Tài liệu Bài giảng bài các hạt sơ cấp vật lý 12 (5)

I. ĐỊNH NGHĨA: Hạt sơ cấp là gì ? Hạt sơ cấp (còn được gọi là hạt cơ bản) là những thực thể vi mô tồn tại như một hạt nguyên vẹn, đơn nhất và không thể tách thành các thành phần nhỏ hơn. VD: hạt phôtôn, êlectron, pôzitron, nơtrinô …. II. PHÂN LOẠI: Phân loại theo khối lƣợng Hạt sơ cấp Phôtôn Leptôn Mêzôn Khối lượng tăng dần Barion II. PHÂN LOẠI: 1. Phôtôn: - Phôtôn còn được gọi là quang tử. - Không có khối lượng riêng nhưng có động lượng. - Chuyển động với vận tốc ánh sáng trong chân không. - Trong mọi hệ qui chiếu năng lượng của một hạt phôtôn là:  hc  II. PHÂN LOẠI: 2. Leptôn: - Leptôn có nghiã là “nhỏ” và “mỏng”. - Leptôn là hạt tuyệt đối bền vững. - Leptôn là hạt chất điểm. II. PHÂN LOẠI: 2. Leptôn: a. Êlectron e – và pôzitron e+ - Êlectron được Thomson phát hiện năm 1897 . - Năm 1928, Đirăc đã kết hợp thuyết tương đối hẹp và thuyết lượng tử để xây dựng phương trình Schrodinger và suy ra phản hạt pôzitron. - Năm 1932, Anderson đã tìm thấy phản hạt nói trên . - Sự huỷ cặp e+ và e- đồng thời tạo thành 2 phôtôn. II. PHÂN LOẠI: 2. Leptôn: b. Hạt nơtrinô - Năm 1937, Paul đã đoán: Trong sự phân rã β, đồng thời êlectron còn có một hạt không mang điện đƣợc phóng ra là nơtrinô. - Nơtrinô êlectron: n → p + e- + νe. - Nơtrinô muy : ν- → e- + νe + νμ π+ → μ- + νμ - Nơtrinô Tau: τ- → e- + νe + ντ. II. PHÂN LOẠI: 2. Leptôn: c. Hạt muy và hạt tau - Hạt μ được Anderson và Ned Dermrger tìm thấy năm 1973 . - Hạt Τau (τ) được phát hiện năm 1975 . II. PHÂN LOẠI: 3. Mêzôn: Gồm những hạt có khối lượng nghỉ trung bình II. PHÂN LOẠI: 3. Mêzôn: a. Hạt pi - Sự tồn tại của π được Yukawa tiên đoán từ năm 1935 mãi đến năm 1947 Oechialini và Powell mới tìm thấy . - Có hai loại hạt là π+ và πo. - π là các lượng tử của trường lực hạt nhân. II. PHÂN LOẠI: 3. Mêzôn: b. Kaôn - Gồm Κ+, Κ-, Κo. - Kaôn đầu tiên được tìm thấy trong tia vũ trụ là Κo do Butter và Rochester. - Κ là hạt lạ, mỗi Κ còn được đặc trưng bởi số lạ. II. PHÂN LOẠI: 4. Barion: - Còn gọi là Barion Fecmion : là các hạt có spin bán nguyên. - Barion được chia làm hai loại: + Nuclôn: proton và neutron. + Hipêron: là các hạt Λ, Ω,... II. PHÂN LOẠI: 4. Barion: Nuclôn *Prôtôn (p) - Ernest Rutherford là người khám phá ra prôtôn. - Prôtôn là 1 loại hạt tổ hợp, điện tích là +. - Số prôtôn trong nguyên tử của một nguyên tố bằng điện tích hạt nhân nguyên tố Cấu trúc Quark của Proton đó. II. PHÂN LOẠI: 4. Barion: Nuclôn *Prôt6n (p) *Nơtron - Nơtron được - Nơtron đóng vai trò Chadwick tìm ra - trong Quá trình phân rã β nhiều phản nămnơtron: 1932, phản của ứng hạtđược nhân. nơtron tìm  ~ ra bởi Bruce n  p  e  e Cork năm 1956. Cấu trúc Quark của Nơtron II. PHÂN LOẠI: Tập hợp các Mêzôn và các Barion có tên chung Hađrôn Củng cố kiến thức Các loại hạt sơ cấp (phân theo khối lượng) là: Phôtôn, leptôn, mêzôn và hađrôn. Phôtôn, leptôn, mêzôn và barion. Phôtôn, leptôn, barion và hađrôn. Phôtôn, leptôn, nuclôn và hipêron. III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: 1. Khối lượng nghỉ: - Các hạt sơ cấp đều có khối lượng nghỉ khác 0, trừ phôtôn, nơtrinô, gravitôn, gluôn,… - Đại lượng đặc trưng là năng lượng nghỉ Eovới Eo= moc2. VD: Êlectron có mo = 9,1.10-31 kg, Eo = 0,511 MeV Prôtôn có mo = 1,67.10-27 kg, Eo = 938,3 MeV III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: 2. Điện tích: - Một số hạt sơ cấp có điện tích Q =  e . - Hạt trung hoà có điện tích Q = 0 . 1 2 - Hạt quark có Q = ± e hoặc Q = ± e. 3 3 III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: 3. Spin: - Mỗi hạt sơ cấp có momen động lượng riêng và momen từ riêng được đặc trưng bởi số lượng tử spin, kí hiệu s . h - Momen động lượng riêng của hạt = s. . - Dựa vào spin, người ta chia hạt sơ cấp 2 thành hai loại: + Bozôn: là những hạt có s = 1(như phôtôn) hoặc có s = 0 (như pion) 1 + Fecmion: là những hạt có s = (như 2 nơtrinô, êlectron, prôtôn, nơtron,…) - Ngoài ra còn có spin đồng vị. III. CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HẠT SƠ CẤP: 4. Thời gian sống trung bình: Tên hạt Năng lượng Điện tích Thời gian sống Spin s Eo (MeV) Q (giây) Phôtôn 0 0 1 ∞ Êlectron Pôzitron Nơtrinô 0,511 0,511 0 -e +e 0 1/2 1/2 1/2 ∞ ∞ ∞ Piôn Kaôn 139,6 497,7 +e 0 0 0 2,6.10-8 8,8.10-11 Prôtôn Nơtron 938,3 939,6 +e 0 1/2 1/2 ∞ 932 Xicma Omêga 1189 1672 +e -e 1/2 3/2 8.10-11 1,3.10-10