Chương 11 Các hạt cơ bản

Các hạt cơ bản: là những thực thể vi mô tồn tại một cách nguyên vẹn đơn nhất, không thể phân chia thành những phần nhỏ hơn... Hạt và phản hạt Năm 1928, Dirac tiên đoán bằng lý thuyết rằ

Chương 11:

CÁC HẠT CƠ BẢN

§1 MỞ ĐẦU CÁC LOẠI TƯƠNG TÁC CƠ BẢN

Ví dụ: photon, e, p, n, …

Đặc điểm: - Không tự phân rã hoặc phân rã chậm

- Đa số là các hạt không bền; τ~10-26-10-6s

Đi vào cấu trúc càng nhỏ cần năng lượng càng lớn

I Các hạt cơ bản: là những thực thể vi mô tồn tại

một cách nguyên vẹn đơn nhất, không thể phân

chia thành những phần nhỏ hơn

a) Tương tác hấp dẫn: Là loại tương tác yếu nhất

nhưng lại phổ biến nhất → graviton

II Các loại tương tác cơ bản

b) Tương tác điện từ: photon

c) Tương tác mạnh (r<10-15m): → pion

d) Tương tác yếu: trong các hiện tượng phân rã các hạt → w

Chỉ có 6 hạt không tham gia tương tác mạnh:

e - , μ, τ, ν e , ν μ , ν τ

e

n → + p e− + υ %

• Các quá trình lepton (chỉ các lepton tham gia)

e e µ

µ → υ υ

• Các quá trình lepton - hadron

µ µ

−

+

→

→

%

• Các quá trình hadron (chỉ các hadron tham gia)

III Hạt và phản hạt

Năm 1928, Dirac tiên đoán bằng lý thuyết rằng

êlectrôn có một phản hạt mang điện tích dương,

khối lượng –m : positron

Giữa hạt và phản hạt đều có thể xảy ra hiện tượng hủy cặp và sinh cặp

= + ( 1,02 )

§2 BẢNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI HẠT CƠ BẢN HẠT VÀ PHẢN HẠT

2 Leptôn: hay hạt nhẹ, gồm êlectrôn, muyôn và

nơtrinô Có hai loại nơtrinô: nơtrinô thuộc về

êlectrôn (νe) và nơtrinô thuộc về muyon (νµ)

3 Mêzôn: hay hạt trung bình, có khối lượng lớn

hơn êlectrôn nhưng bé hơn khối lượng nuclôn, gồm các hạt mêzôn (π) và mêzôn (K) – còn gọi là piôn

1 Phôtôn: là lượng tử của trường điện từ có khối lượng tĩnh bằng không

Phân loại theo khối lượng

4 Bariôn: hay hạt nặng, gồm các nuclôn (prôtôn và nơtrôn) và các hyperôn lamđa, xicma, kxi, ômêga

(Λ, Σ, Ξ ,Ω)

Hiện nay số lượng các hạt cộng hưởng đã tới vài

trăm hạt

Các hạt cơ bản còn được đặc trưng bằng tích Leptôn

và tích Bariôn

Tích Leptôn bằng +1 ứng với các hạt Leptôn và –1

ứng với phản hạt, còn với các hạt Bariôn thì tích này bằng 0

Tương tự tích Bariôn bằng +1 với các hạt Bariôn và –1 với phản hạt Bariôn, đối với các hạt Leptôn tích

này bằng 0

Ở những hạt mêzôn và phôtôn thì cả hai tích này

đều bằng không

Spin của các hạt có giá trị bán nguyên (1/2, 3/2, … ) chiếm đại bộ phận các hạt cơ bản (hạt có spin bán nguyên gọi là fecmiôn), chỉ trừ các mêzôn có spin bằng 0 và phôtôn có spin bằng 1 (hạt có spin

nguyên gọi là bôzôn)

Tính chẵn lẻ là một đặc trưng liên quan đến tính đối xứng của hàm sóng diễn tả trạng thái của hạt khi

phản xạ (đối chiều) tọa độ

( r ) ( ) r

Số lạ là một đặc trưng dùng để giải thích một số tính chất kỳ dị của các hạt cơ bản

Spin đồng vị: cặp lượng tử số là spin đồng vị I và

hình chiếu Iz của nó trên trục Oz của một không gian trừu tượng nào đó (không gian spin đồng vị)

Ví dụ: p: Iz=+1/2

n: Iz=-1/2

§3 CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN

Đại lượng đặc trưng

Loại tương tác

1 Năng lượng

2 Xung lượng

3 Mômen xung

lượng

4 Điện tích Q

5 Số barion B

6 Bậc chẵn lẻ P

7 Spin đồng vị I

8 Hình chiếu Iz

Có Có Có Có Có Có Có Có Có

Có Có Có Có Có Có Không Không Có

Có Có Có Có Có Không Không Không Không

Gell - Mann đã đưa ra một giả thiết là có thể tồn tại một số ít hạt nhỏ hơn, được gọi là hạt quark; những hạt này mới thực sự là hạt cơ bản của tương tác mạnh

Lý thuyết đối xứng SU(3)