phân loại các hạt sơ cấp.

Trường ĐHSP Thái Nguyên Khoa Vật Lý Bài tiểu luận: Giáo viên hướng dẫn: Th.s- GVC: Nguyễn Đình Chi Nhóm sinh viên thực hiện: Lớp Lý- K42A Nội dung chính: Nội dung chính: I. I. Định Định nghĩa nghĩa hạt hạt sơ sơ cấp cấp II. II. Những Những đặc đặc trưng trưng của của hạt hạt sơ sơ cấp cấp III. III. Mẫu Mẫu Quark Quark và và cấu cấu tạo tạo vật vật chất chất . . IV. IV. Phân Phân loại loại các các hạt hạt sơ sơ cấp cấp V. V. Phân Phân loại loại theo theo cơ cơ sở sở khác khác I. Định nghĩa hạt sơ cấp I. Định nghĩa hạt sơ cấp Hạt sơ cấp(còn được gọi là hạt cơ Hạt sơ cấp(còn được gọi là hạt cơ bản) là những thực thể vi mô tồn tại bản) là những thực thể vi mô tồn tại như một hạt nguyên vẹn, đơn nhất như một hạt nguyên vẹn, đơn nhất và không thể tách thành các thành và không thể tách thành các thành phần nhỏ hơn.VD: hạt photon, phần nhỏ hơn.VD: hạt photon, electron, positron, neutrino electron, positron, neutrino …. …. II. Những đặc trưng của hạt sơ cấp II. Những đặc trưng của hạt sơ cấp 1. Khối lượng tĩnh( khối lượng nghỉ 1. Khối lượng tĩnh( khối lượng nghỉ ): ): + Khối lượng nghỉ hay khối lượng tĩnh của một + Khối lượng nghỉ hay khối lượng tĩnh của một vật là khối lượng của vật xét trong hệ qui chiếu mà vật là khối lượng của vật xét trong hệ qui chiếu mà theo hệ đó vật là đứng yên. Đa số các hạt sơ cấp đều theo hệ đó vật là đứng yên. Đa số các hạt sơ cấp đều có khối lượng tĩnh khác 0, trừ photon và neutrino có khối lượng tĩnh khác 0, trừ photon và neutrino có khối luợng tĩnh coi như bằng 0. có khối luợng tĩnh coi như bằng 0. + Khối lượng các hạt sơ cấp thường tính ra đơn + Khối lượng các hạt sơ cấp thường tính ra đơn vị bằng khối lượng electron (m vị bằng khối lượng electron (m e e ) hay tính ra ) hay tính ra MeV/c2.VD: MeV/c2.VD: Khối lượng mezon Khối lượng mezon : : 2 (135,01 0,05) / e m MeV c π = (264,2 ± 0.1) = ± 2 .Thời gian sống: 2 .Thời gian sống: + + Thời gian sống của hạt được đặc trưng cho Thời gian sống của hạt được đặc trưng cho quá trình phân rã tự nhiên của chúng. Khái niệm quá trình phân rã tự nhiên của chúng. Khái niệm thời gian sống ở đây cũng xác định như thời gian thời gian sống ở đây cũng xác định như thời gian sống của hạt nhân phóng xạ. sống của hạt nhân phóng xạ. + Cho đến nay, người ta chỉ thấy có một số ít + Cho đến nay, người ta chỉ thấy có một số ít hạt bền vững (thời gian sống có thể coi là vô hạt bền vững (thời gian sống có thể coi là vô cùng).VD : electron có thời gian sống 1022 năm , cùng).VD : electron có thời gian sống 1022 năm , proton có thời gian sống 1030 năm. Còn các hạt sơ proton có thời gian sống 1030 năm. Còn các hạt sơ cấp khác chỉ sống một thời gian ngắn rồi phân rã cấp khác chỉ sống một thời gian ngắn rồi phân rã thành các hạt khác .Thời gian sống của chúng vào thành các hạt khác .Thời gian sống của chúng vào khoảng . khoảng . 24 26 10 10 s − − − VD: VD: + Mezon có thời gian sống + Mezon có thời gian sống (2.551 (2.551 ± ± 0.026).10-8s 0.026).10-8s và và phân rã theo phản ứng: phân rã theo phản ứng: + Mezon có thời gian sống ( + Mezon có thời gian sống ( 1,80±0,26 1,80±0,26 ).10-16s ).10-16s và phân rã theo phản ứng: và phân rã theo phản ứng: + Người ta nghiên cứu thời gian sống của hạt cơ + Người ta nghiên cứu thời gian sống của hạt cơ bản thông qua lý thuyết sác xuất,dựa trên thời gian bản thông qua lý thuyết sác xuất,dựa trên thời gian để một số lượng n hạt sơ cấp phân rã chỉ còn 0,5n để một số lượng n hạt sơ cấp phân rã chỉ còn 0,5n hạt. hạt. µ π µ ν + → + 0 π 0 2 π γ → µ π µ ν + → + 3. Điện tích 3. Điện tích : Một số hạt trung hoà về điện có điện tích : Một số hạt trung hoà về điện có điện tích bằng 0 như bằng 0 như γ γ , , π π o o , n, β, ν , n, β, ν …Một số hạt khác mang …Một số hạt khác mang điện tích dương hay âm. Nói chung trị số tuyệt đối điện tích dương hay âm. Nói chung trị số tuyệt đối của các điện tích ấy đều bằng điện tích nguyên tố của các điện tích ấy đều bằng điện tích nguyên tố của electron: của electron: 4. Spin: 4. Spin: Spin là một khái niệm trong vật lý, là bản chất Spin là một khái niệm trong vật lý, là bản chất của mômen xung lượng và là hiện tượng của cơ học của mômen xung lượng và là hiện tượng của cơ học lượng tử thuần tuý, không cùng với những sự lượng tử thuần tuý, không cùng với những sự tương đồng trong cơ học cổ điển,mômen xung tương đồng trong cơ học cổ điển,mômen xung lượng được phát triển từ xung lượng cho sự quay lượng được phát triển từ xung lượng cho sự quay của một vật có khối lượng và biểu diễn bằng công của một vật có khối lượng và biểu diễn bằng công thức L = r.p, nhưng spin trong cơ học lượng tử vẫn thức L = r.p, nhưng spin trong cơ học lượng tử vẫn tồn tại ở một hạt với khối lượng bằng 0, bởi vì spin tồn tại ở một hạt với khối lượng bằng 0, bởi vì spin là bản chất nội tại của hạt đó. là bản chất nội tại của hạt đó. 19 1,602e C − = . . 5. Số lạ: 5. Số lạ: Từ những năm 1947, người ta tìm thấy một Từ những năm 1947, người ta tìm thấy một loại hạt sơ cấp mới. Đó là các hạt: mezon K: loại hạt sơ cấp mới. Đó là các hạt: mezon K: K+, Ko K+, Ko (khối lượng vào khoảng 956 lần khối lượng e). (khối lượng vào khoảng 956 lần khối lượng e). Hyperon( epon)Y có khối lượng lớn hơn nuclon. Hyperon( epon)Y có khối lượng lớn hơn nuclon. Người ta gọi chúng là các hạt lạ vì chúng có 2 đặc Người ta gọi chúng là các hạt lạ vì chúng có 2 đặc trưng sau: trưng sau: a). a). Chúng sinh ra trong những quá trình rất nhanh Chúng sinh ra trong những quá trình rất nhanh ( thời gian xảy ra quá trình ) và phân rã trong ( thời gian xảy ra quá trình ) và phân rã trong những quá trình chậm ( ). những quá trình chậm ( ). 0 0 , , , , , + − − Λ ∑ ∑ ∑ Ξ Ω 23 10 s − 8 10 s − b). b). Bao giờ cũng sinh ra đồng thời hai ba hạt lạ Bao giờ cũng sinh ra đồng thời hai ba hạt lạ nhưng không bao giờ sinh lẻ loi một hạt lạ hay vài nhưng không bao giờ sinh lẻ loi một hạt lạ hay vài hạt lạ cùng loại. hạt lạ cùng loại. VD: VD: có thể xảy ra phản ứng sau : có thể xảy ra phản ứng sau : Nhưng Nhưng không không bao giờ xảy ra các phản ứng: bao giờ xảy ra các phản ứng: 0 0 p k π − + →Λ + p k π − − + + → + ∑ 0 0 0 p n k n n π − + → + + →Λ + Λ [...]... tổ hợp của quark sẽ tạo ra mọi hạt sơ cấp khác cấu thành các chất trong vũ trụ IV Phân loại các hạt sơ cấp 1 Cơ sở phân loại Dựa theo spin của các hạt sơ cấp, ta có thể chia thành hai loai hạt: Fermion và Boson 2 Phân loại : Bảng phân loại theo Spin ( hình 2 ) HẠT SƠ CẤP Fermion (s = 1\2) (Hạt chất) Quark Up Down Charm Strange Bottom Top Phản hạt Lepton Boson (s = 1) (Hạt trường) Baryon Cộng hưởng... của các hạt tương tác mạnh với nhau (người ta Λ 0 tham gia tạo thành các siêu hạt nhân nghĩa là các hạt đã thấy hạt Λ0 nhân trong đó một trong các neutron được thay thế bằng ) - Trong các phản ứng mà Baryon tham gia số Baryon và số lạ được bảo toàn - Baryon được chia làm hai loại: * Nucleon: proton và neutron.Ω ∆, λ , * Hyperon: là các hạt có thời gian tồn tại rất ngắn và nặng hơng các thành phần hạt. .. có số Baryon = 0 Trong các quá trình phản ứng hạt nhân các baryon tuân theo định luật bảo toàn số Baryon “ Trong các quá trình biến đổi của các hạt sơ cấp tổng (đại số) Baryon của hệ là không thay đổi.” 7 Spin đồng vị: Ta biết rằng tương tác giữa các hạt nucleon trong hạt nhân có một đặc tính là không phụ thuộc vào điện tích.Cụ thể tương tác giữa p-p,n-n,pn ,là như nhau (nếu các hạt nucleon đó ở những... rằng có lẽ các quark và các lepton là những thành phần cơ bản nhất trong thiên nhiên Nhiều tổ hợp khác nhau của các hạt chất điểm đó đã tạo nên mọi thành phần quen biết của vật chất thông thường cũng như các hạt chỉ sinh ra ở năng lượng cao Sự phân loại này được biểu thị bằng sơ đồ đơn giản như hình 1 Như vậy 6 quark và 6 lepton cùng với các phản hạt tương ứng là những thành phần cơ bản nhất Các tổ hợp... (các phản lepton có số lepton ngược dấu với lepton) và r trong các phản ứng ,tổng đại số của số lepton electron L hay số lepton muy L hoặc số lepton e µ tau của hệ các hạt tham gia phản ứng được bảo toàn r L 9 Phản hạt: Thực nghiệm và lý thuyết chứng tỏ rằng mỗi hạt sơ cấp đều có phản hạt tương ứng; phản hạt là hạt có cùng khối lượng, thời gian sống, spin nhưng có điện tích, mômen từ ngược dấu với hạt. .. thành vật chất Thuở sơ khai, lý thuyết Quark đã bao gồm ba loại Quark đều mang điện tích phân số của đơn vị điện tích nguyên tố và được u,d ,s đặt là up(u), down(d) và strange(s), phản hạt Để kiểm nghiệm các tính chất của Quark người ta đã tiến hành thí nghiệm để tìm ra hạt có điện tích phân số (điện tích là phân số của đơn vị điện tích nguyên tố) Đến nay chưa thấy xuất hiện một hạt quark tự do nào... niệm phản hạt: Mỗi hạt đều có 1 phản hạt có cùng khối lượng nhưng mang điện tích trái dấu Sự huỷ cặp e+ và e- đồng thơì tạo thành 2 phôtôn là những thí dụ minh hoạ cho khả năng biến đổi các hạt sơ cấp trên cơ sở của định luật bảo toàn c .Hạt neutrino: Cũng là một hạt được tiên đoán bằng lý thuyết Năm 1937 khi vận dụng định luật bảo toàn năng lượng và momen động lượng để nghiên cứu hiện tượng phân rã... d Hạt Muy Trong khi đi tìm hạt π lượng tử của trường lực (hạt hạt nhân theo tiên đoán của Yukawa) người ta lại thấy hạt trước và nhầm là pion µ - Hạt được Anderson và Ned Dermrger tìm thấy − µ năm 1973 trong các tia vũ trụ - − tham gia tương tác điện từ và tương tác yếu µ Tauon( hạt Tau) phát hiện năm 1975 e π A-3 Baryon - Baryon hay còn gọi là Baryon Fermion : là các hạt hadron có spin bán nguyên... cùng khối lượng, cùng thời gian sống, nhưng có điện tích ngược dấu e − phản hạt là , n là e+ + p có là − e Đặc biệt photon và meson phản hạt chính − − + p n ,π π là hạt π 0,γ III Mẫu Quark và cấu tạo vật chất Cho đến nay, người ta đã phát hiện ra gần 300 hạt sơ cấp vì vậy người ta nghĩ rằng các hạt cơ bản phải được cấu tạo từ các hạt cơ bản nhỏ hơn nữa Mô hình thành công nhất là mẫu Quark do Murray Gell-Mann... của một hạt neutrino,mang năng lượng 1MeV, trong kim loại chì là 1018 m, ứng với 100 năm ánh sáng Với khả năng này ,neutrino trong vũ trụ dễ dàng xuyên qua các phản ứng phân hạch hạt nhân trong các sao và mang đi 1 phần năng lượng đáng kể của sao (thiên văn học Neutrino) +Do tương tác yếu nên các neutrino rất khó nắm bắt được, và chúng được giả định là một phần của vật chất tối trong vũ trụ d Hạt Muy . IV. Phân Phân loại loại các các hạt hạt sơ sơ cấp cấp V. V. Phân Phân loại loại theo theo cơ cơ sở sở khác khác I. Định nghĩa hạt sơ cấp I I. Định Định nghĩa nghĩa hạt hạt sơ sơ cấp cấp II. II. Những Những đặc đặc trưng trưng của của hạt hạt sơ sơ cấp cấp III. III. Mẫu Mẫu Quark Quark. cấp I. Định nghĩa hạt sơ cấp Hạt sơ cấp( còn được gọi là hạt cơ Hạt sơ cấp( còn được gọi là hạt cơ bản) là những thực thể vi mô tồn tại bản) là những thực thể vi mô tồn tại như một hạt nguyên vẹn,