq) gọi là biển quark (qs) - Biển quark có thể hađrôn hóa thành các hạt barion mêzôn điều kiện xác định (40) VI QUARK: Mở rộng quark: b Các pha khác vật chất: Hình vẽ cho thấy biểu đồ pha vật chất quark Tìm hiểu chi tiết chính xác biểu đồ này là hướng nghiên cứu (41) Củng cố kiến thức Có hạt quark, kí hiệu là: u, d, s, c, b, t và sáu phản quark Các hạt quark và phản quark nào có điện tích dương: u, s, d u, b, t u, c, t s, u, d (42) XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE (43)