Bài giảng Vật lý 2: Chương 8b - Lê Quang Nguyên

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý 2: Chương 8b cung cấp cho người học những kiến thức về vật lý hạt cơ bản. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Các hạt dưới nguyên tử, máy gia tốc và máy dò hạt, các hạt cơ bản, hạt cơ bản và lịch sử vũ trụ, câu hỏi trắc nghiệm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý 2: Chương 8b - Lê Quang Nguyên

Nội dung 1. Các hạt dưới nguyên tử a. Mở đầu b. Các hadrons: baryons và mesons c. Các leptons Vật lý hạt cơ bản d. Phản hạt 2. Máy gia tốc và máy dò hạt Lê Quang Nguyên 3. Các hạt cơ bản www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen 4. Hạt cơ bản và lịch sử vũ trụ nguyenquangle59@yahoo.com 5. Câu hỏi trắc nghiệm 1a. Mở đầu 1a. Mở đầu (tt) • Cho đến nay chúng ta đã biết các hạt: • Cho đến nay các nhà khoa học đã – Photon γ tìm được trên 100 hạt dưới – Electron e– nguyên tử. Subatomic particles – Proton p • Mỗi hạt lại có phản hạt tương ứng. Trong một số • Chúng ta cũng đã biết bốn loại trường hợp, – Neutron n phản hạt trùng – π meson: π0, π+, π– trong tương tác hạt nhân tương tác, theo cường độ giảm với hạt. – Electron-neutrino νe trong phân rã β+ dần: • Chúng ta cũng đã biết các phản hạt: – Tương tác mạnh (hạt nhân) – Tương tác điện từ – Positron e+ – Tương tác yếu (phân rã β) – Phản electron-neutrino ν e trong phân rã β– – Tương tác hấp dẫn
1b. Các hadrons: baryons và mesons 1b. Các baryons • Hadrons là những hạt thể hiện • Baryons là fermions. Fermions: các hạt có spin Tiếng Hy Lạp tương tác mạnh. – n, p Nucleons bán nguyên • Chúng cũng có thể có các loại Hadron: mạnh – Λ, Σ, Ω, Δ, Ξ ... Hyperons tương tác khác. Baryon: nặng • Số baryon B: là một số lượng tử gán cho mỗi • Hadrons được chia làm hai loại: Meson: trung baryon. bình – Baryons – Các baryons có B = +1 – Mesons – Phản hạt của chúng có B = –1 • Các hadrons có thể mang điện • Trong một phản ứng số baryon được bảo toàn. dương, âm hay trung hòa. n → p + e − +ν e Baryon phải xuất hiện B: 1 = 1 + 0 + 0 từng cặp trong một phản ứng 1b. Các mesons 1c. Các leptons • Leptons là các fermions, có spin ½, rất nhẹ. • Mesons là bosons. Bosons: các hạt có spin • Không thể hiện tương tác mạnh. – π, K, η, J/ψ, ρ,Υ ... nguyên • Đặc trưng bởi số lepton L = 1, phản hạt có L = –1. • Mesons và các phản mesons đều có B = 0. Thế Điện Số p → n+π + Meson có thể xuất hiện hệ Lepton tích(e) lepton B: 1 = 1 + 0 riêng lẻ trong một phản Electron neutrino νe 0 ứng 1 Le = 1 Electron e– –1 Muon neutrino νμ 0 2 Lμ = 1 Muon μ– –1 Tau neutrino ντ 0 3 Lτ = 1 Tau τ– –1
1c. Các leptons (tt) 1d. Phản hạt • Số lepton của từng thế hệ bảo toàn trong một • P. Dirac (1927) tiên đoán sự tồn tại của phản phản ứng. hạt khi mở rộng Cơ học lượng tử cho các hạt tương đối tính. µ − → e − +ν e +ν µ Các lepton của mỗi thế • C. D. Anderson (1932) phát hiện phản hạt đầu hệ phải xuất hiện từng tiên (positron) trong các tia vũ trụ. Le: 0 = 1 – 1 + 0 cặp • Phản hạt có điện tích, số baryon, số lepton trái Lμ : 1 = 0 + 0 + 1 dấu, hay cũng có thể trùng với chính hạt. • Hiện tượng sinh và hủy cặp: Photon phân rã thành cặp γ → e− + e+ hạt - phản hạt e − + e + → 2γ Cặp hạt - phản hạt biến mất, tạo ra 2 photon 2a. Máy gia tốc hạt 2b. Máy dò hạt • Các nhà khoa học tìm ra các hạt mới bằng cách: • Các nhà khoa học dùng từ trường để xác định dấu của điện tích và động lượng của các hạt. – Tìm kiếm trong các tia vũ trụ. – Cho các hạt năng lượng cao đến va chạm nhau • Máy dò muon CMS ở Fermilab. trong các máy gia tốc hạt, tạo ra các hạt mới. • Trong máy gia tốc, các hạt được gia tốc bằng điện từ trường. • Máy gia tốc ở CERN, nơi phát hiện các bosons W và Z. • Mô phỏng hoạt động máy LHC ở CERN.
3a. Các hạt cơ bản 3b. 12 hạt cơ bản • Thực nghiệm đã xác nhận thuyết “Mô hình chuẩn”, theo đó tất cả được cấu tạo từ 12 hạt cơ bản và các phản hạt của chúng. • Các hạt cơ bản này có spin ½, gồm hai nhóm: – Nhóm leptons – Nhóm quarks • Chúng tương tác thông qua các bosons truyền: – tương tác điện từ: photon γ – tương tác yếu: bosons W–, W+, Z0 – truyền tương tác mạnh: gluons g 3d. Các boson truyền tương tác 3e. Cấu tạo của các hadrons • Các baryons được cấu tạo từ ba hạt quarks. • Các phản baryons thì gồm ba phản quarks. • Các mesons được cấu tạo từ một quark và một phản quark. • Minh họa.
Câu hỏi 1 Trả lời câu hỏi 1 Hạt nào sau đây xuất hiện trong phân rã beta để • Đó chính là hạt electron neutrino νe, xuất hiện năng lượng và động lượng được bảo toàn? cùng positron, p → n + e + +ν e (a) alpha. (b) neutrino. • hay phản hạt của nó ν e , xuất hiện cùng (c) lepton. electron. (d) proton. n → p + e − +ν e • Câu trả lời đúng là (b). Câu hỏi 2 Trả lời câu hỏi 2 Nhóm hạt nào sau đây không thể hiện tương tác • Các leptons không thể hiện tương tác mạnh. mạnh? • Câu trả lời đúng là (c). (a) Baryons. (b) Mesons. (c) Leptons. (d) Hadrons.
Câu hỏi 3 Trả lời câu hỏi 3 Hạt nào sau đây thuộc nhóm hadrons? • Proton là một baryon thuộc nhóm hadrons. • Các hạt còn lại đều là leptons. (a) Electron. • Câu trả lời đúng là (b). (b) Proton. (c) Muon. (d) Tau. Câu 4 Trả lời câu 4 Hạt nào sau đây được cấu tạo từ một quark và • Pion là một meson, do một quark và một phản một phản quark? quark tạo nên. • Câu trả lời đúng là (c). (a) Electron. (b) Proton. (c) π meson (pion). (d) Neutron.
Câu 5 Trả lời câu 5 Hạt Ξ– là một baryon có spin s = ½ và điện tích q • Biết rằng điện tích của quark u là 2/3, quark d = –1. Hạt này chứa hai quark lạ và nó là tổ hợp và s là –1/3, điện tích của các tổ hợp trên là: của ba quark. Đó là tổ hợp nào sau đây? Tổ hợp Điện tích (a) (ssd). (a) ssd –1/3 – 1/3 – 1/3 = –1 (b) (sdu). (b) sdu –1/3 – 1/3 + 2/3 = 0 (c) (usd). (c) usd 2/3 – 1/3 – 1/3 = 0 (d) (ssu). (d) ssu –1/3 – 1/3 + 2/3 = 0 • Câu trả lời đúng là (a). Minh họa