Bài giảng bài các hạt sơ cấp vật lý 12 (5)

I ĐỊNH NGHĨA: Hạt sơ cấp ? Hạt sơ cấp (còn gọi hạt bản) thực thể vi mô tồn hạt nguyên vẹn, đơn tách thành thành phần nhỏ VD: hạt phôtôn, êlectron, pôzitron, nơtrinô … II PHÂN LOẠI: Phân loại theo khối lƣợng Hạt sơ cấp Phôtôn Leptôn Mêzôn Khối lượng tăng dần Barion II PHÂN LOẠI: Phôtôn: - Phôtôn gọi quang tử - Không có khối lượng riêng có động lượng - Chuyển động với vận tốc ánh sáng chân không - Trong hệ qui chiếu lượng hạt phôtôn là:  hc  II PHÂN LOẠI: Leptôn: - Leptôn có nghiã “nhỏ” “mỏng” - Leptôn hạt tuyệt đối bền vững - Leptôn hạt chất điểm II PHÂN LOẠI: Leptôn: a Êlectron e – pôzitron e+ - Êlectron Thomson phát năm 1897 - Năm 1928, Đirăc kết hợp thuyết tương đối hẹp thuyết lượng tử để xây dựng phương trình Schrodinger suy phản hạt pôzitron - Năm 1932, Anderson tìm thấy phản hạt nói - Sự huỷ cặp e+ e- đồng thời tạo thành phôtôn II PHÂN LOẠI: Leptôn: b Hạt nơtrinô - Năm 1937, Paul đoán: Trong phân rã β, đồng thời êlectron có hạt không mang điện đƣợc phóng nơtrinô - Nơtrinô êlectron: n → p + e- + νe - Nơtrinô muy : ν- → e- + νe + νμ π+ → μ- + νμ - Nơtrinô Tau: τ- → e- + νe + ντ II PHÂN LOẠI: Leptôn: c Hạt muy hạt tau - Hạt μ Anderson Ned Dermrger tìm thấy năm 1973 - Hạt Τau (τ) phát năm 1975 II PHÂN LOẠI: Mêzôn: Gồm hạt có khối lượng nghỉ trung bình II PHÂN LOẠI: Mêzôn: a Hạt pi - Sự tồn π Yukawa tiên đoán từ năm 1935 đến năm 1947 Oechialini Powell tìm thấy - Có hai loại hạt π+ πo - π lượng tử trường lực hạt nhân II PHÂN LOẠI: Tập hợp Mêzôn Barion có tên chung Hađrôn Củng cố kiến thức Các loại hạt sơ cấp (phân theo khối lượng) là: Phôtôn, leptôn, mêzôn hađrôn Phôtôn, leptôn, mêzôn barion Phôtôn, leptôn, barion hađrôn Phôtôn, leptôn, nuclôn hipêron III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: Khối lượng nghỉ: - Các hạt sơ cấp có khối lượng nghỉ khác 0, trừ phôtôn, nơtrinô, gravitôn, gluôn,… - Đại lượng đặc trưng lượng nghỉ Eovới Eo= moc2 VD: Êlectron có mo = 9,1.10-31 kg, Eo = 0,511 MeV Prôtôn có mo = 1,67.10-27 kg, Eo = 938,3 MeV III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: Điện tích: - Một số hạt sơ cấp có điện tích Q =  e - Hạt trung hoà có điện tích Q = - Hạt quark có Q = ± e hoặc Q = ± e 3 III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: Spin: - Mỗi hạt sơ cấp có momen động lượng riêng và momen từ riêng đặc trưng số lượng tử spin, kí hiệu s h - Momen động lượng riêng hạt = s - Dựa vào spin, người ta chia hạt sơ cấp 2 thành hai loại: + Bozôn: hạt có s = 1(như phôtôn) có s = (như pion) + Fecmion: hạt có s = (như nơtrinô, êlectron, prôtôn, nơtron,…) - Ngoài có spin đồng vị III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: Thời gian sống trung bình: Tên hạt Năng lượng Điện tích Thời gian sống Spin s Eo (MeV) Q (giây) Phôtôn 0 ∞ Êlectron Pôzitron Nơtrinô 0,511 0,511 -e +e 1/2 1/2 1/2 ∞ ∞ ∞ Piôn Kaôn 139,6 497,7 +e 0 2,6.10-8 8,8.10-11 Prôtôn Nơtron 938,3 939,6 +e 1/2 1/2 ∞ 932 Xicma Omêga 1189 1672 +e -e 1/2 3/2 8.10-11 1,3.10-10 III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP : Momen từ: - Gắn với điện tích Q và spin s - Nếu spin s = thì momen từ - Momen từ μ song song với spin - Momen từ đo đơn vị manhetôn Bo (µB) VD: µprôtôn = 2,79 µB; µnơtron = -1,91 µB III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP : Số lạ: có 2năm đặc 1947, điềm sau đây: Chúng Từ người ta tìm thấy loạt o và -Định bảo số lạ: Trong các quá +Chúng ramêzôn trình nhanh hạt sơluật cấpsinh mới:toàn K: K+, K trình hipêron: o-23 +, rã sinh lạ,và tổng cùa lạ của(Ω hệ-),… đƣợc (≈10 s) phân trìnhbảo chậm Λ (Λhạt ), Xicma (Σđại Σsố-,trong Σo), số Omêga toàn (≈10-6 s) +Có thể sinh hai ba hạt lạ không bao giờ sinh hạt lạ vài loại hạt lạ cùng loại Hạt K+ Ko Λo Σ+ Σo Σ- Ξo Ξ- Ω- Số lạ S 1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -3 III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP : Số barion: - Các hạt sơ cấp có khối lượng lớn khối lượng prôtôn có tên chung Barion, bao gồm nuclôn và hipêron - Khi barion thì sẽ có barion xuất VD: p + p → p + Σ+ + Ko Λo → p + ππ- + p → Ko + Λo - Định luật bảo toàn số barion: Trong các quá trình biến đổi, tổng (đại số) các số barion hệ không đổi III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP : Số leptôn: - Ba cặp: (e- νe), (μ- νμ), (τ- ντ) - Tất leptôn có số leptôn L = 1, phản leptôn có số leptôn L = -1 - Trong phản ứng ,tổng đại số số lepton hệ hạt tham gia phản ứng đƣợc bảo toàn Củng cố kiến thức Các hạt sơ cấp có số lượng spin s số bán nguyên: êlectron, prôtôn nơtrinô êlectron, prôtôn, nơtrinô phôtôn prôtôn, pôzitron phôtôn êlectron, prôtôn, pôzitron nơtrinô IV PHẢN HẠT : Tính đối xứng: - Mỗi hạt sẽ tồn phản hạt (trừ phôtôn) với cùng khối lượng nghỉ mo , spin s trái dấu điện tích (trừ nơtron có điện tích 0) momen từ (μ) Sự sinh hủy cặp: - Khi có lượng đủ cao, hạt sẽ tự tạo phản hạt Khi hạt gặp phản hạt mình, hai sẽ cùng tiêu hủy trở dạng lượng VD: e- + e+ → γ + γ; γ + γ → e- + e+ V TƢƠNG TÁC GIỮA CÁC HẠT SƠ CẤP: Tương tác hấp dẫn: Tương tác điện từ: Tương tác yếu: Tương tác mạnh: So sánh độ mạnh tương đối loại tương tác trên, ta có bảng sau: Loại Cường độ Bán kính tác Hạt trường tương tác tương tác dụng (m) Hấp dẫn ∞ Gravitôn Điện từ 1037 ∞ Phôtôn Yếu 10-25 10-18 W±, Zo,… Mạnh 1039 10-15 Gluôn, mezôn ảo,… VI QUARK: Quark: a Khái niệm: - Quark: hạt sơ cấp thành phần vật chất - Phản quark: phản hạt quark kí hiệu dấu gạch ngang bên cho quark tương ứng, u cho phản quark - Quark hóa trị quark xác định lên số lượng tử hađrôn.Có họ hađrôn barion, với ba quark hóa trị; mêzôn, với quark phản quark hóa trị [...]... CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: 2 Điện tích: - Một số hạt sơ cấp có điện tích Q =  e - Hạt trung hoà có điện tích Q = 0 1 2 - Hạt quark có Q = ± e hoặc Q = ± e 3 3 III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: 3 Spin: - Mỗi hạt sơ cấp có momen động lượng riêng và momen từ riêng được đặc trưng bởi số lượng tử spin, kí hiệu s h - Momen động lượng riêng của hạt = s - Dựa vào spin, người ta chia hạt sơ. .. PHÂN LOẠI: Tập hợp các Mêzôn và các Barion có tên chung Hađrôn Củng cố kiến thức Các loại hạt sơ cấp (phân theo khối lượng) là: Phôtôn, leptôn, mêzôn và hađrôn Phôtôn, leptôn, mêzôn và barion Phôtôn, leptôn, barion và hađrôn Phôtôn, leptôn, nuclôn và hipêron III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: 1 Khối lượng nghỉ: - Các hạt sơ cấp đều có khối lượng nghỉ khác 0, trừ phôtôn, nơtrinô, gravitôn, gluôn,… -... của các số barion của hệ không đổi III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP : 8 Số leptôn: - Ba cặp: (e- và νe), (μ- và νμ), (τ- và ντ) - Tất cả các leptôn đều có số leptôn L = 1, các phản leptôn có số leptôn L = -1 - Trong các phản ứng ,tổng đại số của số lepton của hệ các hạt tham gia phản ứng đƣợc bảo toàn Củng cố kiến thức Các hạt sơ cấp nào dưới đây có số lượng spin s là số bán nguyên: êlectron,... nhanh hạt sơluật cấpsinh mới:toàn K: K+, K các trình hipêron: o-23 +, rã sinh lạ,và tổng cùa lạ của(Ω hệ-),… đƣợc (≈10 s) phân những quá trìnhbảo chậm Λ ( hạt ), Xicma (Σđại Σsố-,trong Σo), số Omêga toàn (≈10-6 s) +Có thể sinh ra hai hoặc ba hạt lạ nhưng không bao giờ sinh ra một hạt lạ hoặc vài loại hạt lạ cùng loại Hạt K+ Ko Λo Σ+ Σo Σ- Ξo Ξ- Ω- Số lạ S 1 1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -3 III CÁC... CỦA HẠT SƠ CẤP : 7 Số barion: - Các hạt sơ cấp có khối lượng lớn hơn hoặc bằng khối lượng prôtôn có tên chung là các Barion, bao gồm nuclôn và hipêron - Khi nào mất đi một barion thì sẽ có một barion mới xuất hiện VD: p + p → p + Σ+ + Ko Λo → p + ππ- + p → Ko + Λo - Định luật bảo toàn số barion: Trong các quá trình biến đổi, tổng (đại số) của các số barion của hệ không đổi III CÁC ĐẶC... 1/2 ∞ 932 Xicma Omêga 1189 1672 +e -e 1/2 3/2 8.10-11 1,3.10-10 III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP : 5 Momen từ: - Gắn với điện tích Q và spin s - Nếu spin s = 0 thì momen từ bằng 0 - Momen từ μ song song với spin - Momen từ đo bằng đơn vị manhetôn Bo (µB) VD: µprôtôn = 2,79 µB; µnơtron = -1,91 µB III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP : 6 Số lạ: có 2năm đặc 1947, điềm sau đây: Chúng Từ những người... động lượng riêng của hạt = s - Dựa vào spin, người ta chia hạt sơ cấp 2 thành hai loại: + Bozôn: là những hạt có s = 1(như phôtôn) hoặc có s = 0 (như pion) 1 + Fecmion: là những hạt có s = (như 2 nơtrinô, êlectron, prôtôn, nơtron,…) - Ngoài ra còn có spin đồng vị III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: 4 Thời gian sống trung bình: Tên hạt Năng lượng Điện tích Thời gian sống Spin s Eo (MeV) Q (giây) Phôtôn... GIỮA CÁC HẠT SƠ CẤP: 1 Tương tác hấp dẫn: 2 Tương tác điện từ: 3 Tương tác yếu: 4 Tương tác mạnh: So sánh độ mạnh tương đối giữa 4 loại tương tác trên, ta có bảng sau: Loại Cường độ Bán kính tác Hạt trường tương tác tương tác dụng (m) Hấp dẫn 1 ∞ Gravitôn Điện từ 1037 ∞ Phôtôn Yếu 10-25 10-18 W±, Zo,… Mạnh 1039 10-15 Gluôn, mezôn ảo,… VI QUARK: 2 Quark: a Khái niệm: - Quark: là một hạt cơ bản sơ cấp. .. êlectron, prôtôn, pôzitron và nơtrinô IV PHẢN HẠT : Tính đối xứng: - Mỗi hạt bất kì sẽ luôn tồn tại một phản hạt của chính nó (trừ phôtôn) với cùng khối lượng nghỉ mo , spin s nhưng trái dấu điện tích (trừ nơtron có điện tích bằng 0) và momen từ (μ) Sự sinh và hủy cặp: - Khi có năng lượng đủ cao, hạt sẽ tự tạo ra phản hạt của mình Khi hạt gặp phản hạt của chính mình, cả hai sẽ cùng tiêu hủy và... là Κo do Butter và Rochester - Κ là hạt lạ, mỗi Κ còn được đặc trưng bởi số lạ II PHÂN LOẠI: 4 Barion: - Còn gọi là Barion Fecmion : là các hạt có spin bán nguyên - Barion được chia làm hai loại: + Nuclôn: proton và neutron + Hipêron: là các hạt Λ, Ω, II PHÂN LOẠI: 4 Barion: Nuclôn *Prôtôn (p) - Ernest Rutherford là người khám phá ra prôtôn - Prôtôn là 1 loại hạt tổ hợp, điện tích là + - Số prôtôn ... III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: Điện tích: - Một số hạt sơ cấp có điện tích Q =  e - Hạt trung hoà có điện tích Q = - Hạt quark có Q = ± e hoặc Q = ± e 3 III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP:...I ĐỊNH NGHĨA: Hạt sơ cấp ? Hạt sơ cấp (còn gọi hạt bản) thực thể vi mô tồn hạt nguyên vẹn, đơn tách thành thành phần nhỏ VD: hạt phôtôn, êlectron, pôzitron, nơtrinô... Phôtôn, leptôn, barion hađrôn Phôtôn, leptôn, nuclôn hipêron III CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: Khối lượng nghỉ: - Các hạt sơ cấp có khối lượng nghỉ khác 0, trừ phôtôn, nơtrinô, gravitôn, gluôn,…