tiểu luận nghiên cứu khoa học-máy gia tốc hạt

Leonardo Vetra - môt nhà khoa học, lại là một linh mục cơ đốc giáo - muốnhợp nhất khoa học và tôn giáo để đưa ra lĩnh vực mới “ Vật lí mới” với côngtrình nghiên cứu về máy gia tốc hạt và

Bài Thực Hành Môn: Phương Pháp Nghiên Cứu Khoa Học

Mục lục

Mở đầu:……… 2

1 Lịch sử máy gia tốc hạt: 4

1.1) Định nghĩa máy gia tốc hạt: 4

1.2) Phân loại máy gia tốc hạt: 4

1.2.1) Máy gia tốc thẳng: 4

1.2.2) Máy gia tốc vòng: 4

1.3) Máy gia tốc hạt đầu tiên: 5

1.4) Một số máy gia tốc hiện nay:[] 6

2 Vai trò của máy gia tốc: 18

2.1) Tìm hạt cơ bản 18

2.1.1) Định nghĩa: 18

2.1.2) Tính chất: 18

2.1.3) Phân loại các hạt cơ bản: 20

2.1.4) Tương tác của các hạt sơ cấp: 23

2.2) Phản vật chất: 27

2.2.1) Lịch sử hình thành khái niệm phản vật chất: 27

2.3) Tìm hạt Higgs: 30

2.3.1) Ý tưởng cho sự tồn tại của hạt Higgs: 31

2.3.2) Manh mối tìm ra hạt Higgs: 34

2.4) Chứng minh thực nghiệm: 34

2.4.1) Tìm trạng thái lỗ đen lượng tử:[] 34

2.4.2) Vật chất tối: 35

3 MÁY GIA TỐC LHC: 36

3.1) Định nghĩa: 36

3.2) Giới thiệu chung: 36

3.3) Mục đích :[] 36

3.4) Thiết kế và vận hành: 39

3.5) Bộ phân tích: 42

3.5.1) ATLAS: 43

3.5.2) CMS: 44

3.5.3) ALICE: 44

3.5.4) LHCb: 45

3.5.5) TOTEM: 45

3.5.6) LHCf: 46

3.6) Quá trình hoạt động 46

3.7) Chi phí 47

3.8) Thông tin: 48

3.9) Sự an toàn của LHC:[] 48

3.10) Tìm hạt Higgs:[] 50

4 Tài liệu tham khảo: 53

Mở Đầu

“You will know the truth, and the Truth will set you free”

(Ngươi sẽ biết được sự thật, và sự thật sẽ giải thoát ngươi)

John

“The truth is rarely pure and is never simple”

(Sự thật ít khi trong sáng và không bao giờ đơn giản)

Oscar Wilde (nhà thơ, nhà văn Ái Nhĩ Lan)Tôn giáo được sáng chế bởi nhân loại để tìm hiểu và giải thích sự thật khivắng bóng khoa học Và với sự tiến bộ của khoa học trong một thời gian ngắn,rất nhiều sự thật được khám phá và giải thích rõ ràng hơn so với những gì tôngiáo đã làm trong nhiều nghìn năm qua Những tiến bộ trong lĩnh vực khoa học y

tế đã làm vơi đi nỗi khổ đau cho nhiều người so với những gì tôn giáo có thểlàm Song song với sự tiến bộ của khoa học là sự thoái trào của niềm tin tôn giáotrong lòng nhiều người, do đó những tranh luận về khoa học và tôn giáo càngthêm sôi nổi khi tôn giáo và khoa học cùng bước vào lĩnh vực siêu hình qua phátminh kỹ thuật của máy gia tốc hạt

Leonardo Vetra - môt nhà khoa học, lại là một linh mục cơ đốc giáo - muốnhợp nhất khoa học và tôn giáo để đưa ra lĩnh vực mới “ Vật lí mới” với côngtrình nghiên cứu về máy gia tốc hạt và phản vật chất.[1]

Theo danh sách mà tạp chí Mỹ Time bình chọn, sự kiện khoa học lớn nhấttrong top-ten của năm 2008 là việc máy gia tốc hạt nhân (Large Hadron Collider -LHC) lớn nhất thế giới được khởi động ngày 10/9/2008.[I]

Tất cả là lí do chúng em tìm hiểu đề tài này

1 Lịch sử máy gia tốc hạt:

1.1) Định nghĩa máy gia tốc hạt:

Thiết bị dùng điện trường hay cả điện trường và từ trường để tăng tốc cáchạt tích điện đều được gọi chung là máy gia tốc hạt

+ Vì vậy nguyên lý hoạt động, cấu tạo, kích thước của các máy gia tốc

là khác nhau Máy gia tốc được sử dụng trong nhiều lĩnh vực

+ Trong vật lý, máy gia tốc đóng vai trò đặc biệt quan trọng, nó được

sử dụng trong nghiên cứu các hạt sơ cấp

1.2) Phân loại máy gia tốc hạt:

Người ta phân biệt hai loại máy gia tốc:

1.2.1) Máy gia tốc thẳng:

Máy gia tốc thẳng là loại máy gia tốc cổ Máy gia tốc thẳng cổ nhất là máygia tốc kiểu Vi-do-ro-e ra đời từ năm 1930: cho chùm hạt mang điện đi qua mộtdãy nối tiếp các miền trong đó có điện trường, các hạt mang điện sẽ được tăngtốc nhờ điện trường Cuối cùng, các hạt mang điện có thể có năng lượng khoảngvài trăm MeV

Trong ngành vật lý nghiên cứu cấu trúc người ta thường dùng phối hợp máygia tốc thẳng với máy gia tốc vòng một số máy gia tốc thẳng có thể kể đến lawchiếc máy của Pháp, khánh thành năm 1958, và những thí nghiệm đầu tiên đượctiến hành vào năm 1959

1.2.2) Máy gia tốc vòng:

Máy gia tốc vòng là loại máy gia tốc trong đó các hạt chuyển động theo cácđường vòng Để buộc các hạt chuyển động theo các đường vòng, người ta dùng từ

trường của nam châm có dạng thích hợp để uốn cong quĩ đạo của hạt Còn đểtăng tốc các hạt thì người ta dùng điện trường.

+Có hai kiểu máy gia tốc vòng:

 Kiểu cyclotron : trong các cyclotron, quĩ đạo của các hạt tích điện là cácđường xoáy ốc phẳng

 Kiểu synchrotron : trong các synchrotron, quĩ đạo của các hạt là đườngtròn, muốn quĩ đạo của các hạt là đường tròn người ta phải dùng nhiều namchâm có cảm ứng từ khác nhau và bố trí theo thứ tự cảm ứng từ tăng dần Mỗikhi hạt được tăng tốc thì cảm ứng từ của từ trường phải tăng tương ứng để giữcho bán kính của quĩ đạo không đổi

1.3) Máy gia tốc hạt đầu tiên:

Cyclotron là một dạng của máy gia tốc hạt.Cyclotrons: gia tốc những hạttích điện dùng tần số cao Một từ trường thẳng đứng gây ra cho hạt theo hìnhxoắn ốc trong một đường tròn để chúng được gia tốc nhiều lần

Và Ernest Lawrence, của Đại học California, Berkeley, được công nhận vớicái máy Cyclotron đầu tiên vào năm 1929

Cyclotron làm việc thế nào?

Trong Cyclotron, các điện cực được đặt trên ống chân không, một tần sốcao cung cấp cho điện cực “D”( hình chữ D) hút và đẩy những hạt điện tíchnằm ở trung tâm của từ trường, các hạt này được gia tốc khi vượt xuyên quakhe giữa hai cực.Từ trường thẳng đứng cùng với lực hút giữa nguyên tử vớinguyên tử làm tăng chuyển động của hạt trên đường xoắn ốc

Nếu không thay đổi năng lượng những hạt tích điện trong một từ trường

sẽ đi theo một đường tròn Trong Cyclotron, năng lượng được cung cấp cho

hạt mang điện khi chúng vượt qua khoảng giữa “D” và vì vậy chúng được giatốc và sẽ tăng khối lượng khi mà chúng tiến dần đến năng lượng ánh sáng.Cảhai hiệu ứng( tăng vận tốc và tăng khối lượng) sẽ tăng bán kính của hình tròn

và vì vậy đường đi sẽ là một đường xoắn ốc

(Những hạt điện tích chuyển động trên một đường xoắn ốc, bởi vì dòng điệncủa electron hoặc ion, phun thẳng đến một từ trường, những thí nghiệm mộtlực thẳng Những hạt điện tích chuyển động tự do trong chân không, vì vậynhững hạt điện tích phun ra một đường xoắn ốc.)

Bán kính sẽ tăng cho đến khi bắn mục tiêu nằm trên chu vi của ống chânkhông.Những vật chất khác có thể được dùng làm mục tiêu, và sự va chạm sẽtạo những hạt điện tích thứ yếu cái mà có thể được dẫn ra ngoài Cyclotron và

đi đến dụng cụ phân tích Kết quả sẽ cho phép tính toán những thuộc tínhkhác nhau, như là khoảng cách giữa các nguyên tử và những sản phẩm vachạm khác

Mục đích của Cyclotron

Trong vài thập kỉ, Cyclotron là cái nguồn tốt nhất của những chùm nănglượng cao của thí nghiệm vật lý hạt nhân, vài Cyclotron thì vẫn dùng chonghiên cứu

Cyclotron có thể được dùng để xem xét ung thư Chùm ion từ Cyclotron cóthể được dùng, để thâm nhập vào người và diệt khối u ác tính bằng xạ trị

Chùm Cyclotron có thể được bắn phá những nguyên tử khác để tìm ra các hạtđồng vị

1.4) Một số máy gia tốc hiện nay: [II]

Cyclotrons: Máy gia tốc cộng hưởng từ

Máy gia

tốc Vị trí

Nămhoạtđộng

Dạng Hạt được

gia tốc

Độngnăng Thành quả

cyclotron UC Berkeley 1932 Tròn Proton

1.2MeV

Khám phá vàkiểm chứngtương tác của hạtDeuteron

cyclotron UC Berkeley

1939-1941 Tròn Deuteron

16MeV

Khám phá ra cácchất đồng vị

Nghiên cứu sựtách biệt trênđồng vị urani

Used to separateisotopes for the

dự án Manhattan

Máy gia tốc đầu tiên xây dựng tại Lawrence Berkeley National Laboratory, sau

đó được biết như là Berkeley Radiation Laboratory

Thànhquả

Cosmotron

Phòng thínghiệm quốctế

Brookhaven

1953-1968 Vòng tròn

(72 m ) Proton 3.3 GeV

Khámphá

Birmingham

Bevatron

BerkeleyRad Lab ieLBNL

1954-~1970

Đườngthẳng Proton 6.2 GeV

Khámphá hạt lạ:s,antiprot

on,antineutro

1993

~1970-Đườngthẳng

Các hạtnhân đủvữngchắc

Quan sát

sự néncủa hạtnhân, tiaion tácdụng lênkhối ung

12.5 GeV

Proton

Synchrotron CERN

present

1959-Vòng tròn(600 m) Proton 28 GeV

Alternating

Gradient

Synchrotron

BrookhavenNationalLaboratory

J/

Ψ ,muon

neutrino,

CP sự viphạmtrong

kaons

SLAC Linac

StanfordLinearAcceleratorcenter

present

1966-máy gia tốcthẳng 3 km

Electron/

Positron 50 GeV

Fermilab Fermilab 1970- Tròn Protons 8 GeV

150 GeV

Fermilab

Main Ring Fermilab 1970-1995

CircularSynchrotron

Protonsandantiprotons

400 GeV(until1979),

150 GeVthereafter

CEBAF

ThomasJefferson vớimáy gia tốcquốc gia

NewportNews, VA

present

1984-Electronsphân cực

ELSA Physikalisch

es Institut

present

1987-synchrotro

n

electrons 3.5 GeV

ISIS neutron

source

RutherfordAppletonLaboratory,Didcot,Oxon

present H- Linac Protons 800 MeV

1984-Nănglượng caokhi tiaprotonđược vậnhành

Germany

855 MeVaccelerator

Electronsphân cực

Tevatron Fermilab

1978-present

SuperconductingCircularSynchrotron

2006 Present

-Thẳng (335m) và tròn(248 m)

Protons

800 MeV-

Hình dạng

và chu vi

Nănglượngelectron

NănglượngPositron

Thí nghiệm Khám phá

công nhận

hưởng (1964)Princeto

1962-2 vòngtròn, 12 m 300 MeV

300MeV

Sản xuấtcặp e+e-

1964-2 vòngtròn, 2.7 m 130 MeV

130MeV

số lượnge+e- tronghiệu ứngphát xạQED

1965-Tròn,17.88 m 700 MeV

700MeV

OLYA,

ND, CMD;

SND,CMD-2

e+e- -> π(1966), e+e > γ (1971)

SPEAR SLAC

Mark I,

Mark II,

Mark III

1989-2000

Tròn ,27km 104 GeV

104GeV

Aleph,

Delphi,

Opal, L3

Tương tácyếu,

Sự daođộng của Bmesons

PETRA DESY

1978-1986 Tròn , 2km 20 GeV 20 GeV

JADE,MARK-J,PLUTO,TASSO

Firstobservation

of B decay,charmlessand

"radiativepenguin" Bdecays

CESR-c Cornell

University

2008

2002-Tròn ,

CHESS,CLEO-cPEP-II SLAC 1998- Tròn , 2.2 9 GeV 3.1 Babar CP viphạm

Tròn , 3km 8.0 GeV 3.5

GeV Belle

CP vi phạmtrong cấutrúc Bmeson

6.0GeV

BEPC China

1989-2004

Tròn ,240m 2.2 GeV

2.2GeV

BeijingSpectromet

BeijingSpectromet

er III

Sự va chạm Hadron:

Máy gia tốc Vị trí

Nămvậnhành

Dạng vàkíchthước

Hạt va chạm

Nănglượngcủa tia

Những thínghiệm

Intersecting

Storage Rings CERN

1984

1971-Vòngtròn (948m)

Proton/

Proton

31.5GeV

1992-Vòngtròn(6.3km )

Proton/

Antiproton

900GeV CDF, D0

Tevatron

Run II Fermilab

present

2001-Vòngtròn (6.3km)

Proton/

Antiproton

980GeV CDF, D0

PolarizedProton/

Proton

100 đến250GeV

2008-Vòngtròn (27km)

Va chạm Electron-proton :

Máy gia

tốc Vị trí

Năm hoạtđộng

Dạng và kíchthước

Năng lượngelectron

Nănglượngproton

Thí nghiệm

HERA DESY

1992(-2007)

Vòngtròn(6336 m)27.5 GeV 920 GeV

H1, ZEUS,HERMES,

HERA-B

Va chạm ion:

Máy gia tốc Vị trí

Nămvậnhành

Hìnhdạng vàkíchthước

Ion đượcdùng

Nănglượng ion

Cuộc thửnghiệm

Relativistic

Heavy Ion

Collider

BrookhavenNationalLaboratory,New York

2000- 3.8 km

Au-Au; Cu; d-Au;

Cu-polarizedpp

0.1 TeVper

nucleon

STAR,PHENIX,Brahms,Phobos

Pb-pb

2.76 TeV

pernucleon

ALICE

2 Vai trò của máy gia tốc:

2.1) Tìm hạt cơ bản

Hạt cơ bản là những thực thể vi mô tồn tại như một hạt nguyên vẹn, đồng

nhất, không thể tách thành các phần nhỏ hơn; ví dụ như các hạt photon, electron,positron, neutrino…

2.1.2) Tính chất:

2.1.2.1 Khối lượng nghỉ:

Khối lượng nghỉ hay khối lượng tĩnh của một vật là khối lượng của vật xéttrong một hệ quy chiếu mà theo hệ đó, vật là đứng yên Đại đa số vật chất, trừphôtôn và nơtrinô, đều có khối lượng nghỉ khác không

2.1.2.2 Thời gian tồn tại:

Các hạt cơ bản đa số có thể phân rã thành các hạt khác Thời gian sống củachúng dao động từ 10-6 đến 10-24 giây Một số ít hạt cơ bản được gọi là bền, cóthời gian sống rất lớn, có thể coi là bền như electron 1022 năm, prôtôn 1030 năm.Người ta nghiên cứu thời gian sống của hạt cơ bản thông qua lý thuyết xác suất,dựa trên thời gian để một số lượng n hạt sơ cấp phân rã chỉ còn lại 0.5n hạt

2.1.2.3 Điện tích:

Một số hạt trung hòa về điện có điện tích bằng không như phôtôn γ vànơtrinô ν Một số hạt khác mang điện tích âm hoặc dương, với trị số tuyệt đối đềubằng điện tích nguyên tố của electron 1.602 x 10-19 C

2.1.2.4 Spin:

Spin là một khái niệm trong vật lý, là bản chất của mô men xung lượng và làmột hiện tượng của cơ học lượng tử thuần túy, không cùng với những sự tươngđồng trong cơ học cổ điển

Trong cơ học cổ điển, mô men xung lượng được phát triển từ xung lượng

cho sự quay của một vật có khối lượng, và được biểu diễn bằng công 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 là bản chất nội tại của hạt đó Các hạt cơ bản như electron có thể cóspin khác 0, ngay cả khi nó được coi là chất điểm và không có cấu trúc nội tại.Khái niệm spin được đưa ra lần đầu vào năm 1925 bởi Ralph Kronig và, đồngthời, bởi George Unlenbeck và Samuel Goudsmit một cách độc lập

Phản hạt của một hạt sơ cấp là hạt có cùng khối lượng như hạt đã cho, song

có một hoặc một số tính chất vật lý khác cùng độ lớn nhưng có chiều ngược lại

Ví dụ, với điện tử và phản hạt của nó positron thì có điện tích trái dấu,nơtron và phản nơtron là mômen từ

Hầu hết các hạt cơ bản đều có phản hạt, riêng photon thì không - phản củaphoton cũng chính là photon

Các cặp hạt - phản hạt:

 Điện tử e- - Positron e+

 Neutron n – phản neutron antin hay

 Proton p hay p + - phản proton hay p −

2.1.3) Phân loại các hạt cơ bản:

2.1.3.1 Hạt Femion:

Các hạt fermion có spin bán nguyên, ½ Mỗi hạt fermion đều có một phản

dựa theo tương tác trong thuyết sắc động học phân tử và theo mô hình chuẩn có

12 hương của fermion cơ bản, bao gồm 6 quark và 6 lepton

Vì có spin nửa nguyên, khi một fermion quay 360°, hàm sóng của fermion

sẽ đổi dấu Đó được gọi là dáng điệu hàm sóng phản đối xứng của fermion Điềunày dẫn đến các fermion tuân theo thống kê Fermi-Dirac, hệ quả của nó là nguyên

lý loại trừ Pauli - không có hai fermion nào có thể cùng chiếm một trạng thái cơlượng tử vào cùng một thời điểm

Trong Mô hình chuẩn, có hai kiểu fermion cơ bản: quark và lepton Vì các

số fermion thường được bảo toàn xấp xỉ nên đôi khi chúng còn được gọi là cáccấu tạo của vật chất

Trên (u) +⅔ 1.5 đến 4 Phản quark trên:

Dưới (d) −⅓ 4 đến 8 Phản quark dưới:

2

Lạ (s) −⅓ 80 đến 130 Phản quark lạ:

Duyên (c) +⅔ 1,150 đến 1,350 Phản quark duyên:

Cấu trúc quark của neutron Cấu trúc quark của proton

Đáy (b) −⅓ 4,100 đến 4,400 Phản quark đáy:

Đỉnh (t) +⅔ 178,000 ± 4,300 Phản quark đỉnh:

Các Lepton:

Lepton (tiếng Hy Lạp là λεπτόν) có nghĩa là "nhỏ" và "mỏng" Tên này có

trước khi khám phá ra các hạt tauon, một loại hạt lepton nặng có khối lượng gấpđôi khối lượng của proton

Lepton là hạt có spin bán nguyên, ½, và không tham gia trong tương tácmạnh Lepton hình thành một nhóm hạt cơ bản phân biệt với các nhóm gaugeboson và quark

Có 12 loại lepton được biết đến, bao gồm 3 loại hạt vật chất là electron,muon và tauon, cùng 3 neutrino tương ứng và 6 phản hạt của chúng Tất cả cáclepton điện tích đều có điện tích là -1 hoặc + 1 (phụ thuộc vào việc chúng là hạthay phản hạt) và tất cả các neutrino cùng phản neutrino đều có điện tích trunghòa Số lepton của cùng một loại được giữ ổn định khi hạt tham gia tương tác,được phát biểu trong định luật bảo toàn số lepton

tích

Khối lượng (GeV)

hiệu

Điện tích

Khối lượng (MeV)

Electron /

Phản

electron

−1 /+1

0,000511 Electron

neutrino /Electron

0 <0,000003

Muon / Phản

muon

−1 /+1 0,1056

Muonneutrino /Muon phảnneutrino

0 <0,19

Tauon / Phản

tauon

−1 /+1 1,777

Tau neutrino/ Tau phảnneutrino

0 <18,2

2.1.3.2 Hạt Gauge boson:

Các boson đều có spin nguyên Các lực cơ bản của tự nhiên đuợc truyền bởicác hạt gauge boson Theo mô hình chun có 13 loại hạt boson cơ bản:

 Quang tử, photon, có spin 1, là hạt truyền tương tác trong lực điện từ

 Các W boson và Z boson có spin 1 là hạt truyền tương tác trong lựctương tác yếu

 8 gluon có spin 1 là hạt truyền tương tác trong lực tương tác mạnh Hiện tại, các thuyết vật lý dự đoán về sự tồn tại của một số boson khác như:

 Higgs boson, có spin 0, được dự đoán bởi mô hình chuẩn của thuyếtđiện yếu thống nhất

 Graviton, có spin 2, được cho là hạt truyền tương tác trong lực hấp dẫn

và được dự đoán bởi thuyết hấp dẫn lượng tử

 Các thành phần siêu đối xứng của các hạt fermion (là slepton vàsquark)

 Graviscalar có spin 0

 Graviphoton có spin 1

 Goldstone boson

 X boson và phản X boson được dự đoán trong lý thuyết thống nhấtGUT

2.1.4) Tương tác của các hạt sơ cấp:

Có 4 loại tương tác cơ bản:

2.1.4.1 Tương tác mạnh:

Lực tương tác mạnh là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên Lực này giữ

các thành phần của hạt nhân nguyên tử lại với nhau, chống lại lực đẩy rất lớn giữa

các proton Lực này được chia làm hai thành phần, lực mạnh cơ bản và lực

mạnh dư Lực tương tác mạnh ảnh hưởng bởi các hạt quark, phản quark và

gluon, cũng như các boson truyền tương tác của chúng Thành phần cơ bản củatương tác mạnh giữ các quark lại với nhau để hình thành các hadron như proton

và neutron Thành phần dư của tương tác mạnh giữ các hadron lại trong hạt nhâncủa một nguyên tử Ở đây còn có một hạt gián tiếp là bosonic hadron, hay còn gọi

là meson

Theo thuyết sắc động lực học lượng tử, mỗi quark mang trong mình điệntích màu, ở một trong 3 dạng "đỏ", "xanh lam" hoặc "xanh lơ" Đó chỉ là nhữngtên, hoàn toàn không liên hệ gì với màu thực tế Đối quark là các hạt như "đốiđỏ", "đối xanh lam", "đối xanh lơ" Cùng màu đẩy nhau, trái màu hút nhau Lựchút giữa hạt màu và hạt đối màu của nó là rất mạnh Các hạt chỉ tồn tại nếu nhưtổng màu của chúng là trung hòa, nghĩa là chúng có thể hoặc được kết hợp với đối

đỏ, đối xanh lam và đối xanh lơ như trong các hạt baryon, proton và neutron,hoặc một quark và một đối quark của nó có sự tương ứng đối màu (như hạtmeson)

Lực tương tác mạnh xảy ra giữa hai quark là nhờ một hạt trao đổi có tên làgluon Nguyên lý hoạt động của hạt gluon có thể hiểu như trái bòng bàn, và haiquark là hai vận động viên Hai hạt quark càng ra xa thì lực tương tác giữa chúngcàng lớn, nhưng khi chúng gần xát nhau, thì lực tương tác này bằng 0 Có 8 loạigluon khác nhau, mỗi loại mang một màu điện tích và một đối màu điện tích (có 3loại màu, nhưng do có sự trung hòa giống như đỏ + xanh + vàng = trắng ngoài tựnhiên, nên chỉ có 8 tổ hợp màu giữa chúng).

Mỗi một cặp tương tác của quark, chúng luôn luôn thay đổi màu, nhưngtổng màu điện tích của chúng được bảo toàn Nếu một quark đỏ bị hút bởi mộtquark xanh lam trong một baryon, một gluon mang đối xanh lam và đỏ được giảiphóng từ quark đỏ và hấp thụ bởi quark xanh lam, và kết quả, quark đầu tiênchuyển sang quark xanh lam và quark thứ hai chuyển sang quark đỏ (tổng màuđiện tích vẫn là xanh lam + đỏ) Nếu một quark xanh lơ và một đối xanh lơ quarktuơng tác với nhau trong một meson, một gluon mang, ví dụ như đối đỏ và xanh

lơ sẽ được giải phóng bởi quark xanh lơ và hấp thụ bởi một đối xanh lơ quark, vàkết quả, quark xanh lơ chuyển sang màu đỏ và đối xanh lơ đối quark chuyển sangmàu đỏ (tổng màu điện tích vẫn là 0) Hai quark xanh lam đẩy nhau và trao đổimột gluon mang điện tích màu xanh lam và đối xanh lam, các quark vẫn dữnguyên điện tích màu xanh lam

Hiện tượng không thể tách rời các quark xa nhau gọi là hiện tượng giam

hãm (confinement) Có một giả thuyết rằng các quark gần nhau sẽ không tồn tại

lực tương tác mạnh và trỏ thành tự do, giả thuyết này còn gọi là sự tự do tiệm

cận và có thể được giải thích bằng nguyên lý quả bóng bàn như trên

2.1.4.2 Tương tác điện từ:

Lực điện từ là lực mà điện-từ trường tác dụng lên hạt mang điện tích

(chuyển động hay đứng yên)

Theo biểu diễn cổ điển của lực điện từ, lực này gồm hai thành phần, do điệntrường tạo ra (lực điện) và do từ trường tạo ra (lực từ).

Lực điện từ đôi khi còn được gọi là lực Lorentz, mặc dù thuật ngữ này cũng

có thể chỉ dùng để nói về thành phần gây ra bởi từ trường Lý do là trong lýthuyết điện từ và lý thuyết tương đối, từ trường và điện trường được thống nhấtthành một trường tạo ra tương tác duy nhất gọi là trường điện từ Đặc biệt, trong

lý thuyết tương đối, biểu thức lực từ và lực tĩnh điện quy tụ về một biểu thức duynhất

Việc thống nhất lực điện và lực từ thành một loại lực điện từ cũng phù hợpvới quan điểm của lý thuyết điện động lực học lượng tử Theo lý thuyết này, lựcđiện từ được gây ra bởi sự trao đổi của hạt trường là photon

Mô hình chuẩn ghi nhận lực điện từ là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên

2.1.4.3 Tương tác yếu

Lực tương tác yếu là 1 trong 4 loại lực cơ bản của tự nhiên xảy ra ở mọi hạt

cơ bản, trừ các hạt proton và gluons, ở đó có sự trao đổi của các hạt truyền tươngtác là vector W boson và Z boson

Lực tương tác yếu xảy ra ở một biên độ rất ngắn, bởi vì khối lượng củanhững hạt W boson và Z boson vào khoảng 80 GeV, nguyên lý bất định bức chếchúng trong một khoảng không là 10 − 18 m, kích thước này chỉ nhỏ bằng 0,1% sovới đường kính của proton Trong điều kiện bình thường [cần dẫn nguồn], các hiệu ứngcủa chúng là rất nhỏ Có một số định luật bảo toàn hợp lệ với lực tương tác mạnh

và lực điện từ, nhưng lại bị phá vỡ bởi lực tương tác yếu Mặc dầu có biên độ vàhiệu xuất thấp, nhưng lực tương tác yếu lại có một vai trò quan trọng trong việchợp thành thế giới mà trong đó ta quan sát

2.1.4.4 Tương tác hấp dẫn:

Trong vật lý học, lực hấp dẫn là lực hút giữa mọi vật chất và có độ lớn tỷ lệ

với khối lượng của chúng

Lực hấp dẫn là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên theo mô hình chuẩnđược chấp nhận rộng rãi trong vật lý hiện đại, ba lực cơ bản khác là lực điện từ,lực hạt nhân yếu, và lực hạt nhân mạnh Lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong số cáclực đó, nhưng lại có thể hoạt động ở khoảng cách xa và luôn thu hút

Trong cơ học cổ điển, lực hấp dẫn xuất hiện như một ngoại lực tác động lênvật thể Trong thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn là bản chất của không thời gian

bị uốn cong bởi sự hiện diện của khối lượng, và không phải là một ngoại lực.Trong thuyết hấp dẫn lượng tử, hạt graviton được cho là hạt mang lực hấp dẫn

Lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên các vật thể có khối lượng và làmchúng rơi xuống đất Lực hấp dẫn cũng giúp gắn kết các vật chất để hình thànhTrái Đất, Mặt Trời và các thiên thể khác; nếu không có nó các vật thể sẽ khôngthể liên kết với nhau và cuộc sống như chúng ta biết hiện nay sẽ không thể tồn tại.Lực hấp dẫn cũng là lực giữ Trái Đất và các hành tinh khác ở trên quỹ đạo củachúng quanh Mặt Trời, Mặt Trăng trên quỹ đạo quanh Trái Đất, sự hình thànhthủy triều, và nhiều hiện tượng thiên nhiên khác mà chúng ta quan sát được

2.2) Phản vật chất:

Phản vật chất là khái niệm trong vật lý, được cấu tạo từ những phản hạt cơbản như phản hạt electron, phản hạt nơtron,… Theo lý thuyết, nếu phản vật chấtgặp vật chất thì sẽ nổ tung

2.2.1) Lịch sử hình thành khái niệm phản vật chất: