báo cáo seminar : hạt cơ bản tương tác mạnh

HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH1CERMINAHẠT CƠ BẢNNHÓM 5A 1. Hoàng Thị Ngân2. Trần Thị Minh Hiền3. Lê Thị Thanh Huyền4. Nguyễn Thị Bích5. Hoàng Thị Oanh6. Nguyễn Thị Ny7. Hồ Thị Diệu Hương 8. Ngô Nữ Tuyết Linh9. Trần Thy Ngọc My10. Nguyễn Thị Thu Hằng11. Võ Quang Nhật (thuyết trình)LOGOTƯƠNG TÁC MẠNH3/24/14HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH2HẠT CƠ BẢN Hình thức luận spin đồng vị Các Quark Các Quark Phổ các Hađrôn Phổ các Hađrôn Phân loại các Hađrôn Phân loại các Hađrôn Sắc động lực học lượng tử Sắc động lực học lượng tử Cấu trúc Quark của bộ tám và bộ mười các Bariôn Cấu trúc Quark của bộ tám và bộ mười các Bariôn123456LOGOTương tác mạnh

L O G O 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH1 CERMINA HẠT CƠ BẢN N H Ó M 5 A 1. Hoàng Thị Ngân 2. Trần Thị Minh Hiền 3. Lê Thị Thanh Huyền 4. Nguyễn Thị Bích 5. Hoàng Thị Oanh 6. Nguyễn Thị Ny 7. Hồ Thị Diệu Hương 8. Ngô Nữ Tuyết Linh 9. Trần Thy Ngọc My 10. Nguyễn Thị Thu Hằng 11. Võ Quang Nhật (thuyết trình) L O G O TƯƠNG TÁC MẠNH 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 2 H Ạ T C Ơ B Ả N Hình thức luận spin đồng vị Các Quark Các Quark Phổ các Hađrôn Phổ các Hađrôn Phân loại các Hađrôn Phân loại các Hađrôn Sắc động lực học lượng tử Sắc động lực học lượng tử Cấu trúc Quark của bộ tám và bộ mười các Bariôn Cấu trúc Quark của bộ tám và bộ mười các Bariôn 1 2 3 4 5 6 L O G O Tương tác mạnh Tương tác mạnh là tương tác giữa các hạt nuclon trong hạt nhân, sở dĩ gọi là tương tác mạnh vì nó thắng được lực đẩy Coulomb. Đặc trưng quang trọng là bán kính tác dụng rất ngắn. khoảng 10 -13 cm và thời gian đặc trưng là T 10∼ -24 → 10 -23 s Cơ chế của tương tác mạnh là sự trao đổi các hạt truyền gluôn giữa các hạt hađrôn. 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 3 L O G O HÌNH THỨC LUẬN SPIN ĐỒNG VỊ Spin đồng vị là một vectơ nhưng không phải là một vectơ trong không gian thông thường mà là không gian spin đồng vị. Không gian hình thức này cũng có 3 trục 1,2,3 nào đó, 3 trục của nó không có mối liên hệ với các trục toạ độ thông thường. T cũng không có mối liên hệ nào đối với sự quay trong không gian thông thường. Nó chỉ xác định sự quay trong không gian spin đồng vị. Để mô tả hai trạng thái điện tích khác nhau của nuclôn người ta dùng vết chiếu của T trên một trục nào đó của không gian spin đồng vị. 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 4 L O G O HÌNH THỨC LUẬN SPIN ĐỒNG VỊ Lực hạt nhân không phụ thuộc điện tích, ba tương tác p-p, p-n, n-n coi là thống nhất. Vậy nếu bỏ qua tương tác Coulomb chỉ xét tương tác hạt nhân thì tương tác giữa bất kỳ cặp nuclôn nào ở cùng một trạng thái không gian và cùng một trạng thái spin đều đồng nhất, nghĩa là về phương diện này coi prôtôn và nơtrôn là đồng nhất, hay p và n là một hạt gọi là nuclôn ở trong hai trạng thái điện tích. 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 5 L O G O HÌNH THỨC LUẬN SPIN ĐỒNG VỊ Để mô tả sự kiện trên, Heisenberg đưa vào một đặc trưng lượng tử gọi là spin đồng vị, p và n là hạt có spin đồng vị T như nhau. Trạng thái của nuclôn được mô tả bởi hàm : Trong đó các ma trận : mô tả trạng thái điện tích của p và n. Như vậy hàm trạng thái điện tích của p và n là: 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 6 L O G O HÌNH THỨC LUẬN SPIN ĐỒNG VỊ Toán tử spin S có mối liên hệ với toán tử của phép quay trong không gian thông thường σ là : Tương tự T cũng liên hệ với toán tử của phép quay trong không gian spin đồng vị τ là : Người ta lấy các ma trận Pauli làm các thành phần của τ : Các ma trận τ phản giao hoán với nhau : Và thỏa mãn các hệ thức: τ 1 τ 2 = iτ 3 Hay: 2T 1 T 2 = iT 3 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 7 L O G O HÌNH THỨC LUẬN SPIN ĐỒNG VỊ Ta biết giao hoán tử của T 1 và T 2 là: [T 1 ,T 2 ] = T 1 T 2 – T 2 T 1 = 2T 1 T 2 Vậy: [T 1 ,T 2 ] = iT 3 Còn Vậy: T = 1/2 (số lượng tử spin đồng vị) Spin đồng vị của nuclôn bằng 1/2. Khi đó T 3 = 1/2 ứng với trạng thái p T 3 = -1/2 ứng với trạng thái n Ta đưa vào 2 toán tử mới 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 8 L O G O HÌNH THỨC LUẬN SPIN ĐỒNG VỊ Ta có: Vậy τ + huỷ trạng thái p và biến n thành p. τ - huỷ trạng thái n và biến p thành n. Sự chuyển trạng thái p sang n và ngược lại tương ứng với sự thay đổi T 3 từ giá trị 1/2 sang – 1/2 và ngược lại. Nghĩa là vectơ spin đồng vị quay 180 0 đối với trục nằm trong mặt phẳng (1,2). 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 9 L O G O CÁC QUARK 1. Sơ lược lịch sử ra đời của Quark  Năm 1964, Gell-Mann (Mỹ) giả thiết rằng các hađrôn được cấu tạo từ ba hạt có spin bằng 1/2 nhưng có điện tích và tích Bariôn là những lượng phân số gọi là các hạt Quark. Ba Quark đó là Quark u (up), Quanrk d (down) và Quark s ( Strange).  Với giả thiết này, ông nêu lên cấu trúc Quark của các bariôn và mêzôn : các bariôn được cấu tạo từ 3 Quark, các mêzôn được cấu tạo từ 1 Quark và một phản Quark.  Tháng 11- 1974,S.Ting và B. Richter phát hiện hạt mêzôn J/Ψ có khối lượng 3095 Mev và thời gian sống τ ≈ 10 -20 Sec. Hạt này được giải thích thoả đáng nếu cho rằng nó là tổ hợp của quark c và phản quark c. 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 10 [...]... Spin đồng vị lên trục thứ 3 : T 3 Vì T3 = - T, - T + 1, …, + T ,nên số hạt trong một đa tuyến l : N = 2T+1 Khi T= 0 thì T3 = 0 hoặc khi T = 1/2 thì T3 = - 1/2, 1/2 T = 1 thì T3 = -1, 0, 1 3/24/14 24 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 4.PHÂN LOẠI CÁC HAĐRÔN LOGO  Đa tuyến mêzôn:  Đa tuyến Bariôn: 3/24/14 25 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 4.PHÂN LOẠI CÁC HAĐRÔN LOGO Tính đồng nhất của các hạt trong nhóm gọi là tính... Các phản quark có màu liên hợp tương ứng : phản đỏ, phản xanh, phản vàng • So sánh giữa tương tác mạnh và tương tác điện từ ta có sự tương ứng sau đây: electron ↔ quark điện tích ↔ tích màu phôtôn ↔ gluôn pôzitrônium ↔ các mêzôn (lực điện từ) (lực màu) 32 3/24/14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH SẮC ĐỘNG LỰC HỌC LƯỢNG TỬ 2 Sắc động lực học lượng tử • Lí thuyết về tương tác mạnh của các quark và gluôn gọi... đặc trưng chưa biết của 1 hađrôn Ví dụ : xét các đặc trưng của các quark để xét tính đặc trưng của prôtôn Prôtôn là một loại hạt tổ hợp, một thành phần cấu tạo nên hạt nhân nguyên tử Prôtôn được tạo thành từ 3 hạt quark ( 2 quark u và 1 quark d) 3/24/14 15 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH CÁC QUARK LOGO 3 Cấu trúc quark của các Hađrôn 3/24/14 16 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 3.PHỔ CÁC HAĐRÔN LOGO 1 Phổ các bariôn... bariôn với giá trị C = 0 trong bảng 2 3/24/14 17 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH PHỔ CÁC HAĐRÔN LOGO Bảng 2: Các trạng thái bariôn Tên T S C Nhóm bội q N (nuclôn) 1/2 0 0 Nhóm đôi +1, 0 3/2 0 0 Nhóm bốn +2, +1, 0, -1 0 -1 0 Nhóm đơn 0 1 -1 0 Nhóm ba +1, 0, -1 1/2 -2 0 Nhóm đôi 0, -1 0 -3 0 Nhóm đơn -1 0 0 1 Nhóm đơn 1 0 1 Nhóm ba 3/24/14 18 1 2, 1, 0 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 3.PHỔ CÁC HAĐRÔN LOGO 1 Phổ... học lượng tử Sắc động lực học quan niệm có 8 gluôn tương ứng với tổ hợp màu • Các gluôn không có khối lượng và spin =1 Việc có 8 gluôn truyền tương tác mạnh và các gluôn còn tương tác với nhau làm cho sắc động lực phức tạp hơn điện động lực học lượng tử ( chỉ có phôtôn mang tương tác và chúng không tương tác với nhau ) 3/24/14 33 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH SẮC ĐỘNG LỰC HỌC LƯỢNG TỬ  Quark có 6 hương... xiên (S, q) Các hạt đều phân bố trên một hình đối xứng Siêu đa tuyến bariôn có spin: J = 1/2 2 ( mN + mΞ ) = mλ + 3mΣ Với độ chính xác là 0,5 % 28 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 4.PHÂN LOẠI CÁC HAĐRÔN LOGO  S= 1  S= 0 Siêu đa tuyến mêzôn có spin J = 0 Với độ chính xác là 3 %  q = -1  q=0   Siêu đa tuyến bariôn cộng hưởng có spin J = 3/2 q = -1 q=1 q=0 29 q=2 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH S= q-1 1 =... 3.10 S HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH 4.PHÂN LOẠI CÁC HAĐRÔN LOGO  Việc phân loại các hạt cơ bản có ý nghĩa như việc phân loại các nguyên tố hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn Việc hệ thống hóa , phân loại các harđôn được xây dựng một cách chặt chẽ bằng lí thuyết đối xứng Unita Ở đây chúng ta chỉ trình bày ý tưởng cơ bản của thuyết đó bằng một ngôn ngữ dễ hiểu hơn  Ta biết nếu chỉ kể đến tương tác mạnh. .. tích leptôn của các quark là như nhau: B = 1/3; L = 0 Chỉ có quark s là có số lạ bằng -1 , chỉ có quark c có số duyên C = 1 Chỉ có nhóm đồng vị (u,d), nhóm đồng vị này có T = 1/2 Điện tích của các quark tính theo công thức : trong đó Y = B + S + C 3/24/14 13 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH CÁC QUARK 3 Cấu trúc quark của các Hađrôn LOGO 3/24/14 14 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH CÁC QUARK LOGO 3 Cấu trúc quark... 30 HẠT CƠ BẢN: TƯƠNG TÁC MẠNH SẮC ĐỘNG LỰC HỌC LƯỢNG TỬ 1 “ Hương vị”, “màu sắc “ của quark Các gluôn  Có tất cả là 6 quark Thay cho điều đó người ta cũng nói rằng có một quark với 6 hương v : qi ( i = 1, 2, …, 6) q1 = u, q2 = d, q3 = s, q4 = c, q5 = b, q6 = t  Ta đã biết - Nguồn gốc phát sinh tương tác hấp dẫn là khối lượng, đối tượng truyền tương tác hấp dẫn là gravitôn - Nguồn gốc của tương tác. .. điện tích , đối tượng truyền tương tác điện từ là các phôtôn - Để diễn tả cơ chế truyền tương tác mạnh, Người ta nói rằng nguồn gốc tương tác mạnh là tích màu, đối tượng trung gian truyền tương tác là các gluôn Tích màu có vai trò như điện tích trong tương tác điện từ 31 SẮC ĐỘNG LỰC HỌC LƯỢNG TỬ - Có 3 loại tích màu, nói một cách dễ hiểu thì mỗi quark (mỗi hương vị) có 3 màu : đỏ (r), xanh (b),vàng (y)