Vật lí đại cương tập ba phần 2

A - QUANG HỌC Quang học môn học nghiên cứu ánh sáng Trước công nguyên số nhà triết học cổ Hy Lạp cho rằng, nhìn thấy vật từ mắt ta phát "tia nhìn" đến đập lên vạt Tuy nhiên có số triết gia khác cho ánh sáng xuất phát từ vật phát sáng Vào cuối kỉ XV II Niutơn (Newton) dựa vào tính chất truyền thẳng ánh sáng đưa thuyết hạt vể ánh sáng Theo Niutơn ánh sáng dòng hạt bay từ vật phát sáng theo đường thẳng Cùng thời gian Huyghen (Huygens) lại đưa thuyết sóng ánh sáng Theo ơng, ánh sáng truyền dao động đàn hổi mơi trường gọi "ête vũ trụ" Do uy tín khoa học Niutơn nên kỉ X V III thời kì thống trị thuyết hạt ánh sáng Tuy nhiên vào đầu kỉ X IX sở giả thuyết sóng ánh sáng, Frenen (Fresnel) giải thích đầy đủ tượng quang học biết thời Kết thuyết sóng người công nhận thuyết hạt bị lãng quên Sau thuyết điện từ Macxoen (Maxwell) đời (1864) người ta chứng minh ánh sáng sóng điện từ có bước sóng từ 0,4pm đến 0,75pm Vào cuối kỉ X IX đầu kỉ X X hàng loạt kiện thực nghiệm chứng tỏ vật phát xạ hay hấp thụ ánh sáng theo lượng gián đoạn mà độ lớn chúng phụ thuộc vào tần số ánh sáng Điểu lại dẫn đến khái niệm hạt ánh sáng : ánh sáng gồm dòng hạt gọi nhôtôn Sự phát triển vật lí sau chứng íỏ ánh sár.g vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt Trong số tượpg giao thoa, nhiễu xạ, phân cực, ánh sáng thê tính chất sóng ; cịn sô tượng khác hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Comtơn (Compton), ánh sáng lại thê tính chất hạt Trong phần giáo trình nghiên cứu tượng quang học — nhằm hiểu rõ chất ánh sáng, đồng thời giáo trình cung cấp kiến thức cần thiết việc ứng dụng định luật quang học kĩ thuật đời sống Chương C S ỏ CỦA QUANG HÌNH HỌC CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG Trong thực tế có nhiều hiên tượng quang học, đặc biệt hoạt động cùa dụng cụ quang học nghiên cứu xuất phát từ khái niệm tia sáng Phần quang học dựa khái niệm gọi quang hình học Dựa vào định luật tia sáng, quang hình học giúp nghiên cứu tạo thành ảnh dụng cụ quang học cách dơn giản §1.1 CÁC ĐỊNH LUẬT c BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC Quang hình học dựa'trên bơn định luật sau : Định luật truyền thẳng ánh sáng Định luật phát biểu sau : Trong m ôi trường suốt đồng tính đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thong Khi nghiên cứu tượng nhiễu xạ ta thấy định luật có giới hạn ứng dụng LÍIC ánh sáng truyền qua lỗ thật nhỏ gặp chướng ngại vật kích thước nhỏ vào cỡ bước sóng ánh sáng định luật khơng cịn Định luật tác dụng độc lập tia sáng Định luât phát biểu : T ác dụng cùa cá c chùm súng kh ác đ ộ c lập với nhau, nghĩa tác dụng củ a chùm súng khơng phụ thuộc vào c ó m ặt hay không củ a c c chùm sáng khác Hai định luật Đẻcac (Descartes) Thực nghiệm xác nhận tia sáng OI tới mặt phân cách hai mồi trường suốt, đồng tính đẳng hướng tia sáng bị tách thành hai tia : tia phản xạ IRỵ tia khúc xạ ỈRn (h ỉ-1 ) Chúng tuân theo hai định luật sau : a) Định luật Đ êca c thứ : T ia phản xạ nằm mặt phan g tới (tức mật p hẳn g chứa tia tới p h áp tuyến ỈN) g óc tới g óc p hản xạ (1 - ) h) Định luật Đ êca c thứ h a i : T ia khúc x nằm m ật ph an g tới tỉ sơ'giữa sin g óc tới sin góc khúc xạ sơ khơng đổi sin i Ị sin i2 = n2Ị, (1-2) n2ilà số không đổi phụ thuộc vào chất hai môi trường gọi chiết suất tỉ đ ối môi trường môi trường H 1-1 Định luật phản xạ định luật khúc xạ Nếu nộ] > iọ < i], tia khúc xạ gập lại gần pháp tuyến môi trường gọi ch iết quang môi trường Ngược lại n -)Ị < i2 > i], tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến môi trường ch iết quang mồi trường c ) C h iết suất tỉ đ ố i ch iết suất tuyệt đ ối : Nếu gọi Vị Uọ vận tốc ánh sáng mỏi trường thực nghiệm chứng tỏ : Với : nước - không k h í: n2] = 1,33, thuỷ tinh - khơng k h í: n2Ị = 1,52 Ngồi chiết suất tỉ đối, người ta định nghĩa chiết suất tuyệt đ ố i môi trường Theo định nghĩa ch iết suất tuyệt đ ổi củ a m ột m ôi trường ì ch iết suất tỉ đ ối củ a m trường đ ó chân khơng Nếu gọi V ỉà vận tốc ánh sáng môi trường, c vận tốc ánh sáng chân không n chiết suất tuyệt đối môi trường cãn vào (1—3) ta có : n = ệ- -4 ) Đối với khơng khí v = c nên n = So sánh với kết thu nghiên cứu vạn tốc truyền sóng điện từ, ta thấy : n= E ụ số điện môi độ từ thẩm mơi trường Ta tìm liên hệ chiết suất tỉ đối hai môi trường chiết suất tuyệt đối chúng Từ (1 - ) viết : Vị _ c c _ n2 (1 -5 ) v2 v2 V] n] Nếu mỏi trường thứ khơng khí n] ss n9Ị = n Do coi chiết suất tuyệt đối mồi trường chiết suất tỉ đối mơi trường khơng khí cl) Dạng đ ối vửỉìỉỊ rú a (ĩịiìh luật Đ cca c : Từ (1 -2 ) (1 -5 ) viết : sin il n2 - - = IÌ9 Ị = — sinio “ ũị nj sin ỈỊ = n9 sin19 (1- ) Đó dạng đối xứng định luật Đêcac (ỉ) Hiện tượng phản vợ tồn phần - Xét hai mơi trường Nếu n9Ị > ¡9 < ij tia urỉ cho tia khúc xạ, ví dụ trường hợp ánh sáng từ khơng khí vào nước (h l-2 a ) Nếu tt 9Ị < ¡9 > ij khổng phải tia tới cho tia khúc xạ Vì góc khúc 71 xạ I9 có thê < — đó, tia tới mà góc tới ÍỊ ứnụ với góc khúc xạ i2 < cho tia khúc xạ Gọi i|max góc tới 71 ứng với góc khúc xạ bàng —, vào định luật khúc xạ ta có : s ỉ n i lmax = n - - 7) Nếu ij > i lmax tồn ánh sấng bị phản xạ khơng cịn tia khúc xạ nứa Lúc ta có tượng phản xạ tồn phẩn (h l-2 b ) Vậy muốn xảy tượng phản xạ toàn phần thỉ / ánh sáng phải truyền từ mồi trường có chiết suất lớn sang mơi trường có chiết suất bé, đồng thời góc tới phải lớn i|max ; i Ịmax gọi g ó c tới ỳ i hạn V í dụ trường hợp ánh sáng truyền từ nước khơng khí ilmax = 49° Hiện tượng khúc xạ phản xạ tồn phần có nhiều ứng dụng thực tế H 1-3 Độ cao quan sát độ cao thực ngồi Trong thiên vãn học xác định vị trí ngơi cần phải xét đến khúc xạ ánh sáng qua lớp không khí Chúng ta biết chiết suất khơng khí phụ thuộc mật độ thực nghiêm chứng tỏ hiệu sô n ^ — tỉ lệ với mật độ Càng lên cao mật độ khơng khí giảm chiết suất khơng khí bị giảm theo Tia sáng xuất phát từ khơng đỉnh đầu đên Trái Đất qua lớp khơng khí với chiết suất tăng dần bị cong (hình -3 , hình vẽ để dễ hình dung khí chia thành lớp mỏng bề dày Ah) Kết vị trí quan sát ngơi cao vị trí thực Một ngơi đường chân trời, tượng khúc xạ ánh sáng, bị nâng lên góc cỡ 36' Các ảo ảnh quan sát được' vùng sa mạc hay đồng cỏ giải thích dựa tượng khúc xạ phản xạ toàn phần (h -4 ) Nhờ uốn cong tia sáng nên số vật khuất xa đường chân trời nhìn thấy gần người quan sát Hiện tượng phản xạ toàn phần ứng dụng để đổi chiều tia sáng dụng cụ quang học Chiết suất nhiều loại thuỷ tinh vào cỡ 1,5 Vì góc tới giới hạn biên giới thuỷ tinh khơng khí cỡ 42° góc tới 45° luồn xảy tượng phản xạ tồn phần Hình -5 biểu diễn lăng kính phản xạ tồn phần Trong trường hợp a) ảnh phương truyền ánh sáng bị quay góc 90° phản xạ tồn phần mặt đáy lăng kính Trong trường hợp b) ảnh phương truyền ánh sáng bị đổi chiều hai lần phan xa toàn phẩn hai mặt bên lăng kính B , N c) H 1-5 C ác lăng kính phản xạ tồn phần Trong trường hợp b) ảnh phương truyền ánh sáng bị đổi chiều hai lần phản xạ toàn phần hai mạt bên lăng kính Trong trường hợp c) ảnh bị đổi chiều phản xạ toàn phần mặt đáy lăng kính chiều truyền ánh sáng lại khơng đổi Hình -6 biểu diễn sơ đồ loại ống nhòm dùng quan sát vật bị che khuất, nguyên tắc dùng hai gương phẳng đặt nghiêng 45° đổ thay lăng kính phản xạ tồn phần H 1-6 Ống nhịm quan sát vật bị che khuất Tuy nhiên phán xạ từ gương kim loại phần ánh sáng xuyên vào kim loại bị hấp thụ ¿rong Khi dùng lãng kính phản xạ tồn phần mất khống xảy Ngày tượng phản xạ toàn phần cịn ứng dụim cáp sợi quang § NHŨNG PHÁT B i ể u TƯƠNG ĐƯƠNG t CỦA ĐỊNH LUẬT ĐÊCAC Quang lộ Xét hai điểm A, B mơi trường đồng tính chiết suất n, cách đoạn bảng d (h :l-7 a ) Thời gian ánh sáng từ A đến B : d t= , V (1 -8 ) V vận tốc ánh sáng môi trường Ngườ' ta định nghĩa : quang lộ h điểm A, B đoạn đường ánh sán v truyền dược chán không khoản g thời gian t, d ó t kh oản g thời gian m ánh sáng di dược doạn dường AB m ôi trường Gọi L ỉà quang lộ hai điểm A, B ta có L = ct (1 - ) Thay t từ ( - ) vào ( - ) biết chiết suất môi trường c n = — ta rút : L = nd (1 -1 ) Nếu ánh sáng truyền qua nhiều mỏi trường chiết suất n ị, n2, n2 với quãng đường.lần l'*ợt d|, d2, d3, (h l-7 b ), quang lộ tổng cộng : L = Ii|d| + n2d2 + n3d3 + = Snịdị (1 -1 ) Nếu ánh sáng di môitrường màchiếtsuất thay đổi liên tục từ điểm đến điểm khác (h l- c ) ta chia đoạn đường thành 10 cấc đoạn nhỏ ds để chiết suâ't coi không đổi đoạn nhỏ quang lộ g-iữa hai điểm A B : A ( 1- 12) L = I n.ds B A c) H i- Khái niệm quang lộ Nguyên K Fecma (Fjermat) a) Phút hiểu : Khi nghiên cứu truyền ánh sáng, Fecma tìm ngun lí sau : Giữa h điểm AB, ánh sám Ị s ể truyền th eo đường n m quang ìộ ỉà cực trị (cực cíại, cực tiểu h o ặ c không dổi) Căn vào (1 -9 ) ta phát biểu : Giữa hai điểm AB, ấnh sáng truycn theo đường thời gian nhất, nhiều thời gian nhất, truyền theo đường mà thời gian truyền h) Sự tương dương nguyên ỉ í F ecm a c c định luật Đ êca c : Nguyên lí Fecma dạng phất biểu tương đương định luật Đêcac Ta xét tương đương - Sự tương dương nguyên lí P ecm a với dinh luật phản xạ Xét hai điểm A, nằm phía mặt phản xạ X (h l-8 a ) Gọi AIB đường ánh sán?: truyền từ A đến B Cã! vào định luật phản xạ ij = ¡V 11 AI + IB < AI' + I'B (1 -1 ) Nhân hai vế với chiết suất n mơi trường, ta có : L A IB < L A I'B ’ (1 -1 ) nghĩa ánh sáng truyền theo đưòng mà quang lộ cực tiểu Ta lại xét mặt elipxơit trịn xoay quanh trục F j F có phía phản xạ ánh sáng, có hai tiêu điểm F j, F (h l-8 b ) Lấy điểm I mặt elipxơit, vào tính chất elipxơit, đoạn thẳng IF] IF hợp vói pháp tuyến IN góc Nếu đặt nguồn sáng F j vào định luật phản xa tia sáng sau đập lên mặt elipxôit tập trung F Mạt khác ta lại biết elipxơit quỹ tích điểm có tổng khoảng cách tới hai điểm F )F độ dài khơng đổi Do trường hợp này, quang lộ tia sáng từ F] tới mặt elipxôit phản xạ F Nếu lại xét mơt mặt nằm phía tiếp xúc với mặt elipxôit I (h l-8 b ) mặt đó, có I, góc tói góc phản xa Căn theo đinh luật Đêcác, anh sang chi theo đưịng F ]IF So vói đường khác ( F ) r F chẳng hạn) đường F|IF-) ứng với qu an g lộ cực đại 12 Q = Iz + (9 -1 ) (ỏ Q sơ' điện tích cùa hạt tính theo đơn vị e) Ví dụ prôtôn : = 1; nơtrôn : ơmêga ( f ì ) : Q = + + (~ 3) = - l trang 234, có bảng liệt kê sơ hạt sơ câp với kí hiệu, điện tích, khối lượng, thời gian sơng, spin, spin đồng vị, hình chiếu spin đồng vị phản ứng phân rã cùa chúng §9.3 TƯƠNG TÁC CỬA CÁC HẠT s CẤP Cac hạt sơ cấp luôn biẻn đổi ; số q trình biến đơi ây kể : q trình tán xạ hạt lên hạt khac, trình sinh hạt, q trình huỷ hạt, Nói chung giưa hạt sơ cấp có tương tác Ngày người ta biết có bốn loại tương tác hạt sơ cấp : Tương tác mạnh tương tác ađrơn trừ q trình phân rã chúng V í dụ tương tấc cấc nuclơn (q trình lukaoa) loại tương tác mạnh : p + n —» n + 7t+ + n —Mì + p ; n + p —» p + 7t + p —» p + n ; n + n —» n + n c + n —» n + n ; p + p —» p + 71° + p^7> p + p 235 Ví dụ khác : n + p —» K° + A° ; K ° + p -> n+ + A° Tương tác điện từ tương tác phơtơn hạt mang điện Ví dụ : e+ + e —> ỵ ; (huỷ cặp) 71° —> 2y Y + hạt nhân —» e+ + e n+ + n Y+ e ; (sinh cặp) —>2y ; —> e (quang điện) Nói chung hạt tương tác với đối hạt cho hai phôtôn Tương tác yếu bao gồm trình phân rã ađrôn, hấp thụ mêdôn ịi chất q trình có nơtrinơ V í dụ : p —» n + e + + ve ; (phân rã ß+) n —» p + e (phân rã ß ) + ve ; 7I+ -> n+ + Vụ,; v^ Tương tác hấp dẫn tương tác phổ biến vật có khối lượng Khi khảo sát hạt sơ cấp người ta thường bỏ qua tương tác nhỏ q khơng đáng kể Nếu so sánh độ mạnh tương đối loại tương tác trên, ta có bảng sau : Mạnh Điện từ Yếu 1/137 1Q -'4 Hấp dẫn Độ mạnh (quy ước) 236 C Loại tương tác Bảng hạt sơ cấp biết H ìn h Đ iện tíc h K h ố i lư ợ n g Loại hạt H ạt Phôtôn Phôtôn Nơtrinô êlectrôn Leptôn Êlectrôn Nơtrinômêdôn |i Mêdôn ịi Mêdôn It Nuclôn Hypêrôn lamđa Bariôn Hypêrôn sicma Hypêrôn ksi Hypêrôn ômCga vị I z h iệ u T ín h T ín h bằng IÌ10 M eV Y 0 ve 0 1/2 e 0,511 -1 1/2 0 1/2 ,7 105,659 -1 1/2 ,2 135,01 0 273 ,2 139,60 +1 +1 K+ 966 ,5 493 ,8 +1 1/2 + 1/2 K° 965 ,0 0 1/2 -1 /2 p 1836,1 ,2 +1 1/2 1/2 + 1/2 n 1838,6 9 ,5 0 1/2 1/2 - /2 A° 2182 1115,40 1/2 ếì I + 2325 1189,41 +1 1/2 +1 1° 2324 1192,4 1/2 2341 197,08 -1 1/2 -1 2571.4 1314,3 1/2 1/2 + 1/2 2585 1320,8 -1 1/2 1/2 -1 /2 3278 1675 -1 3/2 n n n Mêdơn Mêdơn K Q /c Kí S p in s S p in ch iế u d n g sp ỉn v ịl dồng o + _o oT _ 237 SỐ buriôn Sô la s ’ 0 — — Số lcptổn Thời gian sống trung bình (s) oo Trùng với hạt co oo ụe e oo 2 1()"6 l , l ( f 16 _ -8 ,5 Dạng phán rà bàn Phàn hạt \ V Trùng _ 71 h + ve + —> eH n 71° Y+ Y + + 71 —> Ịi + Vụ V +1 l,2 ~ K" K+ + VM (63%) n+ + 71° (21,5%) Jt+ + JI+ + 7t~ (5,6% ) +1 K?1 ,9 K° -10 í o* [n+ + n ' (69,4% ) ln° + Jt° (30,6% ) ít°+ n °+ n ° K° v>,62.10 -1 n ' + e + + ve (33,6%) +1 oo +1 ,0 103 p ĩĩ +1 -1 2,62 ì o ' 10 ð +1 -1 ,788 lo “ 10 ĩ + ĩ° ĩ" =o +1 -1 < - ’4 + ỉ -1 1.58.10-10 +1 -1 3,6 IO~10 +1 -0 ,7 " '° =- +1 -3 ,7 " '° ủ~ 238 (27,1%) n+ + n ' + n° (12,7% ) K ° —> ' n~ + n + + (26,6% ) n —> p + e + Ve A0 _ j [p + n ' A - Ị [n + n° H (67,7% ) (31,6%) p + n° (51%) n + JI+ (49% ) o ° —> A + Y “ —> n + 71 o o E ° —» A + 71 —~ Ao i —» A + 71 Q ' -► Các tương tấc chất khác nhau, tuân theo số quy luật chung, đậc biệt định luật bảo toàn Các trình tương tác tuân theo định luật bảo toàn sau : a) Bảo toàn nãng lượng ; b) Bảo toàn động lượng ; c) Bảo toàn mồmen động lượng (kể mômen spin) ; d) Bảo tồn điện tích ; e) Bảo tồn số bariơn ; g) Bảo tồn số leptơn êlectrơn ; h) Bảo tồn số leptơn mêdồn Ngồi có định luật bảo toàn số loại tương tác V í dụ : tương tác mạnh có định luật bảo tồn sơ lạ s, bảo tồn spin đồng vị I bảo tồn hình chiếu spin đồng vị Iz ; tương tác điện từ có định luật bảo tồn sơ lạ s bảo tồn hình chiêu spin đồng vị Iz ; tương tác yếu có hạt lạ tham gia, sơ lạ hình chiếu spin đồng vị biến đổi theo quy tắc lựa chọn : AS = ± ; AIZ = + — (9 -1 ) V í dụ xét q trình tương tác yếu có hạt lạ tham gia sau : / K + - * ị i + + vụ (AS = -1 ), E ” —> A° + n- (AS = +1), [ a iz V ị) 2) AIZ = + — ~ ì2) ) Cịn q trình tương tác yếu có ieptơn tham gia khơng tn theo hai định luật bảo toàn số lạ, bảo toàn spin đồng vị chúng khơng có sơ lạ spin đồng vị 239 Ngồi cịn có đinh lt bảo tồn khác định luât bảo toàn chẵn lẻ v.v mà ta khơng nói tới Hiện phát khoảng 300 hạt sơ cấp (xem bảng hạt sơ cấp trang 234) có hàng trăm hạt sinh tương tác mạnh Những hạt có tính chất đặc biệt, thời gian sống cực ngắn vào cỡ thời gian hạt nhân (10 23s) ; khối lượng chúng khơng có giá trị xác định Người ta gọi hạt cộng hưởng Thành thử số hạt sơ cấp phát ngày nhiều Chúng sinh, huỷ biến đổi tương hỗ Trong trình biẽn đổi, hạt sơ cấp tuân theo định luật bảo toàn tuyệt aối : lượng, xung lượng, spin, điện tích Tuỳ theo tính chất f!ạt tương tác, q trình biến đổi hạt sơ cấp tuân theo số.dịnh luật định luật bảo toàn khác định luật bảo tồn số leptơn êlectrơn, số leptơn mêdơn, số bariơn, số lạ, spin đồng vị, chẵn !ẻ §9.4 CÁC HẠT QUARK Vì số hạt sơ cấp phát ngày nhiều nên từ lâu nhà vật lí đặt vấn đề tìm hiểu xem liệu hạt sơ cấp có cấu tạo số hạt khác "cơ bản" ? Câu trả lời : Điều hoàn toàn phù hợp với quan điểm chủ nghĩa vật biện chứng : trình sâu tìm hiểu cấu tạo bên vật chất, coi đối tượng vật chất đối tượng vật chất khác "viên gạch" cuối cấu tạo nên chất Ngay từ năm 1963 - 1964 Gelman - ZWeig giả thuyết hạt ađrôn cấu tạo ba hạt "cơ bản" gọi chung hạt quark tên cụ thể u, d s (các phản hạt chúng ũ, d vàsf) Các hạt quark có spin J = — đặc biệt chúng có điện tích phân số điện tích nguyên tố e ; 240 Bảng sau cho biết giá trị spin J, điện tích Q (tính theo đơn vị e), số bariơn B số lạ s ba hạt quark U, d, s với đối hạt chúng Quark J Q B s u 2 3 d 3 s 3 -1 ÏÏ 2 3 d 3 ? 3 Cấu tạo quark số ađrôn tóm tắt bảng sau : B s Q [I] uss ; dss -2 ; -1 A uds -1 z + ; Xo ; 2f uus ; uds ; dds -1 + ; ; -1 p;n uud ; udd 1;0 K" ; K° ÏÏS ; ds V tổ hợp -1 -1 ; n° ÏÏU, dd, SS 0 n+ ; n ud ; ũá •0 ; -1 K+, K° us ; ás 1;0 Cấu tạo Hạt [1] 16- VLĐCT3-P1 241 Giả thuyết cấu tao quark ađrôn giai thích nhiêu kết phù hợp với thưc nghiêm ; đặc biệt tiên đốn tơn hat Q ; hat thưc nghiệm tìm sau nãm với đặc trưng vật lí phù hợp với tính tốn lí thuyết Năm 1969 xuất giả thuyết cho phải tồn hạt quark thứ tư, kí hiệu c : hạt mang tính chất vật lí đặc trưng số lượng tử gọi số "duyên" c (charm) Hạt quark J Q B s c c 2 3 c -1 3 Giả thuyết hạt quark c giải thích phát số hạt sơ cấp, đặc biệt ađrôn siêu nặng tìm nãm 1975 : hạt Vị/ J/iị/, chúng có cấu tạo quark cc Năm 1977 lại xuất giả thuyết cho phải tồn hạt quark thứ năm, kí hiệu b : hạt mang tính chất vật lí đặc trưng số lượng tử gọi số "đẹp" b (beauty) bottom) Hạt quark J Q B s c b b 3 0 b 0.* 3 -1 Giả thuyết vẻ tồn hạt quark b chứng minh người ta tìm hạt sơ cấp Y (upsilon), hạt nặng có cấu tạo bb Hiện nhà vật lí thừa nhận tồn hạt quark thứ sáu, 242 hạt t (top) tương ứng với hạt leptôn nói mục sau Năm 1994 (m ột số nhà vật lí trung tâm nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) thơng báo tìm thấy hạt quark t (trong máy gia tốc Tevatron : m t » eV /c2 * §9.5 CÁC LEPTƠN Trong năm 30 kỉ X X người ta biết có hạt leptơn êlectrơn e ; mêdơn ụ ; nơtrinơ V Sau phát tồn hai hạt nơtrinô khác ve tương ưng VƠI hạt êlectrôn e Vjx tương ứng với hạt mêdôn ịl V ao khoang năm 80, người ta tìm hạt leptơn nặng, hạt X , khối lượng 17 lần khối lượng hạt mêdôn ịi~ Và ngươỊ^ ta thừa nhận phải tổn hạt nơtrinô thứ ba vt tương ứng với hạt X Như co hạt leptôn xêp thành cặp tương ứng e~ ve ; ^ VM; T' VT §9.6 SựTHỐNG NHẤT v ĩ ĐẠI CỦA CÁC TƯƠNG TÁC ,_Tr° ng SÔ tương tá c -g 'ửa cac hạt sơ cấp (mạnh, điện từ, yếu, hấp dẫn), tương tác điên từ đựợc nghiên cứu từ lâu đến 243 hình thành lí thuyết hồn chỉnh phù hợp với thực nghiệm cách tuyệt vời Ví dụ tính tốn mơmen từ dị thường êlectrơn, điện động lực học lượng tử (lí thuyết tương tác điện từ) tìm kết pe = (1159 652 359 ± ) 10_12, kết thực nghiệm |ie= (1159 652 410 ± 200) ìo"12 Theo điện động lực học lượng tử, tương tác điện từ tương tác không trực tiếp : hai hạt tích điện (đứng yên hay chuyển động) tương tác điện từ với thông qua trao đổi phôton Hạt phôton gọi lượng tử trường điện từ (hay gọi hạt trường tương tác điện từ) Những tính tốn lí thuyết kiện thực nghiệm chứng tỏ nhiều trường hợp, bốn tương tác nói có thể giống Đặc biệt người ta chứng minh giới hạn lượng cao bốn tương tác nói tiến đến giới hạn Về mặt lí thuyết diễn tả bốn tương tác hệ hình thức - lí thuyết trường chuẩn (gauge) Yang - Mill Nói cách khác thống bốn loại tương tác với : thống gọi thống vĩ đại Theo lí thuyết này, tương tác tương tác không trực tiếp - có hạt trường tương ứng ; hạt trường bosQn 244 Tương tác hấp dẫn có hạt trường graviton Tương tác mạnh có hạt trường gln Tươn^ tác yếu có hạt trường w+, w", z° ; (còn gọi boson trung gian) Nhà vật lí người Italia Carlo Rubbia với 148 côn2: sự, SP.U nãm cải tiến máy gia tốc CERN đạt tới nãng lượng 540 GeV, đên 1983 thơng báo tìm boson trung gian w+ w~ z° Theo tính tốn lí thuyết khối lượng của z vào cỡ 78GeV/c , vào cỡ 89 G eV /c2 ; thực nghiệm cho kết ’ (81 ± ) G e V / c V iệ c tìm boson trung gian thắng lợi rực rỡ lí thuyết thơng vĩ đại Và với việc tăng không ngừng lượng máy gia tốc hạt, người ta hi vọng tiếp tục tìm chứng minh thực nghiêm lí thuyết Đê kêt thúc, tóm tắt sơ đổ câu tao vũ trụ sau I vật chất tồn hai dạng : hạt trường ; với dạng hạt có hạt (theo ý nghĩa viên gạch tạo nên hạt khác), với dạng trường có hạt truyển tương tác : 245 Hạt quark Trường (tương tác) lepton hạt íwO m \cl2 J u 5MeV/c d 10MeV/c2 c 1500 c s 250MeV/c2 t 174GeV/c2 b 4800MeV/c2 loại hấp dẫn graviton -1 yếu W+, w~, z° < 65MeV/c2 điện từ phôton 106MeV/c2 -1 vx