Mô hình chuẩn của Vật lý hạt cơ bản - Phạm Xuân Yêm

Vật lý hạt cơ bản có mục tiêu tìm hiểu, tiên đoán, phân loại, sắp xếp, khám phá những đặc tính cũng như những định luật chi phối sự vận hành của các thành phần sơ cấp cấu tạo nên vật chất trong toàn vũ. Tham khảo bài viết "Mô hình chuẩn của Vật lý hạt cơ bản" dưới đây để nắm bắt thông tin chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình chuẩn của Vật lý hạt cơ bản - Phạm Xuân Yêm1 Mô hình Chuẩn của Vật lý Hạt cơ bản trích từ Kỷ Yếu ‘’Hạt Higgs và Mô Hình Chuẩn’’, nxb Tri Thức 2014 Phạm Xuân Yêm Khi thuyết Tương đối rộng của Einstein thay thế thuyết Vạn vật Hấp dẫn của Newton, nókhông nhằm chỉnh sửa đôi chút định luật nghịch đảo bình phương mà là loại bỏ kháiniệm cơ bản cho rằng hấp dẫn là lực hút một vật thể bởi các vật thể khác. Trong thuyếtTương đối rộng, ta không đề cập đến lực mà quan tâm đến độ cong của không gian vàthời gian. Tuy hệ quả - của việc thay thế luật hấp dẫn Newton bằng thuyết Tương đối rộng- là có sửa đổi chút xíu (nhỏ hơn một phần triệu) những tiên đoán về sự vận hành của HệMặt Trời, nhưng thuyết của Einstein đã làm một cuộc cách mạng trong nhận thức về tựnhiên. Ngày nay, chúng ta cần một cuộc cách mạng khác nữa. Steven Weinberg ♣Tóm tắt - Vật lý hạt cơ bản có mục tiêu tìm hiểu, tiên đoán, phân loại, sắp xếp, khám phánhững đặc tính cũng như những định luật chi phối sự vận hành của các thành phần sơ cấp cấutạo nên vật chất trong toàn vũ.Mô hình Chuẩn (the Standard Model, SM) của vật lý vi hạt là lý thuyết diễn tả toàn vẹn vànhất quán hệ thống của những “viên gạch” sơ cấp của vật chất dưới tác động của ba trong bốnlực cơ bản của Tự nhiên: lực điện-từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu để từ đó vạn vậthình thành và biến hóa.Lực hấp dẫn, diễn tả bởi thuyết Tương đối rộng, là lực cơ bản thứ tư mà sự hoà nhập với balực của SM hãy còn để ngỏ chưa hiện thực được, đó chính là cuộc cách mạng mà Weinbergnêu ra ở trên, do đó trọng lực không là đối tượng của bài viết.Bài gồm bốn phần:PHẦN I: Nhập đề, phác họa và dẫn giải tổng quan để đọc giả làm quen với những thuật ngữvà khái niệm chủ yếu của SM, qua đó có cái nhìn bao quát về những đề tài của thế giới vi mô.PHẦN II: Mô tả những hiện tượng điển hình liên quan đến các hạt quark, thành phần cơ bảncủa hạt nhân nguyên tử. Quark bị chi phối chủ yếu bởi lực mạnh gắn kết chúng để cấu tạo nênhadron gồm hai loại là baryon (hạt có spin bằng ½ mà điển hình là proton và neutron) vàmeson (spin 0, 1 mà điển hình là meson π hay pion). Trong tiến trình khám phá ra lực mạnh,lý thuyết Yukawa đóng vai trò mở đường, theo đó tương tác của các baryon là do sự trao đổicác meson giữa chúng. Thế năng Coulomb 1/R của lực điện-từ và thế năng Yukawa e mR/R −của lực mạnh theo thứ tự là do trao đổi photon và meson π (với khối lượng 0 và m). Thế năngCoulomb là một trường hợp đặc biệt của thế năng phổ quát Yukawa: khi m→ 0, e mR/R → −♣ Night thoughts of a quantum physicist. Bulletin of the American Academy of Arts and Sciences, Vol. 49, No. 3(Dec., 1995),pp. 51-64. 21/R, m càng lớn thì tầm truyền R của lực càng nhỏ, photon không có khối lượng nên lực điện-từ truyền đi vô hạn (nguyên lý bất định Rm ∼ ћ).Nguyên lý đối xứng được khai thác với dụng cụ toán học là nhóm SU(3) để khám phá nhữngtính chất đặc thù, phong phú của các hạt cơ bản, thứ nhất là hương và sắc của quark, thứ hailà công thức phổ quát GNN (Gell-Mann, Nakano, Nishijima) chi phối các hadron, các hạt cơbản và các lực. Công thức GNN cũng là kim chỉ nam định hướng cho sự hoà nhập giữa lựcđiện-từ và lực yếu, chủ đề của PHẦN IV.Tựa như bảng tuần hoàn Mendeleïev trong hóa học, các nhóm bội baryon và meson có thể sắpxếp theo hình tám cạnh đều đặn mà Gell-Mann đã mượn danh từ Bát chánh đạo của nhà Phậtđể chỉ định chúng.PHẦN III: Trình bày phương pháp cơ bản để khám phá ra Sắc động học lượng tử (QCD),định luật chi phối sự vận hành của quark. Trước hết cần thấu triệt một nguyên lý cực kỳphong phú gọi là Đối xứng Chuẩn Định xứ (Local Gauge Symmetry), nền tảng của Điện độnghọc lượng tử (QED), tức là thuyết về lực điện-từ đã được hoàn tất thời tiền SM. Nguyên lýnày được mở rộng và khai thác để khám phá ra hai định luật cơ bản khác của SM là QCD (ởPHẦN III) và Điện-Yếu (ở PHẦN IV). QED ⇒ đối xứng chuẩn định xứ ⇒ QCD và Điện-YếuĐối xứng chuẩn xác định là phải tồn tại những boson chuẩn mang spin 1 để truyền tải lực choquark và lepton tương tác, những boson chuẩn này tuân theo phương trình Maxwell (chophoton của lực điện-từ) và Yang-Mills (cho gluon của lực mạnh và W, Z của lực yếu). Haitính chất đặc thù của QCD là “Tự do tiệm cận” và “Nô lệ hồng ngoại” giải thích quark vàgluon bị gắn chặt không thoát nổi ra ngoài hadron ở nhiệt độ (năng lượng) thấp. Trái lại vớinăng lượng càng cao thì quark và gluon càng tự do, chúng không bị gắn kết chặt chẽ tronghadron. Đó chính là trạng thái của vật chất ở thuở Big Bang và ở các máy gia tốc có nănglượng cực kỳ lớn.PHẦN IV: Dành cho lực hạt nhân yếu và sự hoà nhập của nó với lực điện-từ để trở thànhthuyết Điện-Yếu, đ ...