Vật lý đại cương dùng cho các trường đại học khối kỹ thuật công nghiệp tập 3, phần 1, quang học vật lí nguyên tử và hạt nhân

L Ư Ơ N G D U Y Ê N B ÌN H (Chủ biên) VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG DÙNG CHO CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHỐI KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP TẬP BA, PHẦN MỘT 530.071 LU-B(3.1) 2012 NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM ■ ■ LƯƠNG DUYÊN BÌNH (Chủ biên) NGÔ PHU AN - LÊ BÃNG SƯƠNG - NGUYẺN HỮU TẢNG VẠT LI ĐẠI CƯƠNG DÙNG CHO CÁC TRƯỜNG Đ A I HỌC K H Ố I K ĩ T H U Ậ T CÔNG NGHIỆP TẬP BA - PHẦN MỘT * QUANG HỌC * VẬT LÍ NGUYÊN TỬ VÀ HẠT NHẢN (Tái lần th ứ mười tám) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DUC VIÊT NAM A - QUANG HỌC Quang học mồn học nghiên cứu ánh sáng Trước công nguyên m ột số nhà triết học cổ Hy Lạp cho rằng, nhìn thấy vật từ mắt ta phát "tia nhìn” đến đặp lên vật Tuy nhiên có sơ triết gia khác cho ánh sáng xuất phát từ vật phát sáng Vào cuối kỉ XVII Niutơn (Newton) dựa vào tính chất truyền thẳng ánh sáng đưa thuyết hạt ánh sáng Theo Niutơn ánh sáng dòng hạt bay từ vật phát sáng theo đường thẳng Cùng thời gian Huyghen (Huygens) lại đưa thuyết sóng ánh sáng Theo ông, ánh sáng truyền dao động đàn hồi môi trường gọi "ête vũ trụ” Do uy tín khoa học Niutơn nên kí XVIII thời kì thống trị thuyết hạt ánh sáng Tuy nhiên vào đầu kỉ XIX sở giả thuyết sóng ánh sáng, Frenen (Fresnel) giải thích đầy đủ tượng quang học biết thời Kết thuyết sóng người cơng nhận thuyết hạt bị lãng quên Sau thuyết điện từ Macxoeiì (Maxwell) đời (1864) người ta đa chứng minh ánh sáng sóng điện tìr có bước sóng từ 0,4|xm đến 0,75(im Vào cuối kí XIX đầu kỉ XX hàng loạt kiện thực nghiệm chứng tỏ vật phát xạ hay hấp thụ ánh sáng theo lượng gián đoạn mà độ lớn chúng phụ thuộc vào tần số ánh sáng Điều lại dẫn đến khái niệm hạt ánh sáng : ánh sáng gồm dịng hạt gọi ohơtịn Sự phát triển vật lí sau chứng lị ánh sấr.g vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt Trong số tượng giao thoa, nhiễu xạ, phân cực, ánh sáng thể tính chất sóng ; số tượng khác hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Comtơn (Compton), ánh sáng lại thể tính chất hạt Trong phần giáo trình nghiên cứu tượng quang học - nhằm hiểu rõ chất ánh sáng, đồng thời giáo trình cung cấp kiến thức cần thiết vể việc ứng dụng định luật quang học kĩ thuật đời sống Chương Cơ Sỏ CỦA QUANG HÌNH HỌC CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG Trong thực tế có nhiều tượng quang học, đặc biệt hoạt động dụng cụ quang học nghiên cứu xuất phát từ khái niệm tia sáng Phần quang học dựa khái niệm gọi quang hình học Dựa vào định luật tia sáng, quang hình học giúp nghiên cứu tạo thành ảnh dụng cụ quang học cách đơn giản § 1 C Á C Đ Ị N H L U Ậ T c B Ả N C Ủ A Q U A N G H ÌN H H Ọ C Quang hình học dựa-trên bốn định luật sau : Định luật truyền thẳng ánh sáng Định luật phát biểu sau : Trong mơi trường suốt đồnq tính đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thẳng Khi nghiên cứu tượng nniẻii xa ía thấy định luật náy có gioi iian ưng dung cua no LC ánh sáiì£ truyền qua nhữnơ iổ thậĩ nho noặc gập niuíng chương ngai vật Kích 111ước nhỏ vào cỡ bước sóng ánh sanẹ định luật kiiỏns cịn diíng Định luáí vé tác d ụ n g ớộc ỉặp tia sáng Định luật phất biểu : Túc (¡uno chùm sáĩiạ khác dộc lập với n h a u , ỉiqììĩa lủ tác cìunq chùm sáng klìơmỊ phụ thuộc vào có mạt hay khơn chùm sủng khác Hai đ ịn h lu ậ t c ủ a Đ ècac (Descartes) Thực nghiệm xác nhận tia sáng OI tới mặt phân cách hai mơi trường suốt, đồng tính đẳng hướng tia sáng bị tách thành hai tỉa : tia phản xạ IRị tia khúc xạ //?9 (h.1-1) Chúng tuần theo hai định luật sau : a) Định ìuậỉ Đ êcac thứ : Tia phản x nằm mặt phẳng tới (tức lủ m ặt phẳng chứa tia tới pháp tuyến IN ) góc tới góc phản xọ (1 - ) b) Định luật Đêcac í/ì ứ hai Tia khúc xụ nằm trỡfii> mút phẳìiạ í ới í! sơ sin iỊĨc tới sin ỈỊÓC khúc xạ s ố khô nạ dối o ỊN R sin 19 n ?ịlà số không đổi phụ thuộc vào chất hai môi trường gọi chiết suất tỉ đối cùa môi trường môi trường I N'! \ r H.1-1 Định luật phản xạ đinh !uât khúc xa Nếu n 2] > i < i|, tia khúc xạ gập lại gẩn pháp tuyến mỏi trường gọi chiết quang môi trường Ngược lại n Ị < ¡9 > ij , tia khúc xạ lệ c h xa pháp tu yến m ỏi trườAg chiết quang mơi trường c) Chiết suất tỉ đói chiết suất tuyệt đôi : Nếu gọi Uị ƯỊ vận tốc ánh sáng môi trường thực nghiệm chứng tỏ : n21 = — Với : (1 -3 ) v2 nước - khơng k h í : n9Ị = 1,33, thuỷ tinh - khơng k h í : n 2Ị = 1,52 Ngồi chiết suất tỉ đối, người ta cịn định nghĩa chiết suất tuyệt đối mồi trường Theo định nghĩa chiết suất tuyệt đối môi trường chiết suất tỉ đối m trường chân không Nếu gọi Ư vận tốc ánh sáng mồi trường, c vận tốc ánh sáng chân không n chiết suất tuyệt đối mơi trường vào ( - ) ta có : n = — (1-4) V Đối với khồng khí V ~ c nên n = So sánh với kết thu nghiên cứu vận tốc truyền sóng điện từ, ta thấy : n = yỊẼịÃ, E )H số điện môi độ từ thẩm cùa mơi trường Ta tìm liên hệ chiết suất tỉ đối hai suất tuyệt đối chúng Từ ( - ) viết : n 21 V] c c =— = —: v2 Nếu môi trường thứ v Vj n2 — = -f- ( 1- : ) n, khơng khí riị = n 2i ~ n2 Do coi chiết suất tuyệt đối suất tỉ đổi mơi trường khơng khí môi tnrờng chiết môi trường chiết I (I) Dan\> đối xứm> n ia di n 11 ỉ uột Đệcac : Từ ( - ) (1 - ) viết : siniị n2 - = n 9j = — sin lo IÌỊ nị sin i] = sin ¡2 - ( 1~ ) Đó dạng đối xứng định luật Đêcac ả) Hiện tượng phản x toàn phần - Xét hai môi trường Nếu n 9Ị > ¡7 < \ị tia tới cho tia khúc xạ, ví dụ trường hợp ánh sáng từ khơnơ khí vào nước (h l-2 a ) Nếu ĩIọị < iọ > iịvà khồng phải tia tới cho tia khúc xạ Vì góc khúc xạ ¡9 < — đó, tia tới mà góc tới ij ứng 71 với góc khúc xa iọ < — cho tia khúc xa Gọi iỊmax góc tới Tí ứng với góc khúc xạ băng —, vào định luật khúc xạ ta có : s i n i lmax = n21- i]max tồn ánh sáng bị phản xạ khơng cịn tia khúc xạ nứa Lúc ta có tượng phản xạ tồn phần (h l - b ) Vậy muốn xảy tượng phản xạ tồn phần o a) b) H.1-2 Hiặn tượng phản xạ toàn phần ánh sáng phải truyền từ mồi trườnÇ có chiết suất lớn sang mơi trường có chiết suất bé, đồng thời góc tới phải lớn i ịmax ; iị nii> gọi góc tới giới hạn Ví dụ trons trường hợp ánn sáng tru v ê ­ tir nước 'khơng khí i | nrx = 49° Hiện tượng khúc xạ phản xạ toàn phần có nhiiều ứng dựng thực tế p / Trong thiên văn học xác định vị trí cần phải xét đến khúc xạ ánh sáng àn phần íh i - ) Nhờ uốn conc ciia tia sáng nên so vật Ư khuất Xíỉ đường chân trời Ììhm tlìấv gan người quan sái hơ*í Hiện tượns; phán xạ tồn phần ứnơ dụng; để đói chiều tia sáng dụng cụ quang học Chiết suất nhiều loại thuỷ tinh vào cỡ 1,5 Vì góc tới giới hạn biên giới thuỷ tinh khơng khí cỡ 42° góc tới 45° luồn luỏn xảy tượng phản xạ toàn phần Hình 1-5 biểu diễn lãng kính phán xạ toàn phần Trong trường họp a) ảnh phương truyền ánh sáng bị quay góc 90° phản xạ tồn phần mặt đáy lăng kính Trong trường hợp b) ảnh phương truyền ánh sáng bị đổi chiều hai lần phản xạ toàn Ị h ầ n hai mặt bên lăng kính B B \ \ A A Ạ' « \ B’ A’ a) B' / 1ỉ ] / b) c) H.1-5 Các làng kính phản xạ tồn phần Trong trường hợp b) ảnh phương truyền ánh sáng bị đổi chiều hai lần phản xạ toàn phần hai mặt bên lăng kính Trong trường hợp c) ảnh bị đổi chiều phản xạ tồn phần mặt đáy lãng kính chiếu truyền ánh sáng lại khơng đổi Hình 1-6 biểu diễn sơ đồ loại ống nhòm dùng quan sát vật bị che khuất, nguyên tắc dùng hai gương phẳng đặt nghiêng 45° để thay làng kính phản xạ tồn phần H.1-6 Ơng nhịm quan sát vật bị che khuất Tuy nhiên phản xạ từ gương kim ióại phần ánh sáng xuyên vào kim loại bị hấp thụ irong Khi dùng lăng kính phản xạ tồn phần mát khơng xảy Ngày tượng phản xạ tồn phần cịn ứng dụng cáp sợi quang § 1.2 N H Ữ N G P H Á T B l Ể U T Ư Ơ N G Đ Ư Ơ N G C Ủ A Đ ỊN H LUẬT Đ Ê C A C Q u an g lộ Xét hai điểm A, B mơi trường đồng tính chiết suất n, cách m ộ t đoạn d ( h l - a ) Thời gian ánh sáng từ A đến, B : t =- ( 1- ) V V vận tốc ánh sáng môi trường Người ta định nghĩa : quang lộ hai điểm A, B đoạn đường ánh sáng truyền chân không khoảng thời gian í, t khoảng thời gian m ánh sáng đoạn đường AB m ôi trường Gọi L !à quang lộ hai điểm A, B ta có L = ct (1 -9 ) Thay t từ ( - ) vào ( - ) biết chiết suất mồi trường _ — c *ta rút : n = V L = nd Nếu ánh sáng truyền qua nhiều mơi trường chiết (1 -1 ) suất Iì|, « * 113, , với quãng đường d j, d2, ¿3, ( h l - b), quang lộ tổng cộng : L = ĩIịcIị 4- n d + n CỈ3 + = Sriịdị N ếu (1-11) ánh sáng mồi trường mà chiết suất thay đổi liên tục từ điểm đến điểm khác ( h l - c ) ta chia đoạn đường thành 10 Ví dụ : p —> n + e+ + v e ; 71+ —> |J.+ + V | ị ; n —> p + e + ve ; 71 -> ịi I + v^ Do người ta phân hai loại họ leptôn : leptôn electrón (e, ve) leptơn m êdơn |i (|i, v^) Một điều đặc biệt phản ứng biến đổi sinh cặp leptôn họ leptồn lại xuất leptơn khác họ Ví dụ : K+ ụ n+ + ; -> e + ve + Vjt- Để mồ tả tính chất cùa leptơn người ta đưa số ỉượng tử gọi s ố leptôn ì Các leptơn e , ịi , v e, có / = Đối hạt có số leptơn ngược dấu so với hạt Các q trình giải thích định luật gọi định luật bảo toàn s ố leptơn (electrón hay mẽdơn |i) : q trình biến đổi, tổng (đại số) sơ ỉeptơn hệ bảo tồn c) Mêdơn : hạt trung bình có khối lượng khoảng 200 900 lần khối lượng electrón Có hai nhóm mêdơn mêdơn 7t(7i+, 71°, n ) mêdôn K (K+, K°) cl) Bariôn : Các hạt nặng có khối lượng hay lớn khối lượng prơtơn Có hai nhóm bariồn : nuclơn (p, n) hypêrôn (A, z , E) Năm 1964 người ta tìm hypêrỏn ơmêga (Q ), khối lượng (3278 ± )me Các mêdôn 71, K bariơn có tên chung ađrơỉì C ô n g th ứ c G e llm a n N ishijim a Đối với ađrôn, Gellman - Nishijima đưa còng thức sau đây, liên hệ điện tích Q, hình chiếu spin vị Iz, số lạ s số bariôn B hạt : 234 B+s Q = I/ + , (9-10) (ớ c úy Q sỏ diện tích hạt tính theo đơn vị e) Ví dụ prỏt '11 : r* _- — 1+ _ ! Q I -—ỉ ; ? đối i n trô n : q - ^ = = lỏi với ômêga (Q ) : Q = Q~+ - + — = -1 trang 234, có bảng liệt kê số hạt sơ cấp với kí hiệu, điện tích, khối lượng, thời gian sống, spin, spin vị, hình chiếu spin vị phản ứng phân rã chúng §9.3 TƯ ƠN G T Á C C Ủ A C Á C H Ạ T s CẤP Các hạt sơ cấp luôn biến đổi ; số trình biến đổi kể : q trình tán xạ hạt lên hạt khác, trình sinh hạt, q trình huỷ hạt, Nói chung hạt sơ cấp có tương tác Ngày người ta biết có bốn loại tương tác hạt sơ cấp : Tương tác mạnh tương tác ađrơn trừ cốc q trình phân rã chúng Ví dụ tương tác nuclơn (quá trình lukaoa) l o i tương tác mạnh : _+ p + n —ì>n + n + n —>n+ p ; n + p —> p + 71 + p —>p + n ; n + n —> n + 71 + n —>n + n ; p + p —> p + n° + p —> p + p 235 Ví dụ khác : 71 + p -> K° + A° ; K ° + p —> 7Ĩ+ + A° Tương tác điện từ tương tác phôtồn hạt mang diện Ví dụ : e + + e —> ỵ ; (huỷ cặp) n —> y Y + hạt nhân —> e+ + e ; 7t+ + 71 (sinh cặp) —» ỵ ; Y + e —> e (quang điện) Nói chung hạt tương tác với đối hạt cho hai phôtỏn T n g tác yếu bao gồm q trình phân rã ađrơn, hấp thụ mêdơn ịX chất q trình có nơtrinơ Ví dụ : p “ > n + e+ + v e ; (phân rã ß +) n —> p + e + v e ; (phân rã ß ) -> 71~ —> ; + vy T n g tá c h ấ p d ẫn tương tác phổ biến vật có khối lư ợ n g K h i k h ả o sá t c c hạt s c ấ p n g i ta t h n g b ỏ q u a t n g tá c n h ỏ qu k h ô n g đ án g kể N ế u s o s n h đ ộ m n h t n g đ ố i g i ữ a l o i t n g tá c tr ê n , ta c ó bảng sau : Loại tương tác Độ mạnh (quy ước) 236 Mạnh Điện lừ Yếu 1/137 i c f 14 Hấp dẫn 10 -^9 B ảng h t sơ cấp đ ã biết Hình Điện Spin chiếu Spin tích spin s v ị l đồng Q/e Khơi lượng Loại hạt Hạt Kí hiệu vị l Tính P hơtón Phơtồn Nơtrinơ electron Leptỏn Electron Nơtrinơmêdỏn ịi Mê d ỏn Y me ve 0 0 1/2 c ỉ 0,511 -1 1/2 V|1 0 1/2 206,7 105,659 -1 1/2 Tí 264,2 135,01 0 + 71 273 139,60 +1 966,5 493,8 +1 K° 965 498,0 p 1836,1 n o A [X Mêd ôn 71 Mêdỏn M êd ôn K Nuclơn Hypêrơn lamđa Bariốn Hypêrón sicma Hypèrỏn ksi Hypêrỏn ơmêga Tính MeV o 11 +1 1/2 + 1/2 0 1/2 - 1/2 938,256 +1 1/2 1/2 + 1/2 1838,6 939,550 1/2 1/2 - 1/2 2182 1115,40 1/2 f\ V 2325 1189,41 +1 1/2 +1 ỵ° 2324 1192,4 1/2 y 2341 1197,08 -1 1/2 -1 2571,4 1314,3 1/2 1/2 + 1/2 258 1320,8 -1 1/2 1/2 - 1/2 3278 1675 -1 3/2 0 K + „o Q~ ’ 237 Số b a riô n Số lạ s Số leptơn Thịi ỉiian sốnii trung bình (s) Phàn hạt D ạng phán I'S co bân T rùng với hat e ,2.10 1,8.10 -6 -16 +1 T rùng K~ ,5 0 ỊA -> e + + v e + ,2 ' K° —> Y + Ỵ 7l + —> + V ị^ K~ |i + + V (6 % ) 71+ + 71 (21,5% ) n + + K + + 1Í~ (5 ,6 % ) +1 K k; ,9 71+ + 71 K'x -+ (6 ,4 % ) 71° + 71° (30,6% ) -10 7t° + 71° + 71° (27,1% ) k: ,6 71+ + K~ + 71° (12,7% ) K ° -> -3 71~ + | i + + (2 ,6 % ) K~ + e + + V (3 ,6 % ) +1 +1 1.01 103 ĩĩ n —> p + e +1 -1 , " '° ð A° -> « ĩ+ I + -> < +1 p ,7 8 -10 + Ve p + ĩl~ (07,7% ) n + 7ĩ° (31,6% ) p + 7Ĩ° (51%) n + ĨC+ (49%) +1 A ° < - '4 1° I ĩ “ X —» n + +1 -1 1,58.10” '° +1 -2 ,6 “ '° +1 -2 ,7 ” 10 +1 -3 , l t f 10 r -> A *° —> A —“ i ¿r + Y n + »0 — > A + K E° + E~ 238 _0 n + 71° Cấc tươns; tấc bán chà! khác nhau, nhirns tuân theo sỏ qu\ 1IKK c h illis ;, độc b iệ t đ ịn h lu ặ t báo to n Các trìn h ĩ Ươn g tác tuân theo định iuật bảo toàn sau : a ) Báo toàn nầns; 1ươn £ : b) Bảo tồn động lượng ; c) Bảo tồn mơmen động lượng (kể mơmen spin) ; d) Bảo rồn điện tích ; e) Bảo tồn số bariơn ; g) Bảo tồn số leptơn electron ; h) Bảo tồn số leptơn mêdơn Ngồi có định luật bảo tồn số loại tương tác Ví dụ : tương tác mạnh có định luật bảo toàn số lạ s, bảo toàn spin đồng vị I bảo tồn hình chiếu spin đồng vị Iz ; tương tác điện từ có định luật bảo tồn số lạ s bảo tồn hình chiếu spin dồng vị Iz ; tương tác yếu có hạt lạ tham gia, số lạ hình chiếu spin đồng vị biến đổi theo quy tắc lựa chọn : AS = ± ; AI z = + ~ (9 -1 ) Ví dụ xét q trình tương tác yếu có hạt lạ tham gia sau : K+ -^ịi+ +vụ (AS - - ) , ' V H- —> A° + Tt~ (AS = 4-1), ' 1N ai7 = + L?J 1N AL = - - y Cịn q trình tirơng tác yếu có leptơn tham gia khơng tuân theo hai định luật bảo toàn số iạ, báo lồn spin đồng vị chúng k hơng có sơ lạ spin vị Ngồi cịn có định luật bảo toàn khác định luật bảo tồn chẵn lẻ v.v mà ta khơng nói tới Hiện phát khoảng 300 hạt sơ cấp (xem bảng hạt sơ cấp trang 234) có hàng trăm hạt sinh tương tác mạnh Những hạt có tính chất đặc biệt, thời gian sống cực ngắn vào cỡ thời gian hạt nhân ( s) ; khối lượng chúng khơng có giá trị xác định Người ta gọi hạt cộng hưởng Thành thử số hạt sơ cấp phát ngày nhiều Chúng sinh, huỷ biến đổi tương hỗ Trong trình biến đổi, hạt sơ cấp tuân theo định luật bảo toàn tuyệt đối : lượng, xung lượng, spin, điện tích Tuỳ th tính chất hạt tương tác, trình biến đổi hạt sơ cấp tuân theo số định luật định luật bảo toàn khác định luật bảo toàn s ố leptôn êlectrôn, số leptỏn mêdôn, số bariôn, số lạ, spin đồng vị, chẵn lẻ §9.4 C Á C H Ạ T Q U A R K Vì số hạt sơ cấp phát ngày nhiều nên từ lâu nhà vật lí đặt vấn đề tìm hiểu xem liệu hạt sơ cấp có cấu tạo số hạt khác "cơ bản': ? Câu trả lời : Điều hoàn toàn phù hợp với quan điểm chủ nghĩa vật biện chứng : trình sâu tìm hiểu cấu tạo bên vật chất, coi đối tượng vật chất đối tượng vật chất khác '’viên gạch" cuối cấu tạo nên chất Ngay từ năm 1963 - 1964 Gelman - ZWeig giả thuyết hạt ađrôn cấu tạo ba hạt "cơ bản” gọi chung hạt quark tên cụ thể u, d s (các phản hạt chúng lán lượt ũ, d và"s) Các hat quark có spin J = — đầc biệt chúng có điện tích phân số điện tích nguyên tố e ; 240 I Báim sau dây cho biết "iấ trị CLÌa spin ), diện tích Q (tính theo đơn vị bầnu e) sỏ hariòn B sỏ lạ s ba hạt quark u, d, s với đ ố i hat c u a chim" Quark J Q B s u (i s ũ 't 1 -> 3 1 3 ii -*> 1 Ị S ỉ cì ■ -ỉ 0 Cấu tạ o quark số ađrơn tóm tắt bảng sau : B s Q uss ; clss [ -2 ; -1 /\ uds -1 I + ;1° :V uus ; uds ; cỉds -1 +1 ; ;-1 p :n uud ; udd 1 ;0 K" ; K° ĩĩs ; ds V tổ hợp củi\ -1 -1 ; ũu, dd, s's 0 lid ; ũd 0 ;-1 u"s ; els’ 1; Càu tạo H ạt o I + 71 o & + u 16 VIĐCT3-P1 Giả thuyết cấu tạo quark adrơn giải thích nhiều kết phù hợp với thực nghiệin ; đặc biệt tiên đốn tổn hạt ữ ~ ; hạt thực nghiệm tìm sau năm với đặc trưng vật lí phù hợp với tính tốn lí thuyết N ã m 1969 xuất giả thuyết cho phải tổn hạt quark thứ tư, kí hiệu c : hạt m ang tính chất vật lí đặc trưng số lượng tử gọi số "duyên" c (charm) H t quark c J Q B s c 1 3 -1 C 2 3 Giả thuyết hạt quark c giải thích phát số hạt sơ cấp, đặc biệt ađrồn siêu nặng tìm năm 1975 : hạt ụ J/\ị/, chúng có cấu tạo quark CC Năm 1977 lại xuất giả thuyết cho phải tồn hạt quark thứ năm, kí hiệu b : hạt m ang tính chất vật lí đặc trưng số lượng tử gọi số "đẹp 1.1 b (beauty) bottom) Hạt J Q B 1 3 quark b b 1 3 s c b 0 0 -1 Giả thuyết tồn hạt quark b chứng minh người ta tìm hạt sơ cấp Y (upsilon), hạt nạng có cấu tạo bb Hiện nhà vật lí đẻu thừa nhận tổn hạt quark thứ sáu, 242 hạt t (top) tương ứng với hạt ieptơn nói mục sau Năm 1994 (một sơ nhà vật lí trung tâm nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) thông báo tìm thấy hạt quark t (troiìg máy gia tốc Tevatron : m t ~ 1746eV/c" §9.5 CÁC LEPTƠN Trong năm 30 kí XX người ta biết có hạt leptơn êlectrơn e ; m êdơn |i ; nơtrinơ V Sau phát tồn hai hạt nơtrinô khác v e tương ứ n g v i hạt êlectrôn e Vị^ tương ứ n g với hạt mêdôn [X Vào khoảng năm 80, người ta tìm hạt leptôn nặng, hạt T , khối lượng 17 lần khối lượng hạt mêdồn ịi Và ngirời ta thừa nhận phẳi tồn hạt nơtrinô thứ ba VT tương ứng với hạt T Như có hạt leptôn xếp thành cặp tương ứng e ve ; M' ’ T vx §9.6 S Ụ T H ố N G N H Ấ T v ĩ Đ Ạ I C Ủ Ạ CÁC TƯƠNG TÁC Trong số tương tác hạt sơ cấp (mạnh, điện từ, yếu, hấp dẫn), tương tác điện từ đựợc nghiên cứu từ lâu đến 243 hình thành lí thuyết hồn phù hợp v ới thực nghiệm cách tuyệt vời Ví dụ tính tốn m ơmen từ dị thườnu cua êlectrơn, điện động lực học lượng tử (lí thuyết tương tấc điện từ) tìm kết n e = (1159 652 359 ± 282) ìo” 12, kết thực nghiệm n e = (1159 652 410 ± 200) l ( f 12 Theo điện động lực học lượng tử, tương tác điện từ tương tác khồng trực tiếp : hai hạt tích điện (đứng yên hay chuyển động) tương tác điện từ với thông qua trao đổi phôton Hạt phôton gọi lượng tử trường điện từ (hay gọi hạt trường tương tác điện từ) Những tính tốn lí thuyết kiện thực nghiệm chứng tỏ nhiều trường hợp, bốn tương tác nói có thể giống Đặc biệt người ta chứng minh giới hạn lượng cao bốn tương tác nói tiến đến giới hạn Về mặt lí thuyết diễn tả bốn tương tác hệ hình thức - lí thuyết trường chuẩn (gauge) cùa Yang - Mill Nói cách khác thống bốn loại tương tác với : thống nhât gọi thông v ĩ đại Tương tác hai èlectrỏn Theo lí thuyết này, tương tác tương tác khơng trực tiếp - có hạt trường tương ứng ; hạt trường boson 244 Tươns tấc hấp dan có hạt trườne "raviton Tươim tác mạnh có hạt írườne ỉà gỉ IIỏ lì Tương tác yếu có hạỉ tnrờn ỉa \\ ' w ’ z° : (còn íiọi boson trung gian) Nhà víìt lí nơ ười Italia Carlo Rubbia cùns; với 148 công sư, sau iiàm cải tiến máy gia tốc CERN đạt tới lượng 540 GeV, đến 1983 ihônọ: báo tìm boson trung gian w + w~ z° Theo lính tốn lí thuyết khối lượng w + vào cỡ G eV /c“, o z vào cỡ 89 GeV/c ; thực nghiệm cho kết qua (81 ± ) G e V / c Việc tìm cấc boson trung gian tháns lợi rực rỡ lí thuyết thốn" v7 đai Và với việc tails khống ngừng nãne lượn troim máy ơia tốc hạt, n^ười ta hi vọng tiếp tục iìm clìứng minh thực nghiệm cùa lí thuyết Để kết thúc, tóm lắt sơ đổ cấu tạo vũ trụ sau : vật chất tồn hai dạng : hạt trườỉiạ ; vói dạng hạt có hạt bán (theo ý n^iYĩa viên gạch íạo nên hạt khác), với d n 2, trường có cấc hạt truyền tương tấc : 245 Hạt quark ỉepton Q hạt m u Vcr 5MeV/c Trường (tương tác) 2 ' WN loại hạt trường hấp dẫn graviton -1 yếu w+, w”, z° < 65MeV/c2 điện từ phôton n 106MeV/c2 -1 VT