7. Cấu trúc khóa luận
2.3.1. Quark và các đặc trưng của chúng
Khác với các lepton, thực nghiệm cho thấy hađron có kích thước nhất định. Trong các thí nghiệm dùng lepton thăm dò sâu các hađron cho thấy với năng lượng lepton vượt quá vài chục GeV, góc tán xạ trong gần đúng bậc 1 không phụ thuộc năng lượng. Như vậy, ở một khoảng cách bé nào đấy bên trong hạt có thể coi là hoàn toàn tự
a) b)
c)
23
do (tự do tiệm cận) và dẫn tới giả thiết các hađron được cấu tạo bởi những hạt thành phần. Các hạt này được gọi chung là các hạt quark [2].
Vậy quark là gì?
Quark là một loại hạt cơ bản và là một thành phần cơ sở của vật chất. Các quark hợp lại tạo thành những hạt nặng hơn được gọi là các hađron, trong đó proton và neutron là hai hạt được biết đến nhiều nhất. Quark trong tự nhiên không bao giờ xuất hiện riêng lẽ, chúng ta chỉ có thể tìm thấy chúng bên trong các hađron.
Đến nay, đã biết 6 quark khác nhau. Để phân biệt, mỗi loại được gọi là một hương. Như vậy quark có 6 hương là: up (u), down (d), strange (s), charm (c), bottom (b) và top (t). Quark u và d có khối lượng nhỏ nhất trong các quark, do đó chúng bền và rất phổ biến trong vũ trụ. Những quark khác có khối lượng nặng hơn, chúng sẽ từ từ phân rã trở thành các quark u và d. Vì thế, các quark nặng c, s, t, b chỉ có thể được tạo ra trong trong các tán xạ năng lượng cao.
Nhóm đầu tiên bao gồm quark u và quark d, nhóm thứ hai là quark s và quark c, nhóm thứ ba gồm quark t và quark b. Tất cả những sự tìm kiếm cho một nhóm thứ tư đều thất bại và người ta cũng có bằng chứng rằng không tồn tại một nhóm thứ tư. Các hạt trong những nhóm cao thường có khối lượng lớn hơn và độ bền kém hơn, dẫn đến phân rã thành các hạt có khối lượng nhẹ hơn thông qua tương tác yếu. Chỉ có các hạt quark u và d xuất hiện thường xuyên trong tự nhiên, các hạt khác chỉ có thể được tạo ra trong các tán xạ năng lượng cao và nhanh chóng phân rã.
Tập hợp các hạt quark khác nhau tạo thành các hađron. Có hai loại hađron: baryon gồm 3 quark và meson gồm một quark và một phản quark. Các quark xác định các số lượng tử của hađron được gọi là các quark hóa trị. Ngoài ra, mỗi hađron có thể chứa một số lượng không giới hạn các quark, các phản quark và các gluon không ảnh hưởng đến số lượng tử của chúng. Mang trong mình điện tích, mùi, màu và khối lượng, các quark là các hạt cơ bản duy nhất có cả bốn tương tác cơ bản: tương tác điện từ, tương tác yếu, tương tác mạnh và tương tác hấp dẫn. Tuy nhiên, tương tác hấp dẫn thường không phù hợp trong thang đo dưới nguyên tử nên không được mô tả trong mô hình chính thống.