Tính ra khối lượng của những hạt quark phổ biến nhất

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

91
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: 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 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).C ông trình của các nhà 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 đến mức vài phần trăm. Các nhà khoa học đã biết khối lượng của hạt proton hầu như một thế kỉ nay rồi, nhưng việc tính ra khối lượng của từng quark bên trong thì vẫn là 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 tại trong một món súp gồm những quark, phản quark khác và các gluon, một loại hạt khác nữa. Để xác định các khối lượng quark, Lepage giải thích, cần phải hiểu đầy đủ về lực mạnh. Họ xử lí vấn đề đó với những siêu máy tính lớn cho phép họ mô phỏng hành trạng của các quark và gluon bên trong các hạt thí dụ như proton. Các quark 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 proton 180 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 trong những bí ẩn lớn trong ngành vật lí lí thuyết lúc này”, Lepage nói. “Thật vậy, rốt cuộc không rõ vì sao các quark lại có khối lượng”. Ông cho biết thêm rằng MáyVa chạm Hadron Lớn mới triển khai gần đây ở Geneva được xây dựng để trả lời câu hỏi 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 động trên cơ sở nhiệt hoặc cải tiến một thiết kế hiện có, họ đều vấp phải một giới hạn hiệu suất cơ bản: giới hạn Carnot.
Giới hạn Carnot “thiết lập một giới hạn tuyệt đối trên hiệu suất mà năng lượng nhiệt có thể biến đổi thành công có ích”, theo giáo sư Robert Jaffe ở Viện Công nghệ Massachusetts, Mĩ. Nicolas Léonard Sadi Carnot, sinh ra ở Pháp vào năm 1796 và chỉ sống tới năm 36 tuổi, 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 cho những thành tựu của ông đặc biệt đáng chú ý là vì thực tế thì bản chất của nhiệt vẫn không được hiểu rõ mãi rất lâu sau khi ông qua đời. Vào thời gian nghiên cứu của ông, các nhà khoa học vẫn tán thành lí thuyết “calo” của nhiệt, lí thuyết cho rằng một chất lỏng vô hình mang tên chất 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 bộ nguyên tắc, trong một số trường hợp, vẫn được sử dụng rộng rãi. Một trong số đó là giới hạn Carnot (còn gọi là hiệu suất Carnot), cho bởi một phương trình đơn giản: hiệu nhiệt độ giữa chất lưu làm việc nóng – thí dụ hơi nước trong nhà máy điện – và nhiệt độ nguội đi của nó khi nó rời khỏi động cơ, chia cho nhiệt độ tính theo độ Kelvon (nghĩa là nhiệt độ tuyệt đối) của chất lưu nóng. Hiệu suất lí thuyết này biểu diễn theo phần trăm, giá trị có thể đạt tới những thật ra chưa bao giờ đạt tới. Vào thời đại nghiên cứu của Carnot, những động cơ hơi nước tốt nhất trên thế giới có hiệu suất tổng chỉ khoảng 3%. Ngày nay, các động cơ hơi nước truyền thống có thể đạt tới hiệu suất 25%, và các máy phát hơi tuabin khí trong 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 hạn Carnot của chúng là 27%. Vì giới hạn hiệu suất ấy dựa trên hiệu nhiệt độ giữa nguồn nóng và bất cứ cái gì dùng để làm nguội hệ thống – thường là không khí bên ngoài hoặc một nguồn cấp nước – nên rõ
ràng 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 hơi nước đến 1200 độ Celsius sử dụng một lượng năng lượng cho trước hiệu quả hơn nhiều so với một nguồn năng lượng 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 mà tồn 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 các ion mang điện. Trên Trái Đất, trạng thái plasma là hiếm, tuy nhiên, tới trên 99% vật chất trong Vũ trụ đang tồn tại dưới dạng plasma. .
Trạng thái Plasma trên Mặt Trời Do có nhiệt độ rất cao nên plasma có thể dùng làm nguồn gây "phản ứng nhiệt hạt nhân" là phản ứng có thể cung cấp một lượng năng lượng gần như vô tận. “Nhà máy điện nhiệt hạt nhân" chẳng hạn, nếu hoạt động, có thể cung cấp điện cho loài người dùng trong hàng triệu năm mà chỉ cần sử dụng chưa đến 1/1000 lượng nước có trong các đại dương. Tuy nhiên, tạo ra và khống chế "phản ứng nhiệt hạt nhân" là vấn đề không đơn giản và hiện nay các nhà bác học vẫn còn đang trên đường tìm tòi nghiên cứu.