Máy gia tốc hạt

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

Bài Thực Hành Môn: Phương Pháp Nghiên Cứu Khoa Học

Mục lục

Mở đầu:……… 2

1 Lịch sử máy gia tốc hạt: 5

1.1) Định nghĩa máy gia tốc hạt: 5

1.2) Phân loại máy gia tốc hạt: 5

1.2.1) Máy gia tốc thẳng: 5

1.2.2) Máy gia tốc vòng: 5

1.3) Máy gia tốc hạt đầu tiên: 6

1.4) Một số máy gia tốc hiện nay:[] 7

2 Vai trò của máy gia tốc: 17

2.1) Tìm hạt cơ bản 17

2.1.1) Định nghĩa: 17

2.1.2) Tính chất: 17

2.1.3) Phân loại các hạt cơ bản: 19

2.1.4) Tương tác của các hạt sơ cấp: 23

2.2) Phản vật chất: 26

2.2.1) Lịch sử hình thành khái niệm phản vật chất: 26

2.3) Tìm hạt Higgs: 29

2.3.1) Ý tưởng cho sự tồn tại của hạt Higgs: 30

2.3.2) Manh mối tìm ra hạt Higgs: 33

2.4) Chứng minh thực nghiệm: 33

2.4.1) Tìm trạng thái lỗ đen lượng tử:[] 33

2.4.2) Vật chất tối: 34

3 MÁY GIA TỐC LHC: 34

3.1) Định nghĩa: 34

3.2) Giới thiệu chung: 35

3.3) Mục đích :[] 35

3.4) Thiết kế và vận hành: 38

3.5) Bộ phân tích: 41

3.5.1) ATLAS: 43

3.5.2) CMS: 43

3.5.3) ALICE: 44

3.5.4) LHCb: 44

3.5.5) TOTEM: 45

3.5.6) LHCf: 45

3.6) Quá trình hoạt động 46

3.7) Chi phí 47

3.8) Thông tin: 47

3.9) Sự an toàn của LHC:[] 48

3.10) Tìm hạt Higgs:[] 49

4 Tài liệu tham khảo: 52

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 khi vắng 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 tôn giáo 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 thể làm Song song với sự tiến bộ của khoa học là sự thoái trào của niềm tin tôn giáo trong lòng nhiều người, do đó những tranh luận về khoa học và tôn giáo càng thêm sôi nổi khi tôn giáo và khoa học cùng bước vào lĩnh vực siêu hình qua phát minh kỹ thuật của máy gia tốc hạt

Leonardo Vetra - môt nhà khoa học, lại là một linh mục cơ đốc giáo - muốn hợp nhất khoa học và tôn giáo để đưa ra lĩnh vực mới “ Vật lí mới” với công trình 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 nhất trong 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 các hạt 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 máy gia tốc kiểu Vi-do-ro-e ra đời từ năm 1930: cho chùm hạt mang điện đi qua một dãy nối tiếp các miền trong đó có điện trường, các hạt mang điện sẽ được tăng tốc nhờ điện trường Cuối cùng, các hạt mang điện có thể có năng lượng khoảng vài trăm MeV

Trong ngành vật lý nghiên cứu cấu trúc người ta thường dùng phối hợp máy gia tốc thẳng với máy gia tốc vòng một số máy gia tốc thẳng có thể kể đến law chiếc máy của Pháp, khánh thành năm 1958, và những thí nghiệm đầu tiên được tiến 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 các

trường của nam châm có dạng thích hợp để uốn cong quĩ đạo của hạt Còn để tăng 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 các đường xoáy ốc phẳng

•Kiểu synchrotron : trong các synchrotron, quĩ đạo của các hạt là đường tròn, muốn quĩ đạo của các hạt là đường tròn người ta phải dùng nhiều nam châm

có cảm ứng từ khác nhau và bố trí theo thứ tự cảm ứng từ tăng dần Mỗi khi hạt được tăng tốc thì cảm ứng từ của từ trường phải tăng tương ứng để giữ cho 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 hạt tích điện dùng tần số cao Một từ trường thẳng đứng gây ra cho hạt theo hình xoắn ốc trong một đường tròn để chúng được gia tốc nhiều lần

Và Ernest Lawrence, của Đại học California, Berkeley, được công nhận với cái 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 số cao cung cấp cho điện cực “D”( hình chữ D) hút và đẩy những hạt điện tích nằm ở trung tâm của từ trường, các hạt này được gia tốc khi vượt xuyên qua khe giữa hai cực.Từ trường thẳng đứng cùng với lực hút giữa nguyên tử với nguyên 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 gia tốc

và sẽ tăng khối lượng khi mà chúng tiến dần đến năng lượng ánh sáng.Cả hai 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 điện của electron hoặc ion, phun thẳng đến một từ trường, những thí nghiệm một lực thẳng Những hạt điện tích chuyển động tự do trong chân không, vì vậy những 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 chân không.Những vật chất khác có thể được dùng làm mục tiêu, và sự va chạm sẽ tạo 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 tính khác nhau, như là khoảng cách giữa các nguyên tử và những sản phẩm va chạm khác

Mục đích của Cyclotron

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

Cyclotron có thể được dùng để xem xét ung thư Chùm ion từ Cyclotron có thể 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 hạt đồng vị

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

Máy gia

Năm hoạt động

1.2 MeV

Khám phá và

tương tác của hạt Deuteron

cyclotron UC Berkeley

1939-1941 Tròn Deuteron

16 MeV

Khám phá ra các chất đồng vị

Nghiên cứu sự tách biệt trên đồng vị urani

Used to separate isotopes 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

Động năng

Thành quả

Cosmotron

Phòng thí nghiệm quốc

on, antineutro

1993

~1970-Đường thẳng

Các hạt nhân đủ vững chắc

Quan sát

sự nén của hạt nhân, tia ion tác dụng lên

December 1949-present

12.5 GeV

Proton

present

J/

Ψ , muon

neutrino,

CP sự vi phạm trong

kaons

SLAC Linac

Stanford LinearAccelerator center

present

1966-máy gia tốc thẳng 3 km

Electron/

150 GeV

Fermilab

Main Ring Fermilab 1970-1995

Circular Synchrotron

Protons and antiprotons

400 GeV (until 1979),

150 GeV thereafter

Super Proton

present Tròn

1980-Protons and ions 480 GeV

CEBAF

Thomas Jefferson với máy gia tốc quốc gia

Newport News, VA

present

1984-Electrons phân cực

s Institut der Universität

present

1987-synchrotron electrons 3.5 GeV

ISIS neutron

source

Rutherford Appleton Laboratory, Didcot, Oxon

present H- Linac Protons 800 MeV

1984-Năng lượng cao khi tia proton được vận hành

Germany

855 MeV accelerator

Electrons phân cực

1978-present

Superconducting Circular Synchrotron

2006 - Present

Thẳng (335 m) và tròn (248 m)

Protons

800 MeV -

Hình dạng

và chu vi

Năng lượng electron

Năng lượng Positron

Thí nghiệm Khám phá

công nhận

hưởng e+e- (1964)

1962-2 vòng tròn, 12 m 300 MeV

300 MeV

Sản xuất cặp e+e-

1964-2 vòng tròn, 2.7 m 130 MeV

130 MeV

số lượng e+e- trong hiệu ứng phát xạ QED

1965-Tròn, 17.88

700 MeV

OLYA, ND, CMD;

SND, CMD-2

e+e- -> π (1966), e+e- -> γ (1971)

Mark III

II

Aleph,

Delphi,

Opal, L3

Tương tác yếu,

First observation

of B decay, charmless and

"radiative penguin" B decays

University

2008

CHESS, CLEO-c

1998-2008

Tròn , 2.2 km

meson

2008

1999-?

Tròn , 3km 8.0 GeV 3.5

CP vi phạm trong cấu trúc B meson

Beijing Spectromete

Beijing Spectromete

Hạt va chạm

Năng lượng của tia

Những thí nghiệm

1984

1971-Vòng tròn (948 m)

Proton/

Proton

31.5 GeV

1992-Vòng tròn (6.3km )

Proton/

Antiproton

900 GeV CDF, D0

Tevatron

present

2001-Vòng tròn (6.3 km)

Proton/

Antiproton

980 GeV CDF, D0

Polarized Proton/

Proton

100 đến

250 GeV

2008-Vòng tròn (27 km)

Dạng và kích thước

Năng lượng electron

Năng lượng proton

Thí nghiệm

HERA DESY

1992(-2007)

Vòng tròn(6336 m) 27.5 GeV 920 GeV

Hình dạng và kích thước

Ion được dùng

Năng lượng ion

Cuộc thử nghiệm

Relativistic

Heavy Ion

Collider

Brookhaven National Laboratory, New York

2000- 3.8 km

Au-Au; Cu; d-Au;

Cu-polarized pp

0.1 TeV per

nucleon

STAR, PHENIX, Brahms, Phobos

Pb-pb

2.76 TeV

per nucleon

ALICE

2 Vai trò của máy gia tốc:

2.1) Tìm hạt cơ bản

2.1.1) Định nghĩa:

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…

2.1.2.1 Khối lượng nghỉ:

Khối lượng nghỉ hay khối lượng tĩnh của một vật là khối lượng của vật xét trong một hệ quy chiếu mà theo hệ đó, vật là đứng yên Đại đa số vật chất, trừ phôtôn 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 của chúng dao động từ 10-6 đến 10-24 giây Một số ít hạt cơ bản được gọi là bền, có thời 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 và nơtrinô

ν Một số hạt khác mang điện tích âm hoặc dương, với trị số tuyệt đối đều bằng 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 là một hiện tượng của cơ học lượng tử thuần túy, không cùng với những sự tương đồng 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 có spin 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, đồng thời, 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

• 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 hạt riêng Fermion là hạt cơ bản cấu thành nên vật chất Chúng được phân loại 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 Điều này

loại trừ Pauli - không có hai fermion nào có thể cùng chiếm một trạng thái cơ lượng 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 các cấu tạo của vật chất

Các quark:

Các quark tương tác với nhau bởi lực màu (color force), mỗi quark đều có phản hạt

và tồn tại ở 6 hương

Hệ Tên/Hương Điện tích Khối lượng (MeV) Phản quark

Cấu trúc quark của proton

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 gấp đôi khối lượng của proton

Lepton là hạt có spin bán nguyên, ½, và không tham gia trong tương tác mạnh Lepton hình thành một nhóm hạt cơ bản phân biệt với các nhóm gauge boson 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 các lepton điện tích đều có điện tích là -1 hoặc + 1 (phụ thuộc vào việc chúng là hạt hay phản hạt) và tất cả các neutrino cùng phản neutrino đều có điện tích trung hòa 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)

0 <0,000003

Muon / Phản

muon

−1 / +1

neutrino /

0 <0,19

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 bởi các 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 lực tương 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 thuyết điện 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 và squark)

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 của tương 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 nhân của 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 điện tích màu, ở một trong 3 dạng "đỏ", "xanh lam" hoặc "xanh lơ" Đó chỉ là những tên, hoàn toàn không liên hệ gì với màu thực tế Đối quark là các hạt như "đối đỏ", "đối xanh lam", "đối xanh lơ" Cùng màu đẩy nhau, trái màu hút nhau Lực hút giữa hạt màu và hạt đối màu của nó là rất mạnh Các hạt chỉ tồn tại nếu như tổng 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 hạt meson)

Lực tương tác mạnh xảy ra giữa hai quark là nhờ một hạt trao đổi có tên là gluon Nguyên lý hoạt động của hạt gluon có thể hiểu như trái bòng bàn, và hai quark là hai vận động viên Hai hạt quark càng ra xa thì lực tương tác giữa chúng càng lớn, nhưng khi chúng gần xát nhau, thì lực tương tác này bằng 0 Có 8 loại gluon khác nhau, mỗi loại mang một màu điện tích và một đối màu điện tích (có 3

Mỗi một cặp tương tác của quark, chúng luôn luôn thay đổi màu, nhưng tổng màu điện tích của chúng được bảo toàn Nếu một quark đỏ bị hút bởi một quark xanh lam trong một baryon, một gluon mang đối xanh lam và đỏ được giải phóng

từ quark đỏ và hấp thụ bởi quark xanh lam, và kết quả, quark đầu tiên chuyển sang quark xanh lam và quark thứ hai chuyển sang quark đỏ (tổng màu điện tích vẫn là xanh lam + đỏ) Nếu một quark xanh lơ và một đối xanh lơ quark tuơng 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, và kết quả, quark xanh lơ chuyển sang màu đỏ và đối xanh lơ đối quark chuyển sang màu đỏ (tổng màu điện tích vẫn là 0) Hai quark xanh lam đẩy nhau và trao đổi một gluon mang điện tích màu xanh lam và đối xanh lam, các quark vẫn dữ nguyên 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 điện trường 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 lý thuyết điện từ và lý thuyết tương đối, từ trường và điện trường được thống nhất thành 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 duy nhất

Việc thống nhất lực điện và lực từ thành một loại lực điện từ cũng phù hợp với quan điểm của lý thuyết điện động lực học lượng tử Theo lý thuyết này, lực điện 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 tương tác là vector W boson và Z boson

Lực tương tác yếu xảy ra ở một biên độ rất ngắn, bởi vì khối lượng của những hạt W boson và Z boson vào khoảng 80 GeV, nguyên lý bất định bức chế chúng trong một khoảng không là 10 − 18 m, kích thước này chỉ nhỏ bằng 0,1% so với đường kính của proton Trong điều kiện bình thường [cần dẫn nguồn], các hiệu ứng của 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 và hiệu xuất thấp, nhưng lực tương tác yếu lại có một vai trò quan trọng trong việc hợp 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 chuẩn được 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 các lực

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 lên

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 làm chúng rơi xuống đất Lực hấp dẫn cũng giúp gắn kết các vật chất để hình thành Trái Đất, Mặt Trời và các thiên thể khác; nếu không có nó các vật thể sẽ không thể 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 của chúng quanh Mặt Trời, Mặt Trăng trên quỹ đạo quanh Trái Đất, sự hình thành thủy 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 cơ bản như phản hạt electron, phản hạt nơtron,… Theo lý thuyết, nếu phản vật chất gặp vật chất thì sẽ nổ tung

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

2.2.1.1 Giả thiết tưởng tượng:

Phản vật chất bắt đầu từ trí tưởng tượng của con người ở những năm 1930 Những người hâm mộ của bộ phim khoa học giả tưởng nổi tiếng Star Trek ("Đường đến các vì sao"), đã biết đến một loại phản vật chất được sử dụng giống như nhiên liệu với năng lượng cao để đẩy những chiếc tàu không gian đi nhanh hơn cả vận tốc ánh sáng Loại phi thuyền không gian này dường như không thể thiết kế được, nhưng các nhà lý thuyết đã có khả năng biến dạng nhiên liệu tưởng tượng ấy thành hiện thực Ý tưởng trong truyện tiểu thuyết đã trở thành hiện thực bằng việc khám phá ra sự tồn tại của phản vật chất, ở những thiên hà khoảng cách

xa và ở thời nguyên sinh của vũ trụ