LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới người hướng dẫn em GS.TS Đào Vọng Đức, người tận tình giúp đỡ em suốt trình thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban Chủ Nhiệm khoa Vật Lý, thầy cô giáo trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2012 Sinh viên Nguyễn Thị Khuyên LỜI CAM ĐOAN Đề tài kết thân em trình học tập nghiên cứu hướng dẫn GS.TS Đào Vọng Đức Trong trình nghiên cứu em kế thừa kết khoa học nhà nghiên cứu với trân trọng biết ơn sâu sắc Em xin cam kết đề tài: “Cấu trúc quark hạt bản” trùng khớp với luận văn tác giả khác Hà Nội, tháng năm 2012 Sinh viên Nguyễn Thị Khuyên MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN PHẦN I: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài…………………………………………………… Mục đích nghiên cứu ……………………………………………… Nhiệm vụ nghiên cứu ……………………………………………… 4 Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………… Phương pháp nghiên cứu …………………………………………… Kết cấu nội dung…………………………………………………… PHẦN II: NỘI DUNG CHƢƠNG 1: HẠT CƠ BẢN VÀ TÍNH CHẤT LƢỢNG TỬ CỦA CHÚNG 1.1 Các số lượng tử hạt bản………………………………… 1.1.1 Khối lượng tĩnh………………………………………………… 1.1.2 Spin s…………………………………………………………… 1.1.3 Điện tích Q……………………………………………………… 1.1.4 Momen từ……………………………………………………… 1.1.5 Thời gian sống  ……………………………………………… 1.1.6 Phản hạt………………………………………………………… 1.1.7 Số lạ S…………………………………………………………… 6 1.1.8 Số baryon B…………………………………………………… 1.1.9 Số lepton L……………………………………………………… 10 1.1.10 Spin đồng vị I…………………………………………………… 10 1.2 Phân loại hạt bản…………………………………………… 11 1.3 Công thức Gellman – Nishijma………………………………… 12 CHƢƠNG 2: NHÓM ĐỐI XỨNG SU(3) 2.1 Định nghĩa………………………………………………………… 15 2.2 Nhóm biến đổi SU(3)…………………………………………… 24 2.3 Đa tuyến (biểu diễn) nhóm SU(3)…………………………… 25 CHƢƠNG 3: CẤU TRÚC QUARK CỦA HẠT CƠ BẢN 3.1 Các số lượng tử quark………………………………………… 40 3.2 Cấu trúc quark hạt bản…………………………………… 45 PHẦN III: KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN I: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Vật lý hạt nhân nghiên cứu cấu trúc, tính chất biến đổi hạt nhân nguyên tử Hiện người ta nghiên cứu hạt nhân theo hai hướng: + Thực nghiệm: Nghiên cứu hạt nhân riêng biệt để khám phá quy luật hạt nhân + Lý thuyết: Nghiên cứu hạt nhân từ thành phần tức nghiên cứu hạt Vật lý hạt nghiên cứu tính chất hạt phản hạt chúng, nghiên cứu tương tác trình biến đổi hạt bản, nghiên cứu mối quan hệ hạt với trường lực Hạt thực thể vi mô tồn hạt nguyên vẹn, đồng tách thành hạt nhỏ hơn, ví dụ hạt photon, electron, positon, nơtrino… Đó thành phần cấu tạo nên giới vật chất vô phong phú Sự gia tăng mau lẹ hạt làm người ta nghi ngờ tính “cơ bản” hạt Các hạt thực hay chưa hay cấu trúc bên trong? Một vấn đề quan trọng nghiên cứu hạt nghiên cứu tương tác chúng Hạt tham gia vào tương tác: + Tương tác mạnh: Gắn kết hạt quark thành hạt bản, hạt nucleon thành hạt nhân Khi lượng tử hóa tương tác mạnh, thành phần lượng tử truyền tương tác mạnh gluon Tương tác mạnh tồn kích thước khoảng ≤ 10-15m, số tương tác Gsk + Tương tác yếu: Do cấu trúc nội hạt gây nên, không phụ thuộc vào tác nhân kích thích bên ngoài, không phụ thuộc chất môi trường tạp chất hay nào, dẫn đến phân rã hạt Tương tác yếu chi phối tất hạt trừ photon Khi lượng tử hóa lượng tử truyền tương tác yếu W  ,W  , Z Hằng số tương tác yếu Gn + Tương tác điện từ: F kq1q2 r2 Nm  Trong hệ SI: k  9.10 ,  số điện môi C 4 Đối với thành phần mang điện cường độ tính theo công thức Tương tác điện từ sóng điện từ sóng ánh sáng tính theo phương trình Maxwell – Faraday Tương tác điện từ ma sát, đàn hồi, lực bắp tính nhờ công thức chuyển hóa công lượng : Công thực độ biến thiên vật Tương tác điện từ thực qua trường điện từ Khi lượng tử hóa hạt truyền tương tác điện từ photon ánh sáng  Hằng số tương tác điện từ Ge + Tương tác hấp dẫn: Fhd  G m1m2 , r2 G  6,67.1011 Nm2 kg Tương tác hấp dẫn chi phối tất hạt có khối lượng bán kính tác dụng không giới hạn Lượng tử hóa tương tác hấp dẫn, phần tử truyền tương tác graviton Khi nghiên cứu hạt tương tác hấp dẫn nhỏ không đáng kể khối lượng hạt nhỏ Khi nghiên cứu vật thể vũ trụ đóng vai trò quan trọng Hằng số tương tác hấp dẫn Gg Nếu giới hạt coi tương tác mạnh có số tương tác thì: Gsk : Ge : Gn : Gg  1:103 :105 :1039 Dựa vào tương tác người ta chia hạt thành hai loại: + Hadron: có tương tác mạnh tương tác khác Trong hadron người ta chia thành hai loại: Các baryon (hạt nặng ): n, p,  Fecmion Các meson (trung bình):  ,   Boson + Lepton: hạt nhẹ, tương tác mạnh, có tương tác yếu, điện từ, hấp dẫn e , e ,   ,   ,  ,  tuân theo tương tác điện từ yếu  e ,  ,  có tương tác yếu Đối với tương tác mạnh số tương tác lớn áp dụng lý thuyết nhiễu loạn để nghiên cứu mà người ta sử dụng phương pháp khác có hiệu dùng lý thuyết nhóm đối xứng Khi dùng lý thuyết nhóm đối xứng, người ta chứng minh hạt xếp thành đa tuyến nhóm đối xứng SU(3) dùng lý thuyết nhóm đối xứng SU(3) xác định số lượng tử hạt phù hợp với thực nghiệm Dựa sở lý thuyết nhóm đối xứng SU(3) người ta đưa lý thuyết quark, quark hạt cấu tạo nên vật chất Để rõ điều này, em lựa chọn đề tài “ cấu trúc quark hạt bản” Thông qua đề tài em muốn “bức tranh” tổng quát vật lý học phần thể rõ, hy vọng luận văn giúp có nhìn mẻ vi hạt cấu thành nên giới vật chất vô phong phú Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu cấu trúc quark hạt Nhiệm vụ nghiên cứu: Để nghiên cứu cấu trúc quark hạt cần thực nhiệm vụ sau: – Tìm hiểu tính chất lượng tử hạt – Tìm hiểu lý thuyết nhóm đối xứng SU(3) – Nghiên cứu cấu trúc quark hạt dựa nhóm đối xứng SU(3) Đối tƣợng nghiên cứu : – Các quark cấu tạo nên hạt Phƣơng pháp nghiên cứu: – Sử dụng phương pháp nghiên cứu vật lý lý thuyết phương pháp lý thuyết nhóm đối xứng Kết cấu nội dung: Chương 1: Hạt tính chất lượng tử chúng Chương 2: Nhóm đối xứng SU(3) Chương 3: Cấu trúc quark hạt PHẦN II: NỘI DUNG CHƢƠNG 1: HẠT CƠ BẢN VÀ TÍNH CHẤT LƢỢNG TỬ CỦA CHÚNG Hạt viên gạch xây dựng lên giới vật chất như: e, p, n, e ,  , , Trước người ta quan niệm hạt nhỏ không phân chia được, xong ngày hạt có cấu trúc từ quark Điện tử hạt phát vào năm 1897 Đến nay, kể phản hạt danh sách hạt lên tới 200 ngày có nhiều hạt cộng hưởng phát 1.1 Các số lƣợng tử hạt 1.1.1 Khối lƣợng tĩnh + Các hạt có khối lượng tĩnh khác 0, trừ photon nơtrino có khối lượng tĩnh + Các hạt tuân theo công thức Einstein: m0    c2 p2 c (1.1) Biết lượng  (nhờ đo độ dài vết nhảy hạt xuất hiện), biết xung lượng p hạt (đo độ cong quỹ đạo hạt từ trường cho phép xác định p nhờ mối liên hệ bán kính quỹ đạo với xung lượng) ta xác định khối lượng tĩnh hạt E0  m0c nên khối lượng đo đơn vị lượng 1.1.2 Spin s Spin đại lượng lượng tử đặc trưng cho momen riêng hạt lượng tử có đơn vị đo  (hằng số lượng tử Plank),   1,054.1034 J s + Các hạt có spin nguyên lần  hạt Bose + Các hạt có spin bán nguyên lần  hạt Fecmion 1.1.3 Điện tích Q Điện tích hạt quan sát bội nguyên lần điện tích nguyên tố e: Q  n.e , (1.2) e = 1,602.10-19 (C): Điện tích nguyên tố Trừ hạt cộng hưởng có điện tích lớn điện tích nguyên tố, lại hạt khác có điện tích nguyên tố –e, +e (như  , , ,n ) 1.1.4 Momen từ Momen từ hạt tổng momen từ quỹ đạo momen từ riêng 1.1.5 Thời gian sống Đa số hạt có thời gian sống xác định, tức sống thời gian ngắn phân rã thành hạt khác Người ta thấy số hạt bền vững (thời gian sống coi vô cùng), ví dụ photon, hạt  , nơtrino  , e , e , p Người ta xác định thời gian sống  cách đo độ dài đường bay l hạt từ phát sinh đến lúc phân rã: Như vậy, qua chứng minh hạt meson hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm Kết luận: Bằng lý thuyết nhóm đối xứng SU(3) chứng minh hạt xếp thành đa tuyến nhóm đối xứng SU(3)và dùng lý thuyết nhóm đối xứng SU(3) xác định số lượng tử hạt phù hợp với thực nghiệm 39 CHƢƠNG 3: CẤU TRÚC QUARK CỦA HẠT CƠ BẢN Trong vật lý học đại, người ta cho quark hạt Việc mô hình chuẩn dựa mẫu Glashow – Weiberg – Salam sắc động học lượng tử (QCD) kiểm chứng với độ xác cao chứng tỏ điều Xây dựng model gồm hạt cấu tạo nên tất hạt khác mong ước nhà vật lý Từ năm 1949 Yang Fermi giả thiết  – meson tạo từ nucleon phản nucleon:    pN ,     p p  N N ,   N p Đến năm 1953, Sakata đưa mô hình gồm hạt p, N ,  (cùng phản hạt chúng) để cấu tạo nên hadron baryon lại (thí dụ K    p, K  N ) Đến năm 1964, Gellman Weig đưa lý thuyết quark dựa nhóm đối xứng SU(3) Do thành tựu lý thuyết đối xứng mà lý thuyết quark công nhận rộng rãi 3.1 Các số lƣợng tử quark Giả sử có ba hạt quark u, d , s lập thành biểu diễn sở nhóm đối   xứng SU(3) hàm trường chúng tương ứng qi i  1,3 thỏa mãn hệ thức:   M a , qi     a  q j ,  i j 40 (3.1)   M a , q   q  a   j i  i j (3.2) a : Các ma trận Gellman Bây ta xét số lượng tử quark Lưu ý tương ứng vi tử toán tử spin đồng vị, siêu tích:   M i  Ii i  1,3 M8  (3.3) Y (3.4) – Đối với quark u: + Hình chiếu spin đồng vị:   M , q   q   j  1,3  j  j          q    q 2    q 3    q1  1  2  3 1 1 Vậy hình chiếu spin đồng vị quark u I  1 I  2 + Siêu tích Y:   Y , q1    M , q1     j  8   q   j  1,3  j   1   1  8  2  8  3  8   q  q  q           1  2  3  41   1  q1  q1 3 Vậy siêu tích quark u + Điện tích Q: Q  I3  Y 1    e 2 Điện tích Q quark u e + Số lạ S  quark u hạt lạ + Số baryon B: Y  B  L  S  Ta có:  B  Y  L  S   – Đối với quark d: + Hình chiếu spin đồng vị:   M , q   q   j  1,3  j  j          q    q 2    q 3    1  2  3   q2 2 2 1 1 Vậy hình chiếu spin đồng vị quark d I    I  2 + Siêu tích Y: 42   Y , q2    M , q2     j  8   q   j  1,3  j   2    1  8  2  8  3  8    q    q    q     q2   1  2  3  Siêu tích Y quark d + Số lạ S  quark d hạt lạ B  Y  L  S   + Số baryon B: + Điện tích Q: Q  I3  Y 1      e 2 – Đối với quark s: + Hình chiếu spin đồng vị:   M , q   q   j  1,3  j  j          q    q 2    q 3    0.q3  1  2  3 3 1 Hình chiếu spin đồng vị quark s I3   I  + Siêu tích Y: 43   Y , q3    M , q3     j  8   q   j  1,3  j   3   1  8  2  8  3  8   q  q  q           1  2  3   1     q3   q3  3 2 3 Siêu tích Y quark s  + Số lạ S  1 quark s hạt lạ + Số baryon B: B  Y  L  S      3 + Điện tích Q: Q  I3  Y  1        e  3 Bảng 3.1 Các số lượng tử quark: I I3 Y Q B S u  q1 2 3 d  q2  44  s  q3 0   3 1 3.2 Cấu trúc quark hạt Quark hai thành phần cấu thành nên vật chất mô hình chuẩn vật lý hạt Các phản hạt quark gọi phản quark Theo lý thuyết dự đoán có quark a) Sự phát quark: Năm 1974, Ting Rizter đồng thời phát hạt  J có lượng 3,1 GeV chứng tỏ tồn quark thứ quark charm gắn cho quark số lượng tử charm, kí hiệu c Năm 1977, Fermilab phát hạt Upsilon  có lượng cỡ GeV chứng tỏ tồn quark thứ quark bottom đặc trưng số ượng tử bottom, kí hiệu b Để đảm bảo tính đối xứng, giả thiết tồn quark thứ 6, nhà vật lý đặt tên quark top t Và sau nhiều năm tìm kiếm, cuối vào tháng 4/1995 quark top phát hợp tác CDF D Fermilab, có khối lượng 174,3  5,1 GeV, lớn 180 lần khối lượng proton 45 Bảng 3.2 Các số lượng tử quark Quark B Q I I3 s c b t Y u 3 2 0 0 d  0 0 s  0 1 0  c 0 0  b 0 0  t 0 0  3  3  Tính chất quan trọng quark tính chế ngự Tính chất giải thích đơn quark không phát phòng thí nghiệm, chúng hardon, quang tử, nơtron meson Tính chất rút từ lý thuyết đại tương tác mạnh, gọi thuyết sắc động lực học lượng tử (QCD) Do quark có spin nên chúng Fecmion, tuân theo nguyên lý loại trừ Pauli: “Không thể có Fecmion đồng thời chiếm trạng thái lượng tử” Do quark có spin giống vi phạm nguyên lý loại trừ Pauli Chính mà hạt số lượng tử biết cần thêm số lượng tử gọi số lượng tử màu (colour) Quark 46 mang màu: đỏ, vàng, xanh Tổ hợp quark tồn tự do, trung hòa màu Ba quark proton  u, u, d  có tích màu khác cho tích màu tổng trắng (hay trung hòa) Để hạn chế số hadron quan sát được, người ta giả thiết rằng: giới phải mù màu Theo ngôn ngữ toán học: Các hạt quan sát phải đơn tuyến(vô hướng) nhóm SU(3) màu Tương tác quark miêu tả sắc động lực học lượng tử, tương tác mạnh quark truyền gluon Mỗi gluon mang màu tích phản màu tích Khi gluon truyền quark, màu tích thay đổi theo Do vậy, màu quark liên tục bị thay đổi, tương tác mạnh chúng bảo toàn Do gluon mang màu tích, tự chúng phát hấp thụ gluon khác Khi quark lại gần với lực liên kết sắc động lực học lượng tử chúng trở nên yếu ngược lại Người ta chưa phát quark trạng thái tự riêng rẽ kiện chứng tỏ tồn quark Vấn đề hạt cấu tạo từ quark nào? b) Cấu trúc quark hạt bản:  + Đối với bát tuyến baryon : Do B = nên phải cấu tạo từ quark Khi hạt cấu tạo từ quark toán tử trường tạo thành từ   spinơ SU(3) sở qi i  1,3 Spinơ cấp ba có thành phần độc lập định nghĩa:    ij k i, j, k  1,3 47 (3.5) Và có tính chất: 1)  ij k    jik (3.6) 2)  ij k   jk i  ki j  (3.7)  thành phần độc lập tương ứng hạt baryon , spinơ thỏa mãn hệ thức:  M a , ij k     a   i ' j k   a   ij ' k   a   ij k '            i  j  k i' j' k' (3.8) Để gán hàm trường cho hạt ta làm tương tự trước đây, chẳng hạn:  I , 12     3   i '2   3   j '   3   12 k '           1  2  1 i' j' k' 1    121   121   121 2   121 Do đồng p  2 121 Tương tự ta đồng nhất: n  2 122 ;    2 311 ; 0   231   132 ;    2 232 ;    3 123 ;   2 313 ;    2 233 Hằng số chuẩn hóa xác định cho:  ij k  ij k  pp  nn    00  48 (3.9) Từ suy cấu trúc quark số lượng tử hạt bát tuyến baryon bảng 3.3 Bảng 3.3 Cấu trúc quark số lượng tử hạt bát tuyến baryon n  udu , udd suu , p Các s  ud  du  quark I I3  0 , sdd ssu , ssd 0 2 1 s  ud  du  2     Y 1 S 1 2 1  + Đối với thập tuyến hạt cộng hưởng :   Được mô tả spinơ cấp ba hoàn toàn đối xứng  ijk i, j, k  1,3 Dưới phép biến đổi SU(3), spinơ biến đổi sau:  ijk  x   ' ijk  x   U ijk  x U 1 i' j' k'  i  a wa 2a   i  a wa 2a   i  a wa 2a   e   i' jk  x    e   ij ' k  x    e   ijk '  x  (3.10)  i  j  k Do giao hoán tử thỏa mãn:  M a , ij k     a   i ' jk   a   ij ' k   a   ijk '           i  j  k i' j' 49 k' (3.11) Dựa vào biểu thức ta xác định số lượng tử tổ hợp vật lý đồng hạt sau: N    111 ; N   3 112 ; N 0  3 122 ; N    222 ;   3 113 ; 0  6 123 ;   3 223 ; 0  3 133 ;   3 233 ;    333 Từ suy cấu trúc quark số lượng tử hạt thập tuyến baryon cộng hưởng bảng 3.4 Bảng 3.4 Cấu trúc quark số lượng tử hạt thập tuyến baryon cộng hưởng Các N  , N  , N 0 , N   , 0 ,  0 ,   uuu, uud , udd , ddd suu, sud , sdd ssu, ssd sss quark I I3 , 1 ,  ,  2 2 1, , 1 ,  Y 1 2 S 1 2 3 + Đối với bát tuyến meson: Do B  nên chúng phải tạo thành từ quark qi phản quark qc 50 k mô tả spinơ sở q Do đó, hàm trường tương ứng với meson 0 spinơ hạng hai lần phản biến lần hiệp biến  ij với tính chất biến đổi:    M a ,      a  ij'   a  ij '  i   j' i' j j i (3.12) Khi đó: K   13 ; K  32 ;    12 ;    11   22  ;    12 ;     ; K   1 11   22  2 33  ; K  3 Các hạt bát tuyến meson 0 có cấu trúc quark số lượng tử bảng 3.5 Bảng 3.5 Cấu trúc quark số lượng tử hạt bát tuyến meson 0 K, K0 Các quark c us , ds c I I3 1 , 2 Y S  , ud c uu ,  0, c  d cd    u u  d d  2s s  c c ,u d c c sd , u s c c 1 , 2 0 1 0 1 1,  0, K K , 1 51 PHẦN III: KẾT LUẬN Sự gia tăng mau lẹ hạt làm người ta nghi ngờ tính “cơ bản” hạt: hạt thực hay chưa hay cấu trúc bên trong? Cách suy nghĩ đơn giản số hạt có số thực bản, hạt lại trạng thái liên kết Và ý tưởng đến năm 1964 Gellman Weig đưa lý thuyết quark dựa nhóm đối xứng SU(3) Do thành tựu lý thuyết nhóm đối xứng SU(3) mà lý thuyết quark công nhận rộng rãi Trong khóa luận này, qua việc nghiên cứu nhóm đối xứng SU(3) em sâu tìm hiểu giới hạt Chúng cấu tạo từ quark Baryon cấu tạo từ quark Meson cấu tạo từ quark phản quark Các quark không tìm thấy trạng thái tự do, quan sát chúng trạng thái liên kết thành hạt Các quark coi hạt điểm cấu thành nên giới vật chất vô phong phú Tuy cố gắng lần đầu làm quen với việc nghiên cứu đề tài khoa học, lượng kiến thức hạn chế, em mong đóng góp ý kiến thầy cô bạn để khóa luận hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Ngọc Long (2006), Cơ sở vật lý hạt [2] Hoàng Ngọc Long, Nhập môn lý thuyết trường tương tác điện từ yếu [3] Nguyễn Thị Hà Loan, Bài giảng chuyên đề: “Hạt bản” [4] Tạ Quang Bửu (1987), Hạt bản, Nhà Xuất Bản Giáo Dục [5] B R Martin Gsham, Particle physics [6].R.E.Mashak,E.C.GSudarshan, Intrucduction to Elementary Particlephysic 53 [...]... các đặc điểm trên của hạt lạ người ta đưa ra một số lượng tử mới gọi là số lạ S Bảng 1.1 Số lạ của các hạt lạ Hạt K K0 0  0  0   Số lạ S 1 1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -3 8 Các hạt khác (không lạ) như p, n có S bằng 0 Các phản hạt có số lạ ngược dấu với số lạ của hạt tương ứng Để giải thích các quá trình sinh hạt lạ người ta đưa ra định luật bảo toàn số lạ:“Tổng (đại số) số lạ của hệ bảo toàn (S... là số baryon B Số baryon của các hạt baryon bằng 1, của các phản hạt của chúng đều bằng -1 Định luật bảo toàn số baryon: “Trong các quá trình biến đổi, tổng (đại số) số baryon của hệ không đổi (B  0) ” 1.1.9 Số lepton L Các hạt nhẹ có khối lượng cỡ khối lượng electron gọi là hạt lepton như e, ,  Những hạt lepton có số lepton bằng 1, còn phản hạt của chúng bằng -1 Những hạt không phải lepton có... luận: – Hạt cơ bản được đặc trưng bởi các số lượng tử: khối lượng tĩnh, spin, điện tích, momen từ, thời gian sống, số lạ, số baryon, số lepton và spin đồng vị – Dựa vào số lượng tử người ta chia hạt cơ bản thành 4 loại: photon  , hạt lepton, hạt meson và hạt baryon – Đối với các hạt tham gia tương tác mạnh thì điện tích được xác định bằng công thức Gellman – Nishijma, chú ý điện tích của hạt tính... bộ ba đồng vị Đặc biệt hạt 0 hợp thành một bộ đơn đồng vị có I = 0, Iz =0 1.2 Phân loại hạt cơ bản Dựa vào số lượng tử người ta chia hạt cơ bản thành 4 loại: + Photon  : Hay còn gọi là bozon không khối lượng, photon là lượng tử ánh sáng, khối lượng tĩnh bằng 0, điện tích bằng 0, spin bằng 1 11 + Hạt lepton: Các hạt nhẹ gồm nơtrino  , electron  e và myon   cùng các phản hạt của chúng Có 2 loại nơtrino,...l  , v (1.3) l : Quãng đường hạt bắt đầu xuất hiện đến lúc biến mất v : Vận tốc của hạt Đối với các hạt cộng hưởng  vào cỡ 10-23 s,    cỡ 9,8 s,   meson cỡ 2,603.10-8 s 1.1.6 Phản hạt Mỗi hạt cơ bản có phản hạt tương ứng, phản hạt có cùng khối lượng, cùng spin, cùng thời gian sống nhưng điện tích và momen từ ngược dấu với hạt Ví dụ như e  và e  thì me  me  9,31.1031... , nhưng có điện tích qe  qe  1,602.1019 C Các hạt và phản hạt tương ứng: Hạt Phản hạt e e p p n n   0 Trường hợp đặc biệt hạt và phản hạt trùng nhau là  và  ,  0 và  1.1.7 Số lạ S 7 Năm 1947 – 1953 người ta tìm thấy một loại hạt cơ bản mới, đó là các meson K  , K 0 (khối lượng vào khoảng 965 lần khối lượng electron) và các hạt hypeson có khối lượng lớn hơn hoặc bằng khối lượng... 4i   3 3 i 6i 3  4 3 2 Hoàn toàn tương tự ta cũng tính được hằng số cấu trúc f abc hoàn toàn phản đối xứng theo các chỉ số a, b, c còn lại Các hằng số cấu trúc f abc khác 0 của nhóm SU(3) là: f123  1; 1 f147  f 246  f 257  f345  f 516  f 376  ; 2 3 f 458  f 678  2 Các hằng số cấu trúc còn lại bằng 0 + Hằng số cấu trúc đối xứng d abc theo 3 chỉ số a, b, c (a, b, c  1,8) 22 1 dabc  sp... tự ta cũng tính được hằng số cấu trúc d abc đối xứng theo 3 chỉ số a, b, c còn lại Các hằng số cấu trúc d abc khác 0 của nhóm SU(3) là: 1 d146  d157  d 256  d344  d355  ; 2 1 d 247  d366  d377   ; 2 1 d118  d 288  d388  d888  ; 3 1 d 448  d558  d 668  d 778   2 3 Các hằng số cấu trúc còn lại đều bằng 0 2.2 Nhóm biến đổi SU(3) Nhóm biến đổi SU(3) là nhóm của các toán tử Unita phụ thuộc... niệm spin đồng vị cho phép mô tả các trạng thái điện khác nhau của cùng một hạt Thí dụ: Nucleon có 2 trạng thái điện nghĩa là 2 I  1  2  I  1 2 p và n là hai trạng thái của nucleon khác nhau về hình chiếu I của spin đồng vị: + p có I z  1 2 1 + n có I z   2 Tương tự hạt   ,  0 ,   ứng với 3 giá trị hình chiếu Iz của spin đồng vị của  +   có I z  1 +  0 có I z  0 +   có I z  1... a 2  a  1,8 ,  a (2.19) là các ma trận Gellman Có 3 hạt lập thành biểu diễn cơ sở của nhóm SU(3) nếu hàm trường của nó biến đổi như sau:  iwa 2a   i   U iU   e  ,  i (2.20)   M a , i     a   j ( j  1,3) ,  2 i (2.21)  a    ( j  1,3)  2 j (2.22) 1 ' i j i hay  M a ,     i j Ba hạt trên là 3 hạt quark có hàm trường tương ứng là: u  q1, d  q2 , s  ... phát quark trạng thái tự riêng rẽ kiện chứng tỏ tồn quark Vấn đề hạt cấu tạo từ quark nào? b) Cấu trúc quark hạt bản:  + Đối với bát tuyến baryon : Do B = nên phải cấu tạo từ quark Khi hạt cấu. .. (biểu diễn) nhóm SU(3)…………………………… 25 CHƢƠNG 3: CẤU TRÚC QUARK CỦA HẠT CƠ BẢN 3.1 Các số lượng tử quark ……………………………………… 40 3.2 Cấu trúc quark hạt bản ………………………………… 45 PHẦN III: KẾT LUẬN TÀI LIỆU...   3 1 3.2 Cấu trúc quark hạt Quark hai thành phần cấu thành nên vật chất mô hình chuẩn vật lý hạt Các phản hạt quark gọi phản quark Theo lý thuyết dự đoán có quark a) Sự phát quark: Năm 1974,