Vật lý hạt cơ bản

Tham khảo tài liệu vật lý hạt cơ bản, tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật lý hạt cơ bản Lý thuyÕt H¹t c¬ b¶n T duy (Thinker) (Rodin) §· tõ l©u loµi ngêi thêng ®Æt c©u hái: ThÕ giíi ®îc t¹o nªn tõ nh÷ng thø g×? vµ C¸i g× ®· gi÷ chóng l¹i víi nhau?Môc tiªu cña Lý thuyÕt h¹t c¬ b¶n lµ tr¶ lêi cho c©u hái nµy TS. Ph¹m Thóc TuyÒn Hµ néi-2004 1thÕ giíi h¹t c¬ b¶n bao gåm Lepton Quark 2 Sù TiÕn triÓn cña vò trô (tõ sau big bang) PhÇn I vËt lý h¹t c¬ b¶n Ch¬ng I NhËp m«n1. HÖ ®¬n vÞ 3 Ta sÏ dïng hÖ ®¬n vÞ nguyªn tö, trong ®ã h = c = 1 . Khi ®ã, c¸c thønguyªn cña ®é dµi, thêi gian, khèi lîng, n¨ng lîng, xung lîng sÏ ®îcliªn hÖ víi nhau b»ng hÖ thøc sau ®©y: 1 1 1 [l ] = [t ] = = = [ m] [ E ] [ p ] §iÖn tÝch sÏ kh«ng cã thø nguyªn. §iÒu nµy cã thÓ suy ra tõ ®Þnh luËtCoulomb: é q2 ù é p ù é 1 ù [F] = ê l 2 ú = ê t ú = ê l 2 ú ë ûëûë ûNh vËy, h»ng sè cÊu tróc tinh tÕ: e2 1 a= = hc 137, 03604(11)còng kh«ng cã thø nguyªn. Thø nguyªn cña thÕ ®iÖn tõ, ®iÖn tõ trêng, mËt®é Lagrangean sÏ lµ: r r r [ A0 ] = [ A] = [m] , [ E ] = [ H ] = [m 2 ] , [ L ] = [m 4 ] Thø nguyªn cña trêng boson vµ cña trêng fermion cã thÓ suy ra tõthø nguyªn cña mËt ®é Lagrangean: [m 2j *j ] = [myy ] = [ L] Þ [j ] = [m], [y ] = [m3/ 2 ] C¸c yÕu tÝch, mÇu tÝch còng gièng nh ®iÖn tÝch sÏ kh«ng cã thønguyªn. Hµng sè t¬ng t¸c yÕu 4-®êng fermion sÏ cã thø nguyªn lµ: [GF ] = [m -2 ]Nã ®îc suy ra tõ thø nguyªn cña trêng fermion vµ cña mËt ®é Lagrangean.Thø nguyªn cña hµng sè t¬ng t¸c hÊp dÉn còng t¬ng tù nh vËy. Tãm l¹i, ta chØ cÇn mét ®¬n vÞ ®o duy nhÊt, mµ sau ®©y ta chän lµ ®¬nvÞ ®o n¨ng lîng. §¬n vÞ ®o n¨ng lîng thêng dïng lµ electron-volt: eV. Nãlµ ®éng n¨ng mµ ®iÖn tö thu ®îc khi chuyÓn ®éng díi hiÖu ®iÖn thÕ 1 volt: 1 eV = 1,6021892(46).10 -19 JV× vËt lý h¹t c¬ b¶n lµ vËt lý n¨ng lîng cao, nªn ta thêng dïng béi cña ®¬nvÞ nµy ®Ó ®o n¨ng lîng, ®ã lµ kilo, mega-, giga- vµ tera-electron-volt: 1 TeV = 103 GeV = 106 MeV = 109 keV = 1012 eV §Ó chuyÓn gi¸ trÞ mét ®¹i lîng tõ hÖ nguyªn tö sang hÖ ®¬n vÞ th«ngthêng, ta dïng mét sè mèc gi¸ trÞ quen biÕt. Khi ®ã, ®é dµi, thêi gian vµkhèi lîng gi÷a hai hÖ ®¬n vÞ sÏ cã sù liªn hÖ nh sau: h h » 2.10 -14 m , m = 1,673.10 -27 kg » 7.10 -25 s , 2 m pc mcTõ ®ã suy ra: 4 1 GeV -1 » 0,7.19-24 s » 2.10-14 cm H»ng sè t¬ng t¸c cña hÊp dÉn rÊt nhá so víi hµng sè t¬ng t¸c yÕu,cho nªn, hÇu hÕt c¸c qu¸ tr×nh g©y nªn do t¬ng t¸c hÊp dÉn gi÷a c¸c vi h¹t®Òu cã thÓ bá qua. §Ó dÔ h×nh dung, ta so s¸nh hai h»ng sè ®ã: GN » 6,7.10-39 hc5 GeV -2 GF » 1, 2.10-5 h3c3 GeV -2 NghÜa lµ trong hÖ h = c = 1 , t¬ng t¸c hÊp dÉn yÕu h¬n t¬ng t¸c yÕu®Õn h¬n 33 bËc. 2. H¹t c¬ b¶n vµ c¸c lo¹i t¬ng t¸c gi÷a chóng. H¹t c¬ b¶n, (cßn gäi lµ h¹t nguyªn thuû, h¹t s¬ cÊp – tiÕng Anh lµelementary hay fundamental particles) ®îc hiÓu lµ nh÷ng cÊu tö d¹ng ®iÓmcña thÕ giíi vËt chÊt mµ b¶n th©n chóng kh«ng cã cÊu tróc bªn trong(substructure), Ýt nhÊt lµ trong giíi h¹n kÝch thíc hiÖn nay. Giíi h¹n kÝchthíc hiÖn nay lµ cì 10 -16 - 10 -17 cm , tøc lµ, n¨ng lîng cã thÓ cung øng ®Ónghiªn cøu s©u vµo cÊu tróc vËt chÊt lµ cì 1 TeV . Trong t¬ng lai gÇn, sÏ x©ydùng c¸c m¸y gia tèc, sao cho c¸c h¹t cã thÓ ®¹t ®Õn ®éng n¨ng cì 100 TeV . C¸c h¹t c¬ b¶n ®îc ph©n lo¹i theo nhiÒu tiªu chÝ. NÕu xÐt trªn vai trßcÊu thµnh vµ liªn kÕt cña thÕ giíi vËt chÊt, th× chóng gåm hai lo¹i: lo¹i cÊuthµnh nªn thÕ giíi vËt chÊt vµ lo¹i truyÒn t¬ng t¸c liªn kÕt gi÷a c¸c hÖ vËtchÊt. I. H¹t cÊu thµnh vËt chÊt. C¸c h¹t lo¹i nµy ®Òu cã spin s = 1 / 2 , tøclµ c¸c fermion. Chóng ®îc ph©n thµnh hai nhãm: lepton vµ quark. C¸c h¹tmµ tríc ®©y vµi chôc n¨m cßn ®îc cho lµ h¹t c¬ b¶n, nh proton, neutron,p - meson (pion),…, th× b© ...