Tính ra khối lượng của những hạt quark phổ biến nhất

Các quark, những hạt sơ cấp cấu tạo nên proton và neutron, vốn khét tiếng là khó nắm bắt. Tuy nhiên, nay một nhóm nghiên cứu do giáo sư vật lí trường Cornell G. Peter Lepage đồng sáng lập đã tính ra khối lượng, với biên sai số tương đối mỏng, của ba quark nhẹ nhất và, do đó, hay lảng tránh nhất: quark lên (up), quark xuống (down) và quark lạ (strange).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính ra khối lượng của những hạt quark phổ biến nhất Tính ra khối lượng của những hạt quark phổ biến nhất Các quark, những hạt sơ cấp cấu tạo nên proton và neutron, vốn khéttiếng là khó nắm bắt. Tuy nhiên, nay một nhóm nghiên cứu do giáo sư vật lítrường Cornell G. Peter Lepage đồng sáng lập đã tính ra khối lượng, với biênsai số tương đối mỏng, của ba quark nhẹ nhất và, do đó, hay lảng tránh nhất:quark lên (up), quark xuống (down) và quark lạ (strange).C ông trình của cácnhà nghiên cứu công bố trên tờ Physical Review Letters. Các kết quả trên giảm độ bất định của khối lượng quark đi 10 đến 20 lần đếnmức vài phần trăm. Các nhà khoa học đã biết khối lượng của hạt proton hầu nhưmột thế kỉ nay rồi, nhưng việc tính ra khối lượng của từng quark bên trong thì vẫnlà một thách thức lớn. Các quark được giữ chặt với nhau bằng cái gọi là lực mạnh –mạnh đến mức không thể nào phân tách và nghiên cứu chúng được. Chúng tồn tạitrong một món súp gồm những quark, phản quark khác và các gluon, một loại hạtkhác nữa. Để xác định các khối lượng quark, Lepage giải thích, cần phải hiểu đầy đủvề lực mạnh. Họ xử lí vấn đề đó với những siêu máy tính lớn cho phép họ môphỏng hành trạng của các quark và gluon bên trong các hạt thí dụ như proton. Cácquark có một ngưỡng khối lượng rộng đến kinh ngạc. Nhẹ nhất là quark lên,nó nhẹ hơn proton đến 470 lần. Nặng nhất là quark đỉnh (top), nặng hơn proton180 lần – gần như nặng bằng một nguyên tử chì. “Tại sao tỉ số giữa các khối lượng này lại lớn như vậy? Đây là một trongnhững bí ẩn lớn trong ngành vật lí lí thuyết lúc này”, Lepage nói. “Thật vậy, rốtcuộc không rõ vì sao các quark lại có khối lượng”. Ông cho biết thêm rằng MáyVachạm Hadron Lớn mới triển khai gần đây ở Geneva được xây dựng để trả lời câuhỏi này. Theo các kết quả của họ, quark lên nặng xấp xỉ 2 mega electron volt (MeV),quark xuống nặng xấp xỉ 4,8 MeV, và quark lạ nặng chừng 92 MeV. Giải thích giới hạn Carnot Hễ khi nào các kĩ sư muốn thiết kế ra một loại động cơ mới hoạt độngtrên cơ sở nhiệthoặc cải tiến một thiết kế hiện có, họ đều vấp phải một giới hạn hiệu suất cơbản: giới hạn Carnot. Giới hạn Carnot “thiết lập một giới hạn tuyệt đối trên hiệu suất mà nănglượng nhiệt có thể biến đổi thành công có ích”, theo giáo sư Robert Jaffe ở ViệnCông nghệ Massachusetts, Mĩ.Nicolas Léonard Sadi Carnot, sinh ra ở Pháp vào năm 1796 và chỉ sống tới năm 36tuổi, đã suy luận ra giới hạn này. Sự hiểu biết sâu sắc của ông về bản chất của nhiệt,và các giới hạn trên máy cơ sử dụng nhiệt, có sự tác động tồn tại cho đến ngày nay.Cái làm chonhững thành tựu của ông đặc biệt đáng chú ý là vì thực tế thì bản chất của nhiệtvẫn không được hiểu rõ mãi rất lâu sau khi ông qua đời. Vào thời gian nghiên cứucủa ông, các nhà khoa học vẫn tán thành lí thuyết “calo” của nhiệt, lí thuyết chorằng một chất lỏng vô hình mang tênchất lỏng nhiệt đã mang nhiệt từ vật này sang vật khác.Quyển sách năm 1824 của Carnot “Bàn về sức mạnh của lửa” đã đặt ra một bộnguyên tắc, trong một số trường hợp, vẫn được sử dụng rộng rãi. Một trong số đólà giới hạn Carnot (còn gọi là hiệu suất Carnot), cho bởi một phương trình đơngiản: hiệu nhiệt độ giữa chất lưulàm việc nóng – thí dụ hơi nước trong nhà máy điện – và nhiệt độ nguội đi của nókhi nó rời khỏi động cơ, chia cho nhiệt độ tính theo độ Kelvon (nghĩa là nhiệt độtuyệt đối) của chất lưu nóng. Hiệu suất lí thuyết này biểu diễn theo phần trăm, giátrị có thể đạt tới những thật ra chưabao giờ đạt tới. Vào thời đại nghiên cứu của Carnot, những động cơ hơi nước tốtnhất trên thế giới có hiệu suất tổng chỉ khoảng 3%. Ngày nay, các động cơ hơinước truyền thống có thể đạt tới hiệu suất 25%, và các máy phát hơi tuabin khítrong các nhà máy điện có thể đạt tới 40% hoặc cao hơn – so với giới hạn Carnot,tùy thuộc vào độ chênh lệch nhiệt chính xác của các nhà máy ấy, là khoảng 51%.Các động cơ xe hơi ngày nay có hiệu suất 20% hoặc thấp hơn, so với giới hạnCarnot của chúng là 27%. Vì giới hạn hiệu suất ấy dựa trên hiệu nhiệt độ giữanguồn nóng và bất cứ cái gì dùng để làm nguội hệ thống – thường là không khí bênngoài hoặc một nguồn cấp nước – nên rõràng là nguồn nóng có nhiệt độ càng cao, thì hiệu suất khả dĩ càng lớn. Cho nên,chẳng hạn, Jaffe giải thích, “một lò phản ứng hạt nhân thế hệ thứ tư làm nóng hơinước đến 1200 độ Celsius sử dụng một lượng năng lượng cho trước hiệu quả hơnnhiều so với một nguồn nănglượng địa nhiệt sử dụng hơi nước ở 120 độ Celsius”. Plasma Trong lòng Mặt Trời nhiệt độ lên tới hàng chục triệu độ.Ở nhiệt độ này,vật chất không tồn tại dưới ba trạng thái thường gặp là khí, lỏng và rắn màtồn tại dưới một trạng thái đặc biệt gọi là plasma. Trong trạng thái plasma,vật chất không tồn tạt dưới dạng các nguyên tử và phân tử mà dưới dạng cácion mang điện. Trên Trái Đất, trạng thái plasma là hiếm, tuy nhiên, tới trê ...