Chương 11: CÁC HẠT CƠ BẢN §1. MỞ ĐẦU. CÁC LOẠI TƯƠNG TÁC CƠ BẢN Ví dụ: photon, e, p, n, … Đặc điểm: - Không tự phân rã hoặc phân rã chậm - Đa số là các hạt không bền; τ~10 -26 -10 -6 s Đi vào cấu trúc càng nhỏ cần năng lượng càng lớn I. Các hạt cơ bản: là những thực thể vi mô tồn tại một cách nguyên vẹn đơn nhất, không thể phân chia thành những phần nhỏ hơn Vật lý năng lượng cao a) Tương tác hấp dẫn: Là loại tương tác yếu nhất nhưng lại phổ biến nhất → graviton II. Các loại tương tác cơ bản b) Tương tác điện từ: photon c) Tương tác mạnh (r<10 -15 m): → pion d) Tương tác yếu: trong các hiện tượng phân rã các hạt → w Chỉ có 6 hạt không tham gia tương tác mạnh: e - , μ, τ, ν e , ν μ , ν τ e n p e υ − → + + % • Các quá trình lepton (chỉ các lepton tham gia) e e µ µ υ υ → • Các quá trình lepton - hadron p p p n µ µ υ µ υ µ − + → → % • Các quá trình hadron (chỉ các hadron tham gia) III. Hạt và phản hạt Năm 1928, Dirac tiên đoán bằng lý thuyết rằng êlectrôn có một phản hạt mang điện tích dương, khối lượng –m e : positron Giữa hạt và phản hạt đều có thể xảy ra hiện tượng hủy cặp và sinh cặp = + ( 1,02 )e e Q MeV γ γ − + + = §2. BẢNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI HẠT CƠ BẢN. HẠT VÀ PHẢN HẠT 2. Leptôn: hay hạt nhẹ, gồm êlectrôn, muyôn và nơtrinô. Có hai loại nơtrinô: nơtrinô thuộc về êlectrôn (ν e ) và nơtrinô thuộc về muyon (ν µ ). 3. Mêzôn: hay hạt trung bình, có khối lượng lớn hơn êlectrôn nhưng bé hơn khối lượng nuclôn, gồm các hạt mêzôn (π) và mêzôn (K) – còn gọi là piôn và kaôn. 1. Phôtôn: là lượng tử của trường điện từ có khối lượng tĩnh bằng không Phân loại theo khối lượng 4. Bariôn: hay hạt nặng, gồm các nuclôn (prôtôn và nơtrôn) và các hyperôn lamđa, xicma, kxi, ômêga (Λ, Σ, Ξ ,Ω). Hiện nay số lượng các hạt cộng hưởng đã tới vài trăm hạt Các hạt cơ bản còn được đặc trưng bằng tích Leptôn và tích Bariôn Tích Leptôn bằng +1 ứng với các hạt Leptôn và –1 ứng với phản hạt, còn với các hạt Bariôn thì tích này bằng 0 Tương tự tích Bariôn bằng +1 với các hạt Bariôn và –1 với phản hạt Bariôn, đối với các hạt Leptôn tích này bằng 0 Ở những hạt mêzôn và phôtôn thì cả hai tích này đều bằng không Spin của các hạt có giá trị bán nguyên (1/2, 3/2, … ) chiếm đại bộ phận các hạt cơ bản (hạt có spin bán nguyên gọi là fecmiôn), chỉ trừ các mêzôn có spin bằng 0 và phôtôn có spin bằng 1 (hạt có spin nguyên gọi là bôzôn). Tính chẵn lẻ là một đặc trưng liên quan đến tính đối xứng của hàm sóng diễn tả trạng thái của hạt khi phản xạ (đối chiều) tọa độ ( ) ( )r r ψ ψ − = r r ( ) ( )r r ψ ψ − = − r r Trong tương tác yếu, hiện tượng này đã bị vi phạm Số lạ là một đặc trưng dùng để giải thích một số tính chất kỳ dị của các hạt cơ bản Spin đồng vị: cặp lượng tử số là spin đồng vị I và hình chiếu I z của nó trên trục Oz của một không gian trừu tượng nào đó (không gian spin đồng vị) Ví dụ: p: I z =+1/2 n: I z =-1/2 §3 CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN Đại lượng đặc trưng Loại tương tác Mạnh Điện từ Yếu 1. Năng lượng 2. Xung lượng 3. Mômen xung lượng 4. Điện tích Q 5. Số barion B 6. Bậc chẵn lẻ P 7. Spin đồng vị I 8. Hình chiếu I z 9. Số lạ S Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Có Không Không Có Có Có Có Có Có Không Không Không Không Gell - Mann đã đưa ra một giả thiết là có thể tồn tại một số ít hạt nhỏ hơn, được gọi là hạt quark; những hạt này mới thực sự là hạt cơ bản của tương tác mạnh Lý thuyết đối xứng SU(3) . Chương 11: CÁC HẠT CƠ BẢN §1. MỞ ĐẦU. CÁC LOẠI TƯƠNG TÁC CƠ BẢN Ví dụ: photon, e, p, n, … Đặc điểm: -