Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 40: Các hạt sơ cấp

CAÙC HAÏT SÔ CAÁP 
Ở thế kỷ XIX nhiều nhà khoa học đã chứng tỏ rằng nhiều chất quen thuộc như oxy và carbon đều có một thành phần nhỏ nhất có thể nhận dạng được và họ gọi chúng là các nguyên tử . Vào những năm 1930, những công trình tập thể của Joseph John Thomson, Ernest Rutherford, Niels Bohr và James Chadwick đã cho ra đời một mô hình nguyên tử giống như hệ mặt trời ( vì thế mô hình này còn được gọi là " mẫu hành tinh ") mà phần lớn chúng ta đều đã rất quen thuộc . Trong mô hình này , nguyên tử không phải là thành phần sơ cấp nhất của vật chất mà là được tạo thành từ một hạt nhân chứa proton và neutron với đám mây electron bao quanh 
KHÁI NIỆM HẠT SƠ CẤP 
 1) Hạt sơ cấp là gì ? 
 Cho đến nay người ta đã phát hiện được các hạt có kích thước và khối lượng rất nhỏ , chẳng hạn như electron, proton, notron , mezôn , muyôn , piôn . Tất cả các hạt này được gọi là các hạt sơ cấp . Nói chung hạt sơ cấp nhỏ hơn hạt nhân nguyên tử 
VD: phôtôn ( ), electron( e- ), pôzitrôn ( e+ ), prôtôn ( p ), nơtron ( n), nơtrinô ( ) 
 2)Sự xuất hiện các hạt sơ cấp mới 
 Để có các hạt sơ cấp mới , người ta làm tăng vận tốc của một số hạt và cho chúng bắn vào các hạt khác nhau . Công cụ chủ yếu là các máy gia tốc 
3) Phân loại hạt sơ cấp 
 a) Photon : ( ) có 
 b) Lepton: gồm các hạt nhẹ như electron , muyôn , các hạt tau. có khối lượng từ 0 =>200 
 c) Mezôn : gôm các hạt có khối lượng trung bình trong khoảng từ 200 đến 900 
Gồm hai nhóm mezôn : mezôn và mezon K có khối lượng trên 200 nhưng nhỏ hơn khối lượng của nuclon 
 d) Barion gồm các hạt nặng có khối lượng bằng hoặc lớn hơn khối lượng photon . có hai nhóm Barion là nuclon và hiperon , cùng các phản hạt của chúng 
 Tập hợp các mezon và barion có tên chung là các hađrôn 
 Phôtôn có khối lượng nghỉ bằng 0 . Ngoài photon , trong tự nhiên còn có các hạt khác có khối lượng nghỉ bằng 0 , như hạt nơtrinô , graviton. Thay cho người ta còn dung đại lượng đặc trưng là năng lượng nghỉ tính theo hệ thức anhxtanh ( ) 
II. Tính chất của các hạt sơ cấp : 
a) Khối lượng nghỉ : 
 b) Điện tích 
 Hạt sơ cấp có thể có điện tích Q = +1 ( tính theo đơn vị e ; e là đơn vị điện tích nguyên tố ) hoặc Q = - 1 , hoặc Q = 0 . Q được gọi là số lượng tử điện tích biểu thị tính gián đoạn của độ lớn điện tích các hạt 
c) Spin 
Spin của photon 
Trong cơ học cổ điển , mô men xung lượng được phát triển từ xung lượng cho sự quay của một vật có khối lượng , và được biểu diễn bằng công thức L = r × p , nhưng spin trong cơ học lượng tử vẫn tồn tại ở một hạt với khối lượng bằng 0, bởi vì spin là bản chất nội tại của hạt đó . Các hạt cơ bản như electron có thể có spin khác 0, ngay cả khi nó được coi là chất điểm và không có cấu trúc nội tại . Khái niệm spin được đưa ra lần đầu vào năm 1925 bởi Ralph Kronig và , đồng thời , bởi George Unlenbeck và Samuel Goudsmit một cách độc lập . 
Spin là một khái niệm trong vật lý , là bản chất của mô men xung lượng và là một hiện tượng của cơ học lượng tử thuần túy , không cùng với những sự tương đồng trong cơ học cổ điển . 
d) Thời gian sống trung bình T 
Trong số các hạt sơ cấp   chỉ có 4 hạt ko bị phân rã thành các hạt khác goi là các hạt bền ( proton , electon , photon , nơtrino ) . Còn tất cả các hạt khác đều ko bền và bị phân rã thành các hạt khác . Trừ nơtron và electron có thời gian sống dài còn các hạt ko bền khác đều có thời gian sống rất ngắn , cỡ từ s đến s 
 3) Phản hạt 
a)   phần lớn các hạt sơ cấp đều tạo thành cặp mỗi cặp gồm hai hạt có khối lượng nghỉ và spin như nhau nhưng có điện tích Q bằng nhau về độ lớn ngược nhau về dấu . 
ví dụ 
electron và phản hạt của nó ( pozitron ) 
b) Trong quá trình tương tác giữa các hạt sơ cấp có thể xảy ra hiện tưọng huỷ hạt + phản hạt thành photon hay cùng lúc tạo ra cặp hạt + phản hạt từ những photon 
Hạt 
Phản hạt 
III) Tương tác của các hạt sơ cấp 
a ) Tương tác hấp dẫn 
là tương tác giữa hai vật chất có khối lượng . Bán kính của tương tác hấp dẫn lớn vô cùng nhưng cường độ thì rất nhỏ 
b) Tương tác điện từ 
Là tương tác giữa các hạt mang điện . Bán kính tác dụng lớn vô cùng và cường độ mạnh hơn tương tác hấp dẫn lần 
c) tương tác yếu : Là tương tác chịu trách nhiêm trong phân rã . 
d) tương tác mạnh : là tương tác giữa các hadrôn như tương tác giữa các muclon trong hạt nhân tạo nên lực hạt nhân 
CAÙM ÔN COÂ VAØ CAÙC BAÏN ÑAÕ THEO DOÕI