vật lý hiện đại dhsp2

Họ tên: ĐÀO THỊ DỊU Lớp:CH-K19; LL PPDH môn vật lý VẬT LÝ HIỆN ĐẠI Kiểm tra: A2 1, Trình bày hiểu biết sóng hấp dẫn? -Trong vật lý học, sóng hấp dẫn dao động nhấp nhô độ cong cấu trúc không-thời gian thành dạng sóng lan truyền bên từ thăng giáng nguồn hấp dẫn (thay đổi theo thời gian), sóng mang lượng dạng xạ hấp dẫn Albert Einstein, vào năm 1916 dựa thuyết tương đối rộng ông lần dự đoán có sóng hấp dẫn Nhóm cộng tác khoa học Advanced LIGO thu trực tiếp tín hiệu sóng hấp dẫn từ kết hai lỗ đen sáp nhập vào ngày 14 tháng năm 2015 phát thông báo họp báo tổ chức ngày 11 tháng năm 2016 Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) Theo thuyết tương đối rộng, sóng hấp dẫn phát từ hệ đôi chứa lùn trắng, neutron lỗ đen Hiện tượng sóng hấp dẫn hệ tính hiệp biến Lorentz cục thuyết tương đối tổng quát, tốc độ lan truyền tương tác bị giới hạn đặc tính Nhưng lý thuyết hấp dẫn Newton tất vật tương tác tức với nhau, sóng hấp dẫn lý thuyết cổ điển Các nhà khoa học thăm dò dấu hiệu xạ hấp dẫn phương pháp gián tiếp khác Ví dụ, Russell Hulse Joseph Taylor tìm thấy hệ xung Hulse - Taylor có chu kỳ quỹ đạo giảm dần theo thời gian hai neutron quay gần phía nhau, từ cung cấp chứng cho tồn sóng hấp dẫn; phát mà vào năm 1993 hai ông Giải Nobel Vật lý Các nhà khoa học sử dụng trạm dò sóng hấp dẫn để thám trắc hiệu ứng sóng hấp dẫn, ví dụ Đài thám trắc sóng hấp dẫn - giao thoa kế laser (LIGO) Thuyết tương đối tổng quát Einstein mô tả hấp dẫn tượng gắn liền với độ cong không-thời gian Độ cong xuất có mặt khối lượng Càng nhiều khối lượng chứa thể tích không gian cho trước, độ cong không thời gian lớn biên giới thể tích Khi vật thể có khối lượng di chuyển không thời gian, thay đổi độ cong hồi đáp theo thay đổi vị trí vật Trong số trường hợp, vật thể chuyển động gia tốc gây lên thay đổi độ cong mà lan truyền bên với tốc độ ánh sáng theo dạng sóng Hiện tượng lan truyền gọi sóng hấp dẫn Khi sóng hấp dẫn truyền tới quan sát viên xa, dụng cụ phát người kết luận không thời gian bị bóp méo Khoảng cách hai vật tự biến đổi tăng giảm cách nhịp nhàng (dao động), với tần số sóng hấp dẫn Tuy nhiên, trình này, vật tự lực tác động chúng, vị trí tọa độ không thay đổi, thay đổi thay đổi hệ tọa độ không gian thời gian khoảng cách chúng Đối với quan sát viên xa, cường độ sóng hấp dẫn vị trí người tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ đến nguồn sóng Theo dự đoán lý thuyết, hệ đôi chứa neutron chuyển động vòng xoắn ốc vào với tốc độ lớn quỹ đạo elip dẹt, chúng sáp nhập vào tương lai nguồn phát sóng hấp dẫn mạnh Nhưng khoảng cách thiên văn đến chúng lớn, sóng hấp dẫn có cường độ cao phát từ kiện vũ trụ lan tới Trái Đất yếu nhiều, với biên độ dao động khoảng cách hai vật thử thấp 10^(−21) Để phát thay đổi tinh tế này, nhà khoa học phải tìm cách tăng độ nhạy máy dò Tính đến năm 2012, máy dò nhạy nằm trạm thám trắc LIGO VIRGO có độ xác lên tới x 10^(−22) Các nhà vật lý tính toán ngưỡng giới hạn tần số sóng hấp dẫn lan truyền tới Trái Đất Cơ quan Vũ trụ châu Âu phát triển hệ thống vệ tinh thám trắc không gian để phát sóng hấp dẫn, tên dự án Ăngten giao thoa kế Laser Vũ trụ (Laser Interferometer Space Antenna LISA) Sóng hấp dẫn thâm nhập vào vùng không gian mà sóng điện từ xâm nhập Dựa vào tính chất thu từ sóng hấp dẫn giúp tìm hiểu Vũ trụ vùng sâu nơi số loại thiên thể kỳ lạ nằm đó, chẳng hạn cặp lỗ đen Những đối tượng quan sát trực cách truyền thống kính thiên văn quang học kính thiên văn vô tuyến Ưu điểm sóng hấp dẫn lợi để nghiên cứu trạng thái sớm Vũ trụ Không thể áp dụng phương pháp quan sát trước giai đoạn tái kết hợp electron, Vũ trụ trở lên mờ đục toàn dải sóng điện từ Ngoài ra, phép đo xác sóng hấp dẫn tiếp tục xác minh thuyết tương đối tổng quát Sóng hấp dẫn mặt lý thuyết tồn tần số nào, phát chúng tần số thấp, nguồn phát sóng tần số cao biết đến quan sát Stephen Hawking Werner Isreal dự đoán phát sóng hấp dẫn với tần số miền 10^( -7) Hz tới 10^11 Hz Sóng hấp dẫn GW150914 mà nhóm hợp tác LIGO lần thu nhận trực tiếp có tần số khoảng 35 Hz đến 250 Hz - Những điểm đặc biệt sóng hấp dẫn +) Sản sinh từ xáo động lớn vũ trụ, không tương tác với vật chất nên chúng không bị cản trở di chuyển điểm đặc biệt sóng hấp dẫn Albert Einstein tiên đoán sóng hấp dẫn thuyết tương đối phổ quát ông cách kỷ Theo giả thuyết này, không gian thời gian quyện lại với thành thể "không thời gian" (spacetime) – tạo chiều thứ tư vũ trụ, bên cạnh khái niệm không gian chiều có trước Theo AFP, Einstein đoán vật chất uốn bẻ không thời gian thông qua lực hấp dẫn Một ví dụ phổ biến coi không thời gian bạt nhún, vật chất bóng đặt Các vật thể bề mặt bạt nhún thường có xu "rơi" phía trung tâm – tượng trưng cho lực hấp dẫn Khi khối vật chất tăng tốc, hai lỗ đen lao vào nhau, chúng tạo sóng dọc theo không thời gian uốn quanh xung quan chúng – hệt gợn sóng mặt hồ Các sóng di chuyển với tốc độ ánh sáng vũ trụ Kích cỡ khối vật chất lớn sóng mạnh dễ phát Sóng hấp dẫn không tương tác với vật chất nên chúng không bị cản trở di chuyển quanh vũ trụ Các sóng mạnh sản sinh từ xáo động mạnh vũ trụ - hai lỗ đen va chạm, khổng lồ phát nổ đời vũ trụ cách khoảng 13,8 tỷ năm +) Phát sóng hấp dẫn vấn đề quan trọng: Tìm chứng sóng hấp dẫn thức đưa chứng cho tiên đoán quan trọng thuyết tương đối Einstein, điều thay đổi cách nhìn nhận nhân loại không gian thời gian Phát sóng hấp dẫn mở chân trời thú vị cho thiên văn học, cho phép đo đạc sao, thiên hà hố đen từ xa dựa sóng mà chúng tạo Một mặt gián tiếp, đưa thêm chứng lỗ đen thực tế có tồn (các nhà khoa học chưa trực tiếp quan sát lỗ đen) Công bố chưa phát sóng hấp dẫn nguyên thủy (loại khó phát nhất) Nếu tìm sóng này, khẳng định học thuyết "sự giãn nở" hay mở rộng kích thước vũ trụ theo cấp số nhân Sóng nguyên thủy cho cộng hưởng khắp vũ trụ nay, dù yếu Phát sóng hấp dẫn cho thấy mức lượng cần thiết tượng giãn nở không gian vũ trụ xảy ra, làm sáng tỏ thêm vụ nổ Big Bang +) Tại sóng hấp dẫn khó phát hiện? Bản thân Einstein nghi ngờ nhân loại không phát sóng hấp dẫn kích thước chúng nhỏ Ví dụ gợn sóng từ hai lỗ đen nhập với quy mô tầm triệu km đến trái đất kích cỡ nguyên tử Gợn sóng từ cách xa hàng chục triệu năm ánh sáng biến chùm sáng dài km xuống kích cỡ proton Năm 1974, nhà khoa học phát quỹ đạo cặp neutron thiên hà trở nên nhỏ xoay quanh khối vật chất trung tâm Điều phù hợp với luận điểm lượng thông qua sóng hấp dẫn Phát trao giải Nobel Vật lý vào năm 1993 Các nhà khoa học cho phát sóng hấp dẫn trao giải Nobel Sau nhà vật lý người Mỹ Joseph Weber tạo máy dò dạng xi lanh nhôm vào năm 1960, hàng chục năm sau, phát minh khác đời kính thiên văn, vệ tinh chùm tia laser Kính thiên văn đặt trái đất không gian chuyên dùng để phát xạ vi sóng vũ trụ - ánh sáng sót lại từ vụ nổ Big Bang, để chứng minh sóng hấp dẫn bẻ cong làm kéo dãn không thời gian Năm 2014, nhà thiên văn Mỹ thông báo họ xác định sóng hấp dẫn qua kính thiên văn BICEP2 đặt Nam Cực Nhưng sau đó, họ thừa nhận họ nhầm lẫn +)Chúng ta nhìn thấy chúng cách nào? Sóng hấp dẫn chạy qua vật thể làm thay đổi hình dạng, kéo dài ép theo hướng sóng di chuyển, để lại dấu vết nhỏ Để xác định sóng hấp dẫn, nhóm nhà khoa học LIGO sử dụng hệ thống quang học hình chữ "L" Hệ thống gồm hai phần đặt bang Louisiana Washington Chúng có nhiệm vụ phát nếp sóng hấp dẫn thiết bị đo giao thoa laser Mỗi thiết bị dài km Các nhà khoa học chia ánh sáng laser thành hai chùm vuông góc với độ dài vài km Chùm laser sau phản chiếu qua lại liên lục kính trước trả điểm ban đầu Bất kỳ khác biệt chiều dài hai tia vuông góc cho thấy ảnh hưởng sóng hấp dẫn 2, Trình bày giải nobel gần Giải Nobel vật lý giải Nobel trao hàng năm cho nhà vật lý thiên văn có khám phá đóng góp trội lĩnh vực vật lý hàng năm Bối cảnh lịch sử giải nobel vật lý: Alfred Nobel viết di chúc cuối ông để dành tài sản lấy lãi hàng năm để lập nên giải Nobel (vật lý, hóa học, hay y học, văn học, hòa bình) cho "những ai, năm trước giải trao đó, đưa đến lợi ích cho người.", …Giải thưởng cho vật lý hóa học viện Hàn lâm Thụy Điển trao tặng Dù Nobel viết nhiều di chúc suốt đời ông, di chúc cuối viết gần năm trước ông qua đời, ký Câu lạc Na Uy-Thụy Điển Paris ngày 27 tháng 11 năm 1895 Nobel dành 94% tổng giá trị tài sản mình, 31 triệu krona Thụy Điển (tương đương 186 triệu USD thời điểm năm 2008), để thiết lập Giải Nobel Do mức độ hoài nghi quanh di chúc này, đến ngày 26 tháng năm 1897 Quốc hội Na Uy phê duyệt Giải thưởng Nobel Vật lí 2015 công nhận Takaaki Kajita người Nhật Bản, Arthur B McDonald người Canada, cho đóng góp chủ chốt họ cho thí nghiệm chứng minh neutrino thay đổi đặc trưng nhận dạng Sự biến đổi đòi hỏi neutrino có khối lượng Khám phá họ làm thay đổi nhận thức nguyên lí vận hành sâu xa vật chất đặt sở thiết yếu cho quan niệm vũ trụ Lúc chuyển giao thiên niên kỉ mới, Takaaki Kajita cho công bố khám phá ông neutrino đến từ khí biến đổi qua lại hai đặc trưng nhận dạng đường truyền chúng đến máy dò hạt Super-Kamiokande Nhật Bản Trong đó, nhóm nghiên cứu Canada Arthur B McDonald đứng đầu chứng minh neutrino đến từ mặt trời không biến đường truyền chúng đến Trái đất Thay vậy, chúng bị tóm bắt với đặc trưng nhận dạng khác truyền tới Đài thiên văn Neutrino Sudbury Bài toán neutrino khiến nhà vật lí đau đầu nhiều thập kỉ So với tính toán lí thuyết số lượng neutrino, có tới hai phần ba số lượng neutrino bị thất lạc phép đo tiến hành Trái đất Nay, hai thí nghiệm chứng minh neutrino biến đổi đặc trưng nhận dạng Khám phá đưa đến kết luận có sức lan tỏa neutrino, xem khối lượng quãng thời gian dài, phải có khối lượng đó, dù nhỏ Đối với ngành vật lí hạt khám phá mang tính lịch sử Mô hình Chuẩn nguyên lí vận hành sâu xa giới vật chất thành công, trụ vững qua thử thách thực nghiệm hai mươi năm trời Tuy nhiên, đòi hỏi neutrino không khối lượng, quan sát làm sáng tỏ Mô hình Chuẩn lí thuyết hoàn chỉnh thành phần cấu trúc vũ trụ Khám phá giành Giải thưởng Nobel Vật lí năm 2015 mang lại kiến thức sâu sắc thiết yếu để soi rọi giới tàng ẩn neutrino Sau photon, tức hạt ánh sáng, neutrino chiếm số lượng đông đảo toàn cõi vũ trụ Trái đất bị chúng oanh tạc liên tục Nhiều neutrino tạo phản ứng xạ vũ trụ khí Trái đất Những neutrino khác tạo phản ứng hạt nhân bên Mặt trời Hàng nghìn tỉ neutrino xuyên qua thể giây Khó có chặn đường chúng; neutrino hạt sơ cấp khó tóm bắt vũ trụ Ngày nay, thí nghiệm giới liên tục hoạt động ngày đêm bên lòng đất để bắt giữ neutrino khảo sát tính chất chúng Những khám phá bí ẩn sâu sắc chúng người ta trông đợi làm thay đổi nhận thức lịch sử, cấu trúc số phận tương lai vũ trụ * Neutrino gì, tính chất - Neutrino (ký hiệu ν) loại hạt (còn gọi “hạ nguyên tử”, thành phần bé nhỏ tạo thành vật chất) sản sinh phân rã phóng xạ hay va chạm hạt nhân nguyên tử hay hạt khác - Có ba loại khác neutrino với ký hiệu khác - νe, νμ ντ Mỗi loại hạt neutrino liên quan đến hình thành hay biến chúng với tham gia ba hạt tích điện - electron (e), muon (μ) hay tau (τ) - Neutrino không mang điện tích Nhưng điều quan trọng làm nên Giải Nobel Vật lý 2015 là: khối lượng neutrino nhỏ không hoàn toàn không *Neutrino từ đâu đến? - Phần lớn neutrino đến trái đất từ vũ trụ Chúng sinh vào khoảng 15 tỷ năm trước đây, sau vũ trụ đời Kể từ thời điểm đời, vũ trụ không ngừng mở rộng nguội mát dần số lượng neutrino khổng lồ tiếp tục di chuyển Về mặt lý thuyết, có nhiều neutrino tạo thành (hay phông) xạ vũ trụ với nhiệt độ 1,9 độ Kelvin (-271,2 độ C) - Ở trái đất, lượng “khủng” luôn đón nhận từ vũ trụ, neutrino “nội địa” sản sinh từ thiết bị hạt nhân máy gia tốc hạt, bom hạt nhân … - Ngoài ra, bão neutrino sinh trình sinh, va chạm, “cái chết” sao, đặc biệt vụ nổ siêu tân tinh *Một vài nét lịch sử liên quan Neutrino # 1931 - Một hạt giả thuyết dự đoán lý thuyết Wolfgang Pauli Dự đoán dựa thực tế lượng động lực bảo tồn tương ứng số phân rã phóng xạ Pauli cho phần lượng “mất tích” “cáng đáng” loại hạt hòa (không mang điện tích) thoát # 1934 - Enrico Fermi phát triển lý thuyết toàn diện phân rã phóng xạ, đưa vào loại hạt mà Pauli đưa vào giả thuyết trước Fermi đặt tên cho loại hạt neutrino (tiếng Ý: "một chút trung tính") Với có mặt neutrino, lý thuyết Fermi giải thích xác nhiều kết quan sát thực nghiệm # 1959 - Sự phát loại hạt phù hợp đặc điểm dự kiến neutrino công bố Clyde Cowan Fred Reines (là thành viên sáng lập Super-Kamiokande; giáo sư danh dự nhận giải Nobel 1995 vật lý) # 1962 - Các thí nghiệm phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven CERN (các phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân châu Âu) đưa kết phát đáng ngạc nhiên: loại hạt neutrino sinh gắn với có mặt hạt muon (muon) không hành xử giống trường hợp xuất hạt electron (e) Trên thực tế, loại thứ hai neutrino (neutrino muon) phát # 1978 - Các hạt tau (t) phát SLAC (Linear Accelerator Center Stanford), nước Mỹ Chúng nhận sớm rằng, phiên nặng hạt electron muon, đồng thời phân rã tỏ cân đối rõ ràng lượng động lựơng Pauli dùng để dự đoán tồn neutrino ντ năm 1931 Sự tồn neutrino thứ ba liên quan đến tau suy ra, neutrino chưa quan sát trực tiếp # 1985 - Một nhóm khoa học gia Nga lần xác định số lượng neutrino có khối lượng khác không Khối lượng vô nhỏ (ít khối lượng electron 10.000 lần), nỗ lực để tái tạo cách độc lập phép đo khác không thành công # 1987 - Kamiokande, máy đo tìm phân rã proton, hệ máy tính IMB phát vụ nổ đồng thời neutrino từ Supernova 1987A # 1988 – Một Kamiokande khác có khả tốt để phân biệt tương tác muon neutrino với tương tác electron neutrino, báo cáo họ quan sát thấy có khoảng 60% số lượng dự kiến tương tác muon neutrino # 1989 - Các thí nghiệm máy gia tốc Large Electron-Positron (LEP) CERN xác định thêm loại neutrino tồn ba loại biết # 1996 – Thiết bị thí nghiệm Super-Kamiokande bắt đầu hoạt động # 1997 - Super-Kamiokande báo cáo thâm hụt muon neutrino vũ trụ electron neutrino lượng mặt trời, với tỉ lệ tương đồng với phép đo thí nghiệm trước # 1998 - Sự phối hợp Super-Kamiokande thông báo chứng khối lượng neutrino khác không hội nghị Neutrino '98  ... giải nobel gần Giải Nobel vật lý giải Nobel trao hàng năm cho nhà vật lý thiên văn có khám phá đóng góp trội lĩnh vực vật lý hàng năm Bối cảnh lịch sử giải nobel vật lý: Alfred Nobel viết di chúc... khối vật chất trung tâm Điều phù hợp với luận điểm lượng thông qua sóng hấp dẫn Phát trao giải Nobel Vật lý vào năm 1993 Các nhà khoa học cho phát sóng hấp dẫn trao giải Nobel Sau nhà vật lý người... năm để lập nên giải Nobel (vật lý, hóa học, hay y học, văn học, hòa bình) cho "những ai, năm trước giải trao đó, đưa đến lợi ích cho người.", …Giải thưởng cho vật lý hóa học viện Hàn lâm Thụy