Hạt sơ cấp

THỰC HIỆN:
Huỳnh Thị Mỹ Loan
Mai Tuấn Cảnh
Nguyễn Văn Thy
Lê Bảo Hy
Biện Công Thức
Trần Quang Hiếu
CÁC HẠT SƠ CẤP
I. ĐỊNH NGHĨA:
Hạt sơ cấp là gì ?
Hạt sơ cấp (còn được gọi là hạt cơ bản) là những thực thể vi mô tồn tại như một hạt nguyên vẹn, đơn nhất và không thể tách thành các thành phần nhỏ hơn.
VD: hạt phôtôn, êlectron, pôzitron, nơtrinô ….
II. PHÂN LOẠI:
Phân loại theo khối lượng
Hạt sơ cấp
Phôtôn
Leptôn
Mêzôn
Barion
Khối lượng tăng dần
1. Phôtôn:
II. PHÂN LOẠI:
- Phôtôn còn được gọi là quang tử.
- Không có khối lượng riêng nhưng có động lượng.
Chuyển động với vận tốc ánh sáng trong chân
không.
- Trong mọi hệ qui chiếu năng lượng của một hạt phôtôn là:
2. Leptôn:
II. PHÂN LOẠI:
- Leptôn có nghiã là “nhỏ” và “mỏng”.
- Leptôn là hạt tuyệt đối bền vững.
Leptôn là hạt chất điểm.
2. Leptôn:
II. PHÂN LOẠI:
- Êlectron được 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 ra phản hạt pôzitron.
Năm 1932, Anderson đã tìm thấy phản hạt nói trên .
- Sự huỷ cặp e+ và e- đồng thời tạo thành 2 phôtôn.
a. Êlectron e – và pôzitron e+
2. Leptôn:
II. PHÂN LOẠI:
- Năm 1937, Paul đã đoán: Trong sự phân rã β, đồng thời êlectron còn có một hạt không mang điện được phóng ra là nơtrinô.
- Nơtrinô êlectron: n → p + e- + νe.
- Nơtrinô muy : ν- → e- + νe + νμ
π+ → μ- + νμ
- Nơtrinô Tau: τ- → e- + νe + ντ.
b. Hạt nơtrinô
2. Leptôn:
II. PHÂN LOẠI:
- Hạt μ được Anderson và Ned Dermrger tìm thấy năm 1973 .
- Hạt Τau (τ) được phát hiện năm 1975 .
c. Hạt muy và hạt tau
3. Mêzôn:
II. PHÂN LOẠI:
Gồm những hạt có khối lượng nghỉ trung bình
3. Mêzôn:
II. PHÂN LOẠI:
- Sự tồn tại của π được Yukawa tiên đoán từ năm 1935 mãi đến năm 1947 Oechialini và Powell mới tìm thấy .
- Có hai loại hạt là π+ và πo.
π là các lượng tử của trường lực hạt nhân.
a. Hạt pi
3. Mêzôn:
II. PHÂN LOẠI:
- Gồm Κ+, Κ-, Κo.
- Kaôn đầu tiên được tìm thấy trong tia vũ trụ là  Κo do Butter và Rochester.
Κ là hạt lạ, mỗi Κ còn được đặc trưng bởi số lạ.
b. Kaôn
4. Barion:
II. PHÂN LOẠI:
- Còn gọi là Barion Fecmion : là các hạt có spin bán nguyên.
- Barion được chia làm hai loại:
+ Nuclôn: proton và neutron.
+ Hipêron: là các hạt Λ, Ω,...
4. Barion:
II. PHÂN LOẠI:
*Prôtôn (p)
- Ernest Rutherford là người khám phá ra prôtôn.
Prôtôn là 1 loại hạt tổ hợp, điện tích là +.
Nuclôn
Số prôtôn trong nguyên tử của một nguyên tố bằng điện tích hạt nhân nguyên tố đó.
Cấu trúc Quark của Proton
4. Barion:
II. PHÂN LOẠI:
*Prôt6n (p)
*Nơtron
Nơtron được Chadwick tìm ra năm 1932, phản nơtron được tìm ra bởi Bruce Cork năm 1956.
Nuclôn
Nơtron đóng vai trò trong nhiều phản ứng hạt nhân.
Quá trình phân rã β của nơtron:
Cấu trúc Quark của Nơtron
II. PHÂN LOẠI:


Tập hợp các Mêzôn và các Barion có tên chung Hađrôn
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.
1. Khối lượng nghỉ:
III. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP:
- Các hạt sơ cấp đều có khối lượng nghỉ khác 0, trừ phôtôn, nơtrinô, gravitôn, gluôn,…
- Đại lượng đặc trưng là năng 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
2. Điện tích:
III. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP:
- Một số hạt sơ cấp có điện tích Q = .
- Hạt trung hoà có điện tích Q = 0 .
Hạt quark có Q = ± e hoặc Q = ± e.
3. Spin:
III. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP:
- Mỗi hạt sơ cấp có momen động lượng riêng và momen từ riêng được đặc trưng bởi số lượng tử spin, kí hiệu s .
- Momen động lượng riêng của hạt = .
- Dựa vào spin, người ta chia hạt sơ cấp thành hai loại:
+ Bozôn: là những hạt có s = 1(như phôtôn) hoặc có s = 0 (như pion)
+ Fecmion: là những hạt có s = (như nơtrinô, êlectron, prôtôn, nơtron,…)
- Ngoài ra còn có spin đồng vị.
4. Thời gian sống trung bình:
III. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP:
5. Momen từ:
III. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP :
- Gắn với điện tích Q và spin s.
- Nếu spin s = 0 thì momen từ bằng 0.
Momen từ μ song song với spin.
- Momen từ đo bằng đơn vị manhetôn Bo (µB)
VD: µprôtôn = 2,79 µB; µnơtron = -1,91 µB.
6. Số lạ:
III. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP :
- Từ những năm 1947, người ta tìm thấy một loạt hạt sơ cấp mới: mêzôn K: K+, Ko và các hipêron: Λ (Λo), Xicma (Σ+, Σ-, Σo), Omêga (Ω-),…
Chúng có 2 đặc điềm sau đây:
+Chúng sinh ra trong những quá trình rất nhanh (≈10-23 s) và phân rã trong những quá trình chậm (≈10-6 s)
+Có thể sinh ra hai hoặc ba hạt lạ nhưng không bao giờ sinh ra một hạt lạ hoặc vài loại hạt lạ cùng loại.
Định luật bảo toàn số lạ: Trong các quá trình sinh hạt lạ, tổng đại số cùa số lạ của hệ được bảo toàn.
7. Số barion:
III. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP :
- Các hạt sơ cấp có khối lượng lớn hơn hoặc bằng khối lượng prôtôn có tên chung là các Barion, bao gồm nuclôn và hipêron.
- Khi nào mất đi một barion thì sẽ có một barion mới xuất hiện.
VD: p + p → p + Σ+  + Ko
            Λo → p + π-
       π- + p → Ko + Λo  .
- Định luật bảo toàn số barion: Trong các quá trình biến đổi, tổng (đại số) của các số barion của hệ không đổi .
8. Số leptôn:
III. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HẠT SƠ CẤP :
- Ba cặp: (e- và νe), (μ- và νμ), (τ- và ντ).
- Tất cả các leptôn đều có số leptôn L = 1, các phản leptôn có số leptôn L = -1.
- Trong các phản ứng ,tổng đại số của số lepton của hệ các hạt tham gia phản ứng được bảo toàn.
Củng cố kiến thức
Các hạt sơ cấp nào dưới 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.
- Khi có năng lượng đủ cao, hạt sẽ tự tạo ra phản hạt của mình. Khi hạt gặp phản hạt của chính mình, cả hai sẽ cùng tiêu hủy và trở về dưới dạng năng lượng.
VD: e- + e+ → γ + γ; γ + γ → e- + e+
IV. PHẢN HẠT :
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) và momen từ (μ)
Sự sinh và hủy cặp:
1. Tương tác hấp dẫn:
V. TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC HẠT SƠ CẤP:
2. Tương tác điện từ:
3. Tương tác yếu:
4. Tương tác mạnh:
So sánh độ mạnh tương đối giữa 4 loại tương tác trên, ta có bảng sau:
1. Một số khái niệm thường gặp:
VI. QUARK:
- Sự giam hãm màu: giam hãm hay chế ngự là một hiện tượng mà ở đó các quark không thể được cô lập.
- Thuyết sắc động lực học lượng tử: Là lý thuyết miêu tả một trong những lực cơ bản của vũ trụ, đó là tương tác mạnh.
Nguyên lý loại trừ Pauli: mỗi trạng thái lượng tử chỉ có thể có một điện tử mà thôi.
- Vi phạm CP: Là một hiện tượng làm cho tương tác yếu cư xử khác nhau khi vị trí trái, phải được hoán đổi (Đối xứng P) và các hạt được thay thế tương ứng với các phản hạt của chúng (Đối xứng C).
2. Quark:
VI. QUARK:
- Quark: là một hạt cơ bản sơ cấp và là một thành phần cơ bản của vật chất.
- Quark hóa trị là các quark xác định lên số lượng tử của các hađrôn.Có 2 họ hađrôn là barion, với ba quark hóa trị; và mêzôn, với một quark và một phản quark hóa trị.
Phản quark: là phản hạt của quark và được kí hiệu bởi dấu gạch ngang bên trên cho mỗi quark tương ứng, như u cho phản quark.
a. Khái niệm:
2. Quark:
VI. QUARK:
- Có 6 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 trong các quark.
b. Phân loại:
2. Quark:
VI. QUARK:
- Các quark là các hạt cơ bản duy nhất được biết đến có tham gia vào cả 4 tương tác cơ bản của vật lý học hiện nay: tương tác điện từ, tương tác hấp dẫn, tương tác mạnh và tương tác yếu.
Quark có điện tích, khối lượng, màu tích, và hương.
c. Tính chất:
2. Quark:
VI. QUARK:
Các quark có các giá trị điện tích là phân số
là    hoặc .
Điện tích
c. Tính chất:
2. Quark:
VI. QUARK:
Các quark sở hữu một 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.
Màu tích
c. Tính chất:
2. Quark:
VI. QUARK:
- Các quark là những hạt có spin = - 1⁄2, hàm ý rằng chúng là các hạt fecmion tuân theo định luật thống kê spin
Spin
c. Tính chất:
2. Quark:
VI. QUARK:
- Khối lượng quark hiện tại.
Khối lượng
c. Tính chất:
- Khối lượng quark thành phần.
- Những khối lượng này có những giá trị điển hình rất khác nhau.
2. Quark:
VI. QUARK:
- Lực tương tác mạnh ảnh hưởng bởi các hạt quark, phản quark và gluôn-hạt truyền tương tác của chúng.
Tương tác mạnh
c. Tính chất:
- Tương tác mạnh xảy ra giữa hai quark là nhờ một hạt trao đổi có tên là gluôn.
2. Quark:
VI. QUARK:
- Một hương của quark chỉ có thể biến đổi thành một hương khác của quark thông qua tương tác yếu.
Tương tác yếu
c. Tính chất:
(Phân rã Bêta, kí hiệu hađrôn)
(Phân rã Bêta, kí hiệu quark)
2. Quark:
VI. QUARK:
- Độ mạnh của tương tác yếu giữa sáu quark với nhau. "Cường độ" của những đường này được xác định bởi các yếu tố của ma trận CKM.
Tương tác yếu
c. Tính chất:
3. Mở rộng về quark:
VI. QUARK:
- Các hađrôn, cùng với các quark hóa trị (qv) đóng góp vào các số lượng tử của chúng, chứa các cặp hạt quark ảo-phản quark ảo (qq) gọi là biển quark (qs).
a. Biển quark:
- Biển quark có thể hađrôn hóa thành các hạt barion hoặc mêzôn trong những điều kiện xác định.
3. Mở rộng về quark:
VI. QUARK:
Hình vẽ cho thấy biểu đồ pha của vật chất quark. Tìm hiểu chi tiết chính xác của biểu đồ này là một hướng nghiên cứu hiện nay
b. Các pha khác của vật chất:
Củng cố kiến thức
Có 6 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.
XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE