1 VẬT LÝ HẠT CƠ BẢN VẬT LÝ HẠT CƠ BẢN Giáo viên giảng dạy: Nguyễn Thị Thuý Hằng Bộ môn Vật lý – Khoa Sư Phạm - Đại học Cần Thơ Email: ntthuyhang@ctu.edu.vn Điện thoại: 0958551892 Bộ môn Vật lý: 07103.831530 -8226 2 NỘI DUNG 1. 1. Lịch sử hạt cơ bản Lịch sử hạt cơ bản 2. 2. Phân loại hạt cơ bản Phân loại hạt cơ bản 3. 3. Các đặc trưng của hạt cơ bản Các đặc trưng của hạt cơ bản 4. 4. Mẫu Quark Mẫu Quark 5. 5. Tương tác của các hạt cơ bản Tương tác của các hạt cơ bản 6. 6. Máy gia tốc và phương pháp ghi nhận các hạt cơ bản Máy gia tốc và phương pháp ghi nhận các hạt cơ bản 3 Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Ngọc Giao - Hạt cơ bản và vũ trụ, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh, 2001. 2. Nguyễn Ngọc Giao - Hạt cơ bản, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh, 2001. 3. Hoàng Ngọc Long - Cơ sở Vật lý hạt cơ bản, NXB thống kê, 2006. 4. Nguyễn Xuân Hãn - Cơ sở lý thuyết trường lượng tử, NXB ĐHQG Hà Nội, 1998. 4 5 • Hạt cơ bản? – Hạt nhỏ nhất không thể phân chia được (tính chất lịch sử). VD: p, n, e + , e - , neutrino . - Kích thước: (dưới kích thước hạt nhân). • Vật lý hạt cơ bản? (Vật lý năng lượng cao) – Nghiên cứu các đặc trưng của các hạt cơ bản và tương tác giữa chúng. cm 13 10 − < Đối tượng, phạm vi nghiên cứu môn học 6 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu môn học • Phương pháp? – Mỗi loại hạt tương ứng với một trường được mô tả bằng hàm sóng toán tử và các tương tác được xem như các quá trình sinh huỷ hạt. • Nghiên cứu hạt cơ bản hiện nay? – Lí thuyết thống nhất các tương tác 7 1. Lịch sử hạt cơ bản Hạt cơ bản đầu tiên Hạt cơ bản đầu tiên : : e e - - (Thomson, 1897): sau khi nghiên cứu kĩ tính chất của tia âm (Thomson, 1897): sau khi nghiên cứu kĩ tính chất của tia âm cực. cực. 1900 Planck khi nghiên cứu hiện tượng bức xạ của vật đen tuyệt đối đã đưa ra khái niệm 1900 Planck khi nghiên cứu hiện tượng bức xạ của vật đen tuyệt đối đã đưa ra khái niệm lượng tử ánh sáng (photon lượng tử ánh sáng (photon γ γ ) ) . . Einstein đã vận dụng khái niệm này và giải thích thành công Einstein đã vận dụng khái niệm này và giải thích thành công hiệu ứng quang điện. hiệu ứng quang điện. Năm 1911 Rutherford Năm 1911 Rutherford : : hạt nhân nguyên tử hạt nhân nguyên tử , , tìm thấy proton p tìm thấy proton p . . Chadwick Chadwick : : hạt neutron n tìm thấy trong thực nghiệm tương tác của hạt hạt neutron n tìm thấy trong thực nghiệm tương tác của hạt α α với nguyên với nguyên tố Be vào năm 1932. tố Be vào năm 1932. Năm 1930 để giả thích sự hao hụt năng lượng trong hiện tượng phân rã Năm 1930 để giả thích sự hao hụt năng lượng trong hiện tượng phân rã β β Pauli đã giả Pauli đã giả thiết sự tồn tại của hạt neutrino thiết sự tồn tại của hạt neutrino ν ν , hạt này mãi đến năm 1953 mới thực sự được tìm thấy , hạt này mãi đến năm 1953 mới thực sự được tìm thấy (Reines, Cowan). (Reines, Cowan). Những năm 30 - đầu 50: nghiên cứu tia vũ trụ. Những năm 30 - đầu 50: nghiên cứu tia vũ trụ. Năm 1932, Anderson đã phát hiện ra hạt positron e Năm 1932, Anderson đã phát hiện ra hạt positron e + + . . Năm 1936 Anderson và Neddermeyer Năm 1936 Anderson và Neddermeyer : : µ µ ± ± (m (m = = 200 200 m m e e , nhưng lại rất giống e , nhưng lại rất giống e - - , e , e + + về các về các tính chất khác tính chất khác ) ) . . Năm 1947 Năm 1947 nhóm nhóm Powell Powell : : meson meson π π ± ± (m= (m= 274 274 m m e e ) ) Cuối những năm 40 - 50: giai đoạn phát hiện ra các hạt lạ Cuối những năm 40 - 50: giai đoạn phát hiện ra các hạt lạ hạt đầu tiên (meson K hạt đầu tiên (meson K ± ± , hạt , hạt λ λ ) được tìm thấy trong tia vũ trụ ) được tìm thấy trong tia vũ trụ những hạt tiếp theo được tìm trong các máy gia tốc những hạt tiếp theo được tìm trong các máy gia tốc Từ những năm 50 trở đi các máy gia tốc là công cụ chính để nghiên cứu hạt cơ bản. Từ những năm 50 trở đi các máy gia tốc là công cụ chính để nghiên cứu hạt cơ bản. khám phá khám phá thêm thêm các phản hạt nặng: phản proton (năm 1955), phản neutron (năm 1956), các phản hạt nặng: phản proton (năm 1955), phản neutron (năm 1956), phản sigma (năm 1960 phản sigma (năm 1960 . . . . 8 1. Lịch sử hạt cơ bản Năm 1964 Năm 1964 : : hạt hyperon nặng nhất: hạt omega hạt hyperon nặng nhất: hạt omega Ω Ω - - , với khối lượng gần gấp đôi khối , với khối lượng gần gấp đôi khối lượng hạt proton. lượng hạt proton. Trong những năm 60 Trong những năm 60 : : các hạt cộng hưởng các hạt cộng hưởng Vào năm 1962 Vào năm 1962 : : ν ν e e , , ν ν µ µ . . Năm 1974: tìm hạt J/psi, có khối lượng khoảng 3-4 lần khối lượng proton Đề xuất hạt Năm 1974: tìm hạt J/psi, có khối lượng khoảng 3-4 lần khối lượng proton Đề xuất hạt duyên c (charm). duyên c (charm). Năm 1977 Năm 1977 : : hạt upsilon Y hạt upsilon Y , đề xuất quark b (bottom hay beauty). , đề xuất quark b (bottom hay beauty). năm 1975:hạt năm 1975:hạt τ τ . Sau đó ít lâu, tìm thấy hạt . Sau đó ít lâu, tìm thấy hạt ν ν τ τ . . 1983 tại CERN: các hạt boson vector trung gian W 1983 tại CERN: các hạt boson vector trung gian W ± ± , Z. , Z. 9 2. Phân loại hạt cơ bản 10 - Hạt vật chất: Dựa vào độ lớn khối lượng và đặc tính tương tác: • Photon: Photon: lượng tử ánh sáng lượng tử ánh sáng • Lepton: Lepton: + Nhẹ, 0 < m < 200 m e + Không tham gia tương tác mạnh + Lepton mang điện: và Lepton trung tính: neutrino • Hadron: Hadron: + tham gia tương tác mạnh + Khối lượng trên 200 m e + Meson: 200 m e < m < khối lượng nuclon và Barion ( nuclon và Hyperon nuclon và Hyperon) ),,( ±±± τµ e µνµµµ gAZG ,,,W, 0 ± * Phân loại theo tương tác - Hạt trường: