Giải toán trực tuyến W | A




Vẽ đồ thị trong Oxyz plot3D(f(x,y),x=..,y=..)
Vẽ đồ thị trong Oxy plot(f(x),x=..,y=..)
Đạo hàm derivative(f(x))
Tích phân Integrate(f(x))


Giải toán trực tuyến W|A

MW

Hiển thị các bài đăng có nhãn quark. Hiển thị tất cả bài đăng
Hiển thị các bài đăng có nhãn quark. Hiển thị tất cả bài đăng

Thứ Sáu, 6 tháng 3, 2015

Bất biến gauge - Gauge invariance 4 .




Bất biến gauge -  Gauge invariance .

Trần hồng Cơ .
Ngày 15 tháng 7 năm 2012 .
Dịch , tổng hợp biên soạn và tham khảo tài liệu từ các nguồn 

1. Wikipedia .
2. The Encyclopedia of Science .
3. http://science-documentaries.com/ .
4. http://www.newscientist.com/ .
5. Scholarpedia

 -------------------------------------------------------------------------------------------







Phần 1 .



Phần 2 .



Phần 3 .



Phần 4 .


















-------------------------------------------------------------------------------------------

 Người có học biết mình ngu dốt. The learned man knows that he is ignorant.

 Victor Hugo.


Thứ Bảy, 31 tháng 1, 2015

Hiểu vật lý trong 60 giây - Bài 14 . Hạt quark


Hiểu vật lý trong 60 giây - Bài 14 .  Hạt quark 



Lời nói đầu .


Tạp chí Symmetry trình bày rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong Vật lý hiện đại với những ý tưởng , bài viết , công trình lý thuyết lẫn thực nghiệm của tập thể các nhà khoa học hàng đầu hiện nay trên thế giới . Chuyên mục " Hiểu biết Vật lý trong 60 giây " tổng hợp một số bài viết ngắn gọn , súc tích và đầy tính đột phá trong việc giải thích các cơ chế vật lý nhằm giúp người đọc dễ dàng tiếp cận những thông tin mới mẻ . Tác giả của những bài viết này hiện đang công tác tại các Trung tâm nghiên cứu , Viện Khoa học và các trường Đại học danh tiếng nên nguồn thông tin luôn được cập nhật thường xuyên .
 Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 05/05/2014.




 ------------------------------------------------------------------------------------------- 


 Hạt quark     




Minh họa: Sandbox Studio


Quark là các khối xây dựng cơ bản của vật chất. Chúng thường được tìm thấy bên trong hầu hết các proton và neutron, các hạt cấu tạo nên cốt lõi của mỗi nguyên tử trong vũ trụ. Mô hình sau đây cho thấy một proton với hai quark lên (up-màu đỏ) và một quark xuống (down-màu xanh), với các cặp quark-antiquark ảo (màu hồng) được liên tục tạo ra và tiêu diệt.
[Jefferson Lab, 2005]

 Ảnh động sau mô tả các lực hạt nhân (hay lực mạnh thặng dư) tương tác giữa một proton và một neutron. Các vòng tròn đôi nhỏ màu là các gluon, có thể xem là mối liên kết các proton và neutron với nhau. Những gluon này cũng duy trì sự kết hợp quark-antiquark gọi là các pion với nhau, và do đó giúp truyền tải một phần còn lại của lực mạnh ngay cả giữa các hadron không sắc . Các phản sắc cũng được thể hiện theo sơ đồ này .


Dựa trên bằng chứng thực nghiệm hiện nay, các quark dường như là hạt cơ bản thực sự và chúng không thể bị chia nhỏ hơn nữa.


Proton và neutron chủ yếu có hai loại quark. Chúng được gọi là các quark lên (up) và xuống (down). Vì lý do vẫn chưa được biết, thiên nhiên cũng đã thiết kế hai bản sao cho mỗi quark lên và xuống, giống hệt nhau ngoại trừ việc có khối lượng những lớn hơn. Các bản sao nặng hơn của quark lên được gọi là quark duyên (charm) và quark đỉnh (top) ; các bản sao của các quark down được đặt tên là quark lạ (strange) và quark đáy (bottom).


Có sáu quark , nhưng các nhà vật lý thường nói về chúng theo thuật ngữ của ba cặp: lên  / xuống , duyên/  lạ , và  đỉnh / đáy (Ngoài ra, đối với mỗi loại trong các hạt quark, có một antiquark tương ứng)  . Nhưng xin lưu ý rằng chúng ta hãy vui vì các quark có những cái tên ngớ ngẩn như vậy - nó làm cho chúng dễ nhớ hơn !

Nhưng làm thế nào mà các quark lại có những tên gọi ngớ ngẩn như vậy ?
Có sáu hương của hạt quark. "Hương " chỉ có nghĩa là các loại khác nhau. Hai loại quark nhẹ nhất được gọi lên và xuống .
Các quark thứ ba được gọi là quark lạ . Nó được đặt tên là "lạ" sau khi tìm thấy hạt K có tuổi thọ lâu dài "một cách kỳ lạ"   ; đây là hạt phức hợp đầu tiên được phát hiện có chứa quark này.

Các loại quark thứ tư, quark duyên , được đặt tên dựa trên một ý bất chợt . Nó được phát hiện vào năm 1974 gần như đồng thời ở cả hai Trung tâm gia tốc tuyến tính Stanford - Linear Accelerator Center Stanford (SLAC) và tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven.
Các quark thứ năm và thứ sáu đôi khi được gọi là sự thật (truth) và cái đẹp (beauty) trong quá khứ, nhưng ngay cả các nhà vật lý cho rằng đó là quả thật dễ thương.
Các quark đáy (bottom - beauty) lần đầu tiên được phát hiện tại Fermi National Lab (Fermilab) vào năm 1977, trong một hạt hỗn hợp gọi là Upsilon .
Các quark đỉnh (top - truth) đã được phát hiện cuối cùng , cũng tại Fermilab, vào năm 1995. Đó là các quark nặng nhất. Nó đã được dự đoán trong một thời gian dài nhưng chưa bao giờ được quan sát thành công cho đến thời điểm đó.

Quark có các đặc điểm bất thường về việc có một điện tích phân số , không giống như các proton và electron, trong đó có điện tích nguyên là 1 và -1 tương ứng. Quark cũng mang theo một loại tích gọi là sắc tích , mà chúng ta sẽ thảo luận sau.

Các quark khó nắm bắt nhất là các quark đỉnh , được phát hiện vào năm 1995 sau khi sự tồn tại của nó đã được đưa ra giả thuyết trong suốt 20 năm.
Do sự chuyển đổi năng lượng thành khối lượng, các máy gia tốc hiện đang sản xuất ra những hạt quark nặng, và thời gian sống ngắn ngủi thông qua hiện tượng va chạm hạt . Khối lượng của quark kéo dài một phạm vi rất lớn . Các quark nặng nhất là các quark đỉnh , khoảng 100.000 lần khối lượng lớn hơn so với hai loại nhẹ nhất là quark lên và xuống. Lời giải thích cho hệ thống cấp bậc này là một bí ẩn sâu thẳm , ngoại trừ khối lượng khổng lồ các quark đỉnh có thể được xem là một ưu điểm khá hấp dẫn . Thăm dò các thuộc tính chi tiết của quark đỉnh có thể làm sáng tỏ nguồn gốc của khối lượng riêng của nó trong vũ trụ.







Theo  Jay Hubisz, Fermilab

 +++++++++++++++++++++++++++

Nguồn :
1. http://www.symmetrymagazine.org/article/march-2006/explain-it-in-60-seconds-quarks
2. http://particleadventure.org/quarks.html
3. http://phys.org/news/2011-07-unseen.html
4. http://www.aps.org/units/ghp/gallery/proton.cfm
5. http://www.physi.uni-heidelberg.de/Forschung/ANP/Perkeo/
6. http://lhcathome.web.cern.ch/sixtrack/look-accelerators
7.http://en.wikipedia.org/wiki/Strong_interaction




Trần hồng Cơ
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 28/01/2015 .




-------------------------------------------------------------------------------------------

 Người có học biết mình ngu dốt. The learned man knows that he is ignorant.

 Victor Hugo.

Thứ Tư, 21 tháng 1, 2015

Hiểu vật lý trong 60 giây - Bài 12 . Nhà máy B


Hiểu vật lý trong 60 giây - Bài 12 .  Nhà máy B  



Lời nói đầu .


Tạp chí Symmetry trình bày rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong Vật lý hiện đại với những ý tưởng , bài viết , công trình lý thuyết lẫn thực nghiệm của tập thể các nhà khoa học hàng đầu hiện nay trên thế giới . Chuyên mục " Hiểu biết Vật lý trong 60 giây " tổng hợp một số bài viết ngắn gọn , súc tích và đầy tính đột phá trong việc giải thích các cơ chế vật lý nhằm giúp người đọc dễ dàng tiếp cận những thông tin mới mẻ . Tác giả của những bài viết này hiện đang công tác tại các Trung tâm nghiên cứu , Viện Khoa học và các trường Đại học danh tiếng nên nguồn thông tin luôn được cập nhật thường xuyên .
 Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 05/05/2014.



 ------------------------------------------------------------------------------------------- 


Nhà máy B   

B factories

Minh họa: Sandbox Studio



Nhà máy B là những cỗ máy khoa học khám phá các điều kiện của vũ trụ ban đầu bằng cách tạo ra và phân tích số lượng lớn các B meson, hạt có chứa một quark đáy - Dựa trên mô hình va chạm , nhà máy B được thiết kế để sản xuất một số lượng lớn (theo cấp độ $10^9$ )  các meson B và phân tích các đặc tính của chúng.  Các tauon và meson D cũng được sản sinh ra rất nhiều tại nhà máy B , cho phép các nhà vật lý hạt nghiên cứu chính xác các đặc tính của chúng .
Một vai trò khác nữa của các nhà máy B là khảo sát sự khác biệt giữa B meson và phản hạt của chúng để giúp chúng ta hiểu được tại sao vũ trụ bị chi phối bởi vật chất mà không có phản vật chất như hiện nay.

Một nhà máy B dựa trên ba phần chính:
-Một máy gia tốc hạt để sản xuất số lượng lớn các B meson .
-Một máy dò để quan sát sự phân rã meson .
-Sự hợp tác quốc tế của các nhà vật lý hạt và kỹ sư .

belle và Babara

Hai nhà máy B hiện đang hoạt động là  máy va chạm PEP-II với máy dò BaBar tại Trung tâm máy gia tốc tuyến tính Stanford SLAC , và máy va chạm KEKB với máy dò Belle , đặt tại Nhật Bản đều được thiết kế và xây dựng trong những năm 1990. Cả hai dựa trên máy va chạm electron-positron với các trung tâm năng lượng khối được điều chỉnh đến đỉnh cộng hưởng Υ (4S) , là mức cao hơn ngưỡng cho phân rã thành hai meson B (cả hai thí nghiệm lấy mẫu dữ liệu nhỏ hơn ở trung tâm năng lượng khối khác nhau ). Các thí nghiệm Belle tại máy va chạm KEKB  ở Tsukuba , Nhật Bản , và các thí nghiệm BaBar tại máy va chạm PEP-II  tại phòng thí nghiệm SLAC ở California , Mỹ , tương ứng đã hoàn thành bộ sưu tập dữ liệu trong năm 2010 và 2008 .






Tỷ lệ và cường độ va chạm electron-positron trong BaBar và Belle tạo ra hàng trăm triệu  B meson mỗi năm. Mỗi giây hoạt động , các nhà máy phân loại thông qua hàng triệu va chạm để xác định vài trăm sự kiện thú vị một cách hiệu quả . Mỗi nhà máy sản xuất hơn 700 đĩa CD giá trị dữ liệu (0,5 terabyte) để phân tích hằng ngày.

detectors

Hai nhà máy B hợp tác khổng lồ của thế giới, Belle tại KEK và BaBar tại SLAC, đã hoàn thành nhiệm vụ của mình trong việc tìm kiếm và xác định số lượng những hiện tượng vi phạm CP.
Các nhà máy B mang lại một vụ mùa bội thu các kết quả, bao gồm các quan sát đầu tiên của sự vi phạm CP bên ngoài của các hệ thống kaon , độ đo của các thông số CKM  $|V_{ub}|$  và  $|V_{cb}|$, và các độ đo của meson B  nguyên thủy thuộc họ lepton phân rã  .

Bằng cách khám phá thế giới vi mô, các nhà máy B cho thấy các hiện tượng vũ trụ như nó đã tồn tại gần thời điểm phát sinh của nó.  Đề xuất cho thế hệ tiếp theo nhà máy B bao gồm các thiết kế SuperB được xây dựng ở Frascati gần Rome ở Ý, và Belle II ở Nhật Bản.


group
Các đại biểu tham dự hội thảo Vật lý lần thứ hai của nhà máy B tổ chức tại KEK vào ngày 17-18, 2010.


Theo  Steve Sekula, MIT

 +++++++++++++++++++++++++++

Nguồn :
1. http://www.symmetrymagazine.org/article/december-2005january-2006/explain-it-in-60-seconds
2. http://www.physics.uc.edu/~kayk/cpviol/sin2phi1_PR/Belle.html
3. http://legacy.kek.jp/intra-e/feature/2010/BelleBaBarBook.html
4. http://legacy.kek.jp/intra-e/index.html
5. http://en.wikipedia.org/wiki/B-factory
6. http://www-public.slac.stanford.edu/babar/
7. http://belle.kek.jp/



Trần hồng Cơ
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 18/01/2015 .




-------------------------------------------------------------------------------------------

 Người có học biết mình ngu dốt. The learned man knows that he is ignorant.

 Victor Hugo.

Thứ Sáu, 6 tháng 12, 2013

NHẬT KÝ LƯỢNG TỬ - CUỘC THÁM HIỂM THẾ GIỚI VẬT LÝ HẠT - Bài 9 . QCD và sự giam hãm .

NHẬT KÝ LƯỢNG TỬ - CUỘC THÁM HIỂM THẾ GIỚI VẬT LÝ HẠT - Bài 9 . QCD và sự giam hãm .






Lời nói đầu .


Vật lý hạt nhân là một nhánh quan trọng trong khoa học vật lý , nó chỉ ra những quan hệ tương tác giữa các hạt , phản hạt cùng những cấu thành khác trong thế giới hạt vi mô . Nhưng để hiểu được các ý nghĩa của chúng bằng việc sử dụng các công thức , ký hiệu toán học và các kiến thức vật lý cao cấp khác là cả một sự khó khăn với quảng đại quần chúng . Loạt bài sau đây gồm 20 đề tài được các tác giả là những nhà vật lý hạt hiện đang tham gia nghiên cứu về lĩnh vực này thể hiện qua những bài đăng rất thú vị . Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 18/08/2013.


Đường dẫn :

Bài 1 . Sơ đồ Feynman .

Bài 2 . Nhiều sơ đồ FEYNMAN hơn nữa .

Bài 3 . QED + μ  giới thiệu về muon . 

Bài 4 . Boson Z và sự cộng hưởng .

Bài 5 . Các chàng ngự lâm Neutrinos .

Bài 6 . Tí hon boson W - làm rối tung mọi thứ .

Bài 7 . Các chú lính quarks - Một cuộc gặp gỡ thú vị .

Bài 8 . Thế giới của keo .

Bài 9 . QCD và sự giam hãm .

Bài 10 . Những hiểu biết được biết đến về Mô hình Chuẩn .

Bài 11 . Khi sơ đồ Feynman thất bại .

Bài 12 . Bài giới thiệu độc đáo về boson Higgs .


Bài 9 .  QCD và sự giam hãm .



9.1 Sự giam hãm .

Đến nay chúng ta đã gặp gỡ các quark và gluon , đồng thời mô tả cách chúng tương tác với các thành phần khác của Mô hình Chuẩn đó là  : cách thức mà chúng nói chuyện với các lepton và boson gauge ( như photon , W , Z) mà các bạn đã gặp trong phần còn lại của loạt bài về sơ đồ Feynman . Chúng ta sẽ phải đặt vấn đề này xa hơn một chút , vì vẫn còn khá nhiều điều để nói về các " vấn đề cơ bản " của QCD :

" Các mức năng lượng cao của các hạt tự do ( quark và gluon ) không phải là những gì chúng ta thấy ở mức năng lượng thấp ( hadron ) . "

Máy va chạm như LHC đập các proton lại với nhau ở mức năng lượng cao để có những sự tương tác giống như giữa các quark và gluon . Cùng lúc các quark và gluon phân tán vào các máy dò của LHC , tuy nhiên,  bây giờ chúng lại tự đưa mình vào trạng thái hadronic ràng buộc  . Đây chính là hiện tượng của sự giam hãm .

 Bước đầu để trình bày về hiện tượng này rất khó khăn, chúng ta có thể suy nghĩ về cách proton và electron đang bị ràng buộc vào các nguyên tử hydro . Ở đây, điện thế thu hút proton và electron với nhau. Chúng ta có thể minh họa những dòng điện trường như thế này:



Những dòng này giống như mô hình của mạt sắt gần một thanh nam châm. Các dòng điện trường, tất nhiên, chỉ là một tác động vĩ mô được thành lập bởi rất nhiều và rất nhiều photon, nhưng chúng ta đang ở trong một chế độ có thể được tự bào chữa cho việc áp dụng sự xấp xỉ "bán cổ điển". Trong thực tế, các bạn cũng có thể vẽ các đường tương tự cho lực hấp dẫn. Chúng đều là những biểu hiện của các thế đối xứng tâm 1 / r. Chúng ta có thể cố gắng mở rộng khái niệm này tương tự cho QCD. Thay vì một proton và điện tử thu hút bởi lực điện, hãy vẽ một quark lên (u) và một quark xuống (d) bị thu hút bởi lực sắc (chromodynamic) .

Điều này có vẻ khá chính xác , giống như hình ảnh dòng điện trường ở trên, nhưng thay vì photon tạo ra một trường cổ điển, chúng ta hãy tưởng tượng đến một cấu hình vĩ mô của gluon.

Nhưng hãy đợi một chút ! Thật ra không có những điều như vậy cho một cấu hình vĩ mô của gluon! Chúng ta chưa bao giờ nói về sắc động lực cổ điển tầm xa cả .

Thế thì cái gì đó là sai lầm đối với hình ảnh này ?  Chúng ta có thể dự đoán rằng các luật về sắc động lực  có lẽ mang một hình thức khác so với bình thường V (r) ~ thế năng 1 / r đối với lực điện và lực hấp dẫn . Đây là một bước đi đúng hướng đấy các bạn . Trong thực tế, thế sắc động là tuyến tính : V (r) ~ r chứ không phải là 1 / r .. Nhưng tất cả điều này có nghĩa là gì ?

Cũng cần nói thêm , dạng thế năng thường được gọi là pha của lý thuyết . Các thế "bình thường"  1 / r mà chúng ta đang sử dụng trong vật lý cổ điển được gọi là pha Coulomb. Ở đây chúng ta sẽ giải thích lý do tại sao  mà QCD lại được gọi là thuộc về pha giam hãm . Vui một chút , chúng ta hãy đề cập đến một dạng khác của pha được gọi là pha Higgs, trong đó mô tả các lực yếu và có liên quan đến việc tạo ra khối lượng fermion.

Được rồi , chúng ta đã chỉ ám chỉ đến một loạt các thuật ngữ vật lý. và vì vậy có thể làm tốt hơn nhiều . Câu hỏi chính chúng ta muốn được trả lời là :  QCD khác với lực điện như thế nào ? Vâng, những điều chúng ta biết về điện là có thể kéo một electron ra khỏi sự cuốn hút từ proton của nó. Tương tự như vậy, một vệ tinh quay quanh trái đất có thể bật hệ cơ đẩy của nó và thoát ra khỏi hệ thống năng lượng mặt trời . Đây là sự khác biệt chính giữa điện (và trọng lực) với QCD. Khi chúng ta kéo electron ra xa proton, thì các dòng điện trường gần proton sẽ hoàn toàn "quên" về điện tử của nó . (Cuối cùng, tất cả các dòng điện trường tiến gần với điện tử, nhưng chúng sẽ yếu đi .)

9.2  Sắc động lực lượng tử đã nói gì  .

Nhưng QCD thì khác hẳn . Khi chúng ta kéo các quark ra ,  năng lượng được lưu trữ trong trường gluon bắt đầu lớn dần lên . Sự sai biệt thế sẽ lớn hơn và ta lại phải mất nhiều năng lượng hơn để làm cho những quark tách ra, hoạt động này có một cái gì đó giống như một lò xo cơ học .


 Vì vậy, chúng ta hãy thử tưởng tượng kéo các quark ngoài càng ngày càng xa hơn xem sao . Bạn có thể hình dung xem sự đau khổ trên khuôn mặt của chúng ta như thế nào khi đang đặt tất cả sức mạnh của mình vào việc cố gắng để kéo hai hạt quark ra ngoài nhau  . Thế nhưng từng centimet mà chúng ta kéo ra lại tích chứa thêm năng lượng nhiều hơn nữa trong trường gluon .
Bạn hãy liên tưởng đến những sợi lò xo với độ đàn hồi "giãn nở" của các máy tập thể dục cho bộ ngực . Đôi khi chúng ta gọi các đường sức dài và hẹp là một ống thông lượng . Nếu chúng ta tiếp tục theo cách này và cứ tiếp tục kéo dài , thì vật lý cổ điển sẽ nói rằng chúng ta có thể được tạo ra một năng lượng lớn tùy ý !  Như vậy dưới quan niệm của vật lý cổ điển chúng ta sẽ không thể nào kéo hai quark ra ngoài nhau được .

Đến đây những điều thực sự xảy ra là cơ học lượng tử sẽ bắt đầu bước vào cuộc chơi này . Tại một số điểm, khi chúng ta đang kéo các hạt quark ra ngoài nhau , năng lượng trong trường gluon trở nên lớn hơn so với năng lượng khối của một cặp quark- phản quark. Do đó thật là thuận lợi cho các gluon sản sinh ra một cặp quark-phản quark như sau đây :


Từ phác họa ở trên, sự sản sinh cặp này sẽ làm giảm năng lượng trong trường gluon. Nói cách khác , chúng ta đã chuyển đổi một ống thông lượng dài thành hai ống thông lượng ngắn hơn. Tuy nhiên, các bạn cũng có thể nói rằng đây là ý tưởng về cặp (cơ học lượng tử) quark / phản- quark ảo bùng nổ trong và ngoài của chân không, xuất hiện và sau đó tiêu hủy đi một cách tự nhiên . Khi năng lượng trong trường gluon trở nên rất lớn , các gluon có thể tách rời các cặp quark/ phản-quark trước khi chúng có thể tiêu diệt , do đó tạo ra các hạt quark vật lý ảo .

Đây là một cách ứng xử khác với QED rất đáng lưu ý , nơi mà chúng ta có thể kéo một electron ra và gửi nó đến một nơi xa khác . Trong QCD, bạn có thể bắt đầu với một meson (cặp quark-phản quark) và cố gắng tách các thành phần của nó . Tuy nhiên thay vì có thể làm điều này , bạn đã vô tình phá vỡ các meson không phải thành hai quark, nhưng lại biến thành hai meson. Bởi vì điều này, ở mức năng lượng thấp người ta không thể quan sát các hạt quark riêng lẻ , chúng ngay lập tức giam hãm (hoặc hadron hóa ) thành các trạng thái hadronic bị ràng buộc .
9.3  Bối cảnh .

Ý tưởng về sự giam hãm đã làm cho mô hình quark trở nên rất khó nuốt khi lần đầu tiên được đề xuất : việc sử dụng một mô hình như vậy có ích lợi gì nếu một trong những dự đoán là chúng ta lại không thể quan sát các thành phần riêng lẻ ? Thật vậy, trong một thời gian dài người ta nghĩ về mô hình quark chỉ như là một thuật toán thuần túy để xác định mối quan hệ giữa các hadron - và  " quark " tự thân chúng không phải là vật chất .

Mặt khác , hãy thử tưởng tượng , thật kỳ lạ làm sao về hiện tượng giam hãm này mà không có mô hình quark . Khi bạn cố gắng để tháo rời một meson , thay vì quan sát được đối tượng " nhỏ hơn " , bạn lại kết thúc bằng cách kéo ra hai phiên bản của cùng một loại đối tượng !

Làm thế nào chúng ta có thể nghĩ được rằng bên trong một meson là hai meson ? Điều này giống như một con búp bê matryoshka của Nga , khi những con búp bê con mà lại có kích thước tương tự như những con búp bê mẹ ban đầu - làm thế nào chúng có thể phù hợp được cơ chứ ?


 (Một phần của sự thất bại ở đây là do tính trực giác cổ điển ) Điều nhầm lẫn loại này dẫn đến việc xây dựng S - ma trận hay chương trình " bootstrap" trong thập niên 60 , khi mọi người nghĩ rằng để thay thế lý thuyết trường lượng tử bằng cái gì đó có tính " tổng hợp " hơn mà lại phân biệt hẳn với các hạt " cơ bản " đã bị bỏ rơi. Sự nổi lên của QCD cho thấy rằng điều này là sai hướng cho những vấn đề và cách tiếp cận "bảo thủ" về lý thuyết lượng tử , và nó đã có thể cung cấp cho một mô tả rất chính xác về vật lý cơ bản.

9.4 Lý thuyết dây . 

Theo một nghĩa nào đó chương trình S - ma trận được xem như là một chú " cá trích đỏ " nổi tiếng trong lịch sử vật lý hạt . Tuy nhiên , đó là một ghi chú lịch sử kỳ lạ - và còn nhiều hơn như vậy - chú " cá trích đỏ " này đã kết thúc việc gieo trồng một số hạt giống cho sự phát triển của LÝ THUYẾT DÂY , mà ban đầu được phát triển để cố gắng giải thích về các hadron !

Các " ống thông lượng " ở trên có liên quan đến các " dây " trong lý thuyết dây sơ khai - này . Với sự ra đời của QCD , người nhận ra rằng lý thuyết dây không mô tả lực mạnh , nhưng dường như hàm chứa một số các thành phần cho một trong những " chén thánh " của vật lý lý thuyết , đó là lý thuyết về hấp dẫn lượng tử .

Trong những ngày đó lý thuyết DÂY được xem như là một "lý thuyết của tất cả mọi thứ TOE " vẫn còn lơ lửng trong không trung , vì nó chỉ ra rằng có một số vấn đề rất sâu và khó- trả -lời  về các dự đoán của chính bản thân nó . Mặt khác , lý thuyết này đã đạt được một số tiến bộ rất đáng kể theo một định hướng khác hơn so với "lý thuyết cơ bản của tất cả mọi thứ  " .

Để hiểu sơ lược về khái niệm mới này chúng ta xem qua những cơ sở được trình bày trên wikipedia . DÂY là khái niệm vật lý cơ bản chỉ vật thể một chiều mà các kiểu dao động khác nhau của nó hình thành các hạt cơ bản với các tính chất khác nhau. Mỗi hạt không phải như những phần tử không thể phân chia được, không có cấu trúc nội tại mà được hình dung như một vòng DÂY một chiều đóng kín.
Đây là một kiểu định nghĩa về lý thuyết dây khá mơ hồ và thậm chí có vẻ phức tạp . Trong các bài viết sau chúng ta sẽ có dịp bàn luận nhiều về những ý tưởng mới mẻ và đầy táo bạo này .

Đặc biệt, một ý tưởng được gọi là tương ứng AdS / CFT đã có tác động sâu sắc về cấu trúc của lý thuyết trường lượng tử độc lập , cho dù có hay không có ảnh hưởng , đến lý thuyết dây là "lý thuyết cuối cùng" .(Chúng ta sẽ không mô tả về những gì là tương ứng AdS / CFT là trong bài viết này, nhưng một phần của nó đã làm nên sự khác biệt giữa các trạng thái cơ bản và phức hợp ) . Một trong những điều chúng ta hy vọng trích xuất từ ý tưởng AdS / CFT  là có được một cách thức để mô tả các lý thuyết được kết chặt với nhau,  là có sự biện giải cho một cụm từ thích hợp cho sự giam hãm . Bằng cách tiếp cận này, một số nhánh nghiên cứu về lý thuyết dây bắt đầu đi tìm con đường trở về nguồn gốc hadronic của nó  .

Đáng chú ý hơn, đã có sự trở lại với những ý tưởng tương tự như chương trình S-ma trận trong hướng nghiên cứu gần đây liên quan đến việc tính toán biên độ tán xạ . Trong khi mục tiêu ban đầu của nghiên cứu này là để giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực lượng tử lý thuyết cụ thể là tính toán trong QCD-một số nhà khoa học đã bắt đầu suy nghĩ lại về nó như một khuôn khổ lý thuyết trường lượng tử ngoài.

9.5  Quy mô cao , quy mô thấp , và một cái gì đó ở giữa .

Đến đây chúng ta sẽ bàn luận đến vấn đề của quy mô năng lượng. Ở mức năng lượng cao, chúng ta đang thăm dò những hiện tượng vật lý trong khoảng cách ngắn để các " va chạm cứng" thực tế tại LHC không phải là giữa các proton , nhưng là quark và gluon . Mặt khác , ở mức năng lượng thấp các hạt " cơ bản " luôn luôn giới hạn thành các hạt " tổng hợp " như meson và đây là những trạng thái ổn định. Thật vậy, chúng ta có thể phá vỡ các quark và gluon ở mức năng lượng cao , nhưng những thứ QCD mà đạt được là việc các bộ phận bên ngoài của các máy dò thử nghiệm thu được chỉ là những thứ như meson .

Nguồn : http://www.technology.org/2013/04/05/upgrade-of-lhc-underway-paving-way-for-new-discoveries/
Trong thực tế , có một quy mô năng lượng trung gian mà thậm chí còn quan trọng hơn . Vậy những gì đang xảy ra giữa hình ảnh của " năng lượng cao " quark và "  năng lượng thấp " meson ? Các khoang chứa quark thông qua các bộ phận bên trong của máy dò , có thể phát ra năng lượng bằng cách phát xạ gluon .

... Những gluon có thể sinh ra cặp quark / phản- quark
... điều mà tự chúng có thể sản sinh gluon
... Vv, vv

Tại mỗi bước , năng lượng của các hạt quark và gluon giảm đi , nhưng số lượng của các hạt tăng lên . Cuối cùng, với năng lượng mà các "quark tự do" như vậy không thể ngăn cản được tính chất cố hữu của chúng và buộc chúng phải hadron hóa .  Tuy nhiên , bởi vì có rất nhiều ,  có rất nhiều các meson di chuyển trong khoang thông qua các máy dò - máy dò về bản chất là một khối vật chất dày đặc mà có thể đo được năng lượng gửi vào nó -  và những gì nó thấy được là một " vòi sen " năng lượng theo một hướng cụ thể. Đây là những gì chúng ta gọi là một vòi phun năng lượng , và nó là dấu hiệu của một quark năng lượng cao hoặc gluon bị bắn ra theo một hướng cụ thể và cuối cùng hadron hóa . Đây là một hình ảnh mà chúng ta có đươc từ một cuộc nói chuyện CDF :

Bạn hãy đọc thông tin các hình ảnh từ dưới lên :

1.Hai proton va chạm đầu tiên ... theo cách mà chúng ta thực sự thấy rằng các quark và gluon bên trong proton tương tác nhau .
2. Quark năng lượng cao và gluon bắn ra quark / gluon khác và gia tăng số lượng .
3. Hoạt động này làm giảm năng lượng của chúng để cuối cùng các quark và gluon phải cô lập ( hadron hóa ) thành các meson .
4.... cái mà cuối cùng gửi hầu hết năng lượng của mình vào các máy dò ( nhiệt lượng kế ) .

Các vòi phun là sự chứng thực quan trọng tại các máy va chạm năng lượng cao và là một xử lý chính cho sự hiểu biết tương tác năng lượng cao mà chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn tại các LHC .

Để đo năng lượng và động lực của các quark năng lượng cao ban đầu , ví dụ , người ta phải có thể đo lường tất cả các năng lượng và động lượng từ tia phun các hạt trong các vòi phun , trong khi tính đến các vết nứt nhỏ giữa việc phát hiện các vật chất như cũng như bất kỳ các meson lén lút nào mà chúng có thể thoát khỏi sự  phát hiện của máy dò .

Bây giờ bạn có thể ít nhất thấy được lý do tại sao rất khó khăn để trích xuất thông tin này  . Đầu tiên , các hạt thực đang tương tác ở mức năng lượng cao khác với các hạt tồn tại ở mức năng lượng thấp. Thứ hai, ngay cả các hạt quark - gluon năng lượng cao cũng dẫn đến một sự xác nhận thực nghiệm rất lộn xộn đòi hỏi phải phân tích cẩn thận để trích xuất  ngay cả những thông tin "cơ bản" về hạt ban đầu.

Theo FLIP TANEDO | USLHC | USA



9.6 Sự giam hãm .

a . Tổng quan .

< theo Bách khoa toàn thư mở Wikipedia >

Trong vật lý, giam hãm hay chế ngự ( confinement ) là một hiện tượng mà ở đó các quark không thể được cô lập. Các quark có sắc tích bị chế ngự cùng với các quark khác bởi tương tác mạnh để hình thành các cặp đôi hoặc cặp ba làm cho tổng sắc tích màu là trung hòa. Lực ở giữa các quark tăng lên mỗi khi chúng được tách ra xa, vì vậy không thể phát hiện ra được một quark đơn lẻ trong tự nhiên hay trong các thí nghiệm.

Việc các quark bị chế ngự vẫn chưa được chứng minh rõ ràng, chưa có một chứng minh toán học nào chỉ ra rằng các thuyết sắc động lực học lượng tử phải gắn liền với tính chế ngự, nhưng trực giác chỉ ra rằng tính chế ngự là do lực mang các gluon có sắc tích . Giống như việc các hạt điện tích mỗi khi tách xa nhau, điện trường giữa chúng giảm xuống một cách nhanh chóng, cho phép các electron ra khỏi hạt nhân. Tuy nhiên, mỗi khi 2 hạt quark được tách ra, các trường gluon hình thành các ống nhỏ (hay các dây) của sắc tích . Do vậy lực tạo bởi 2 hạt quark này trở nên lớn hơn mỗi khi chúng được tách ra xa. Do năng lượng lớn bằng lực nhân với khoảng cách, nên tổng năng lượng tăng một cách tuyến tính với khoảng cách V ~ r  .

Khi 2 quark được tách ra xa, như nó từng xảy ra ở các va chạm trong các máy gia tốc hạt, tại một số thời điểm năng lượng của nó lớn đủ để thuận lợi cho việc tạo ra các cặp quark/phản quark "hiện" ra từ chân không hơn là làm cho các quark này tách ra xa nhau. Hậu quả của sự kiện này là khi các quark được tạo ra trong một máy gia tốc, thay vì nhìn thấy các quark ở trạng thái đơn, các nhà vật lý lại phát hiện thấy rất nhiều các hạt mang sắc tích trung hòa (meson và baryon), dính lại với nhau. Quá trình này được gọi là hadron hóa, là một trong những vấn đề mà các nhà vật lý hạt cảm thấy khó hiểu nhất.

Pha chế ngự thường được định nghĩa bởi sự hoạt động của vòng Wilson, là đường mà cặp quark-phản quark vạch ra trong không-thời gian, xuất hiện ở một điểm này và tan biến ở một điểm khác. Trong lý thuyết phi chế ngự, hoạt động của một vòng như vậy tỷ lệ thuận với chu vi của nó. Tuy nhiên, trong một thuyết chế ngự hoạt động của vòng này lại tỷ lệ thuận với diện tích của nó. Do diện tích luôn tỉ lệ thuận với quá trình tách rời của cặp quark-phản quark, các quark tự do đã bị trấn áp.

Bên cạnh mô hình QCD ở không gian 4 chiều, một mô hình có tính chế ngự khác là mô hình Schwinger.

Lý thuyết compact Abelian gauge lại miêu tả tính chế ngự này ở không-thời gian 2 và 3 chiều.

Xem : Confinement of Quarks


b. Nói thêm về sự giam sắc

Giam hãm màu, thường gọi đơn giản là giam sắc , là hiện tượng các hạt mang sắc tích (như hạt quark) không thể bị cô lập đơn lẻ , và do đó không thể quan sát trực tiếp. Các quark, theo mặc định, kết dính lại với nhau để tạo thành nhóm, hoặc các hadron . Hai loại hadron là meson (một quark- một phản quark) và các baryon (ba quark). Các quark thành phần trong một nhóm không thể tách rời khỏi hadron cha mẹ của chúng và đây là lý do tại sao các hạt quark không bao giờ có thể được nghiên cứu hoặc quan sát thấy trong bất kỳ cách trực tiếp nào hơn ở mức hadron.

Làm sao chúng ta có thể rất tự tin vào mô hình quark khi chưa từng có ai nhìn thấy một quark bị cô lập ? Có nhiều lý do tốt cho việc thiếu những quan sát trực tiếp . Rõ ràng sắc lực không tách ra với khoảng cách như các lực đã được quan sát khác . Lực sắc được mặc định rằng nó thực sự có thể làm tăng khoảng cách với với tỷ lệ khoảng 1 GeV / Fermi .
Một quark tự do không thể quan sát được bởi vì lúc phân tách là dựa trên quy mô khả kiến , năng lượng là lớn hơn rất nhiều so với năng lượng sinh ra cho cặp đôi  quark- phản quark . Đối với các quark u và d khối lượng là 10MeV vì vậy việc sinh ra cặp sẽ xảy ra về  khoảng cách ít hơn nhiều so với một Fermi . Bạn sẽ mong đợi rất nhiều vào các meson ( cặp quark- phản quark ) trong các thí nghiệm va chạm năng lượng cao và đó là những gì quan sát được .
 Về cơ bản, bạn không thể nhìn thấy một quark bị cô lập vì lực sắc không để cho chúng tách ra , và năng lượng cần thiết để tách chúng sẽ sinh ra cặp quark- phản quark  ​​trước khi chúng có thể đủ xa cách nhau để chúng ta có thể quan sát chúng một cách riêng biệt .
Nguồn : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gluon_tube-color_confinement_animation.gif

Một loại hình trực quan về sự giam hãm quark  được gọi là " mô hình túi " . Chúng ta hình dung các quark như được chứa trong một túi đàn hồi cho phép các quark tự do di chuyển xung quanh , miễn là bạn không cố gắng để kéo chúng tách xa nhau. Nhưng nếu bạn cố gắng để kéo một quark ra , túi đàn hồi sẽ kéo dãn và chống lại tác động này.
Một cách khác để quan sát sự giam quark được thể hiện bởi Rohlf  như sau :
 " Khi chúng ta cố gắng kéo một quark ra khỏi proton , ví dụ bằng cách đập các quark với một hạt năng lượng khác , các quark sẽ trải qua một hàng rào thế năng từ sự tương tác mạnh tăng theo khoảng cách . "
Như ví dụ về sự phân rã alpha chứng tỏ  rằng , việc có một rào cản cao hơn so với năng lượng hạt sẽ không ngăn cản sự biến mất đi các hạt - Mô hỉnh đường hầm cơ lượng tử - cho xác suất hữu hạn một hạt alpha 6 MeV khi vượt qua một rào cản năng lượng cao 30 MeV .  Nhưng hàng rào năng lượng cho các hạt alpha là đủ mỏng cho đường hầm để thu được hiệu quả . Trong trường hợp của các rào cản đối với quark thì khác hẳn , hàng rào năng lượng không tách khỏi khoảng cách , mà trong thực tế lại tăng lên .







+++++++++++++++++++++++++++

Nguồn :
1. http://www.quantumdiaries.org/2010/10/22/qcd-and-confinement/
2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/particles/quark.html
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Gluon
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Color_confinement
5. http://scienceblogs.com/startswithabang/2012/06/27/the-strong-force-for-beginners/
6. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/particles/quark.html#c6




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 28/11/2013.


------------------------------------------------------------------------------------------- 

Hướng Chân Thiện Mỹ 
Độc lập tư duy 
Hoài nghi hợp lý 
Tự do sáng tạo .

Thứ Hai, 18 tháng 11, 2013

NHẬT KÝ LƯỢNG TỬ - CUỘC THÁM HIỂM THẾ GIỚI VẬT LÝ HẠT - Bài 8 . Thế giới của keo .

NHẬT KÝ LƯỢNG TỬ - CUỘC THÁM HIỂM THẾ GIỚI VẬT LÝ HẠT - Bài 8 . Thế giới của keo .






Lời nói đầu .


Vật lý hạt nhân là một nhánh quan trọng trong khoa học vật lý , nó chỉ ra những quan hệ tương tác giữa các hạt , phản hạt cùng những cấu thành khác trong thế giới hạt vi mô . Nhưng để hiểu được các ý nghĩa của chúng bằng việc sử dụng các công thức , ký hiệu toán học và các kiến thức vật lý cao cấp khác là cả một sự khó khăn với quảng đại quần chúng . Loạt bài sau đây gồm 20 đề tài được các tác giả là những nhà vật lý hạt hiện đang tham gia nghiên cứu về lĩnh vực này thể hiện qua những bài đăng rất thú vị . Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 18/08/2013.


Đường dẫn :

Bài 1 . Sơ đồ Feynman .

Bài 2 . Nhiều sơ đồ FEYNMAN hơn nữa .

Bài 3 . QED + μ  giới thiệu về muon . 

Bài 4 . Boson Z và sự cộng hưởng .

Bài 5 . Các chàng ngự lâm Neutrinos .

Bài 6 . Tí hon boson W - làm rối tung mọi thứ .

Bài 7 . Các chú lính quarks - Một cuộc gặp gỡ thú vị .

Bài 8 . Thế giới của keo .

Bài 9 . QCD và sự giam hãm .

Bài 10 . Những hiểu biết được biết đến về Mô hình Chuẩn .




Bài 8 .  Thế giới của keo .



8.1 Thế giới của Keo

Thật là hơi chậm một chút khi đăng bài tiếp theo giới thiệu các mô hình tiêu chuẩn thông qua sơ đồ Feynman , vì vậy hãy tiếp tục cuộc thảo luận của chúng ta về lý thuyết lực " mạnh" hạ hạt nhân (subnuclear) , sắc động học lượng tử, hay QCD . Đây là lực liên kết các quark thành proton và neutron , cũng là nguồn gốc của những cơn đau đầu về lý thuyết và thực nghiệm tại LHC .

Thời gian qua chúng ta đã gặp các quark và " màu sắc ", một loại sắc tích có thể mang ba giá trị : đỏ , xanh lá cây và xanh dương. Cũng giống như lực điện từ (trong đó có chỉ có một loại điện tích ) kéo electron tích điện âm đến proton mang điện tích dương để tạo thành các nguyên tử trung hòa về điện , QCD buộc các quark chỉ được giới hạn vào trạng thái liên kết sắc trung tính :

Ba quark , mỗi một loại có một màu riêng . Chúng được gọi là các baryon . Ví dụ phổ biến là các proton và neutron

.
Một quark và phản quark cùng màu ( ví dụ như một quark đỏ và quark phản đỏ ) . Chúng được gọi là meson .
Nói chung các baryon và meson được gọi là hadron .



 Bạn đã biết hai hạt : proton và neutron . Proton là một sự kết hợp ( uutrong khi các neutron là một sự kết hợp ( dd.

**Các trạng thái bị ràng buộc của một quark và một phản- quark : chúng được gọi là meson .


Vì lực mạnh là rất mạnh mẽ , nên những trạng thái liên kết sắc trung tính được hình thành rất nhanh chóng và đó là tất cả những gì chúng ta thấy trong các máy dò . Cũng như lực điện từ, lực mạnh trung hòa bởi một hạt : một boson gọi là gluon , được biểu diễn với hình thức sang trọng dưới đây ( nói theo ngôn ngữ hình ảnh rất xinh xắn của The Particle Zoo ) .


8.2 Tại sao lại là gluon ?

Gluon được đặt tên như vậy bởi vì chúng kết dính meson và baryon vào cùng những trạng thái liên kết. Trong sơ đồ Feynman chúng ta vẽ gluon như dòng xoắn ốc .
Dưới đây là nguyên mẫu đỉnh gluon-quark của chúng ta .

Chúng ta thấy rằng các gluon lấy một quark đến có một sắc tích và biến nó thành một quark đi có sắc khác. Theo các quy tắc liên quan đến sơ đồ Feynman, chúng ta có thể di chuyển đường xoay quanh (luôn luôn giữ hướng của mũi tên tương đối so với đỉnh giống nhau ) và giải thích đỉnh này như sau

Một quark đỏ và một phản quark xanh (với sắc phản xanh) triệt tiêu thành một gluon
Một quark đỏ phát ra một gluon và biến thành một quark xanh
Một quark đỏ hấp thụ một gluon và biến thành một quark xanh
Một gluon phân hủy thành một quark xanh và một phản quark đỏ .

Chúng ta có thể quan sát mô hình tương tác giữa các quarks và gluons như dưới đây .

Mô hình chuyển động QCD trong hạt nhân . 
Theo wiki.



Xem như một bài tập đơn giản, bạn có thể đưa ra hai cách giải thích khác mà tôi đã dành lại .

Chúng ta hãy thực hiện cẩn thận các điều sau đây:

1.Các quark không cần phải có màu sắc khác nhau, nhưng một mũi tên phải được hướng vào trong khi mũi tên khác được chỉ ra ngoài . (Các quark mang điện tích, và hãy nhớ rằng một trong những cách để hiểu các mũi tên là xem đó như dòng của điện tích.)

2.Các quark liên quan đến đỉnh có thể có bất kỳ hương vị nào ( lên, xuống, lạ, duyên , đỉnh, đáy ), nhưng cả hai đều phải có hương vị tương tự. Điều này bởi vì QCD được xem như là " mù hương vị ", nó xử lý tất cả các hương vị như nhau và không trộn lẫn chúng với nhau . (So sánh với boson W!)

3.Những giải thích cho đỉnh ở trên đều đúng, ngoại trừ không đỉnh nào trong số đó được phép mang tính chuyển động. Điều này là do các gluon không có khối lượng. Nói cách khác, bảo toàn năng lượng và động lượng sẽ bị vi phạm nếu bạn xem xét những quy trình đó . Điều này cũng chính xác cho cùng lý do là chúng ta không thể có sơ đồ photon đơn đỉnh trong QED.

Gluons giữ các quarks lại để hình thành proton .


Bài tập về nhà 1 .
Các quark lên và xuống tán xạ bởi các gluon . Vẽ tất cả các sơ đồ cho các quá trình sau đây được trung hòa bởi một gluon đơn (tức là chỉ có một dòng gluon đơn bên trong )

uu → uu (một biểu đồ)
u phản- u → u phản- u (hai sơ đồ)
u phản- u → d phản- d (một sơ đồ)
u phản- d → u phản- d (một sơ đồ)

Bạn có thể gán các màu khi cần thiết (giải thích lý do tại sao nó là quan trọng hay là không quan trọng). Tại sao nó không thể vẽ được một ơ đồ mô tả u phản- d → d phản- u s (lưu ý rằng quá trình này là được phép nếu bạn thay thế các gluon bởi một boson W)?

[Gợi ý: bạn có thể xem xét lại một số các cuộc thảo luận của chúng ta về QED và muon; các sơ đồ đều rất giống với các photon được thay thế bằng gluon!]

8.3 Gluon mang sắc gì ?

Chúng ta có thể tiếp tục thực hiện tương tự với QED. Chúng ta đã giải thích rằng đỉnh QED  phải là trung hòa điện tích : một mũi tên hướng vào bên trong mang một điện tích nào đó , trong khi các mũi tên hướng ra ngoài phải mang cùng suất điện tích . Các đỉnh gluon trên đây trung hòa về điện theo ý nghĩa này, nhưng dường như không có sắc trung tính! Nó mang lại một số sắc tích màu đỏ - trong khi tách ra một số sắc tích màu xanh.

Giải pháp cho vấn đề này là gluon tự mang sắc tích ! Bây giờ đây là điểm rất khác so với QED. Đó là hơi giống như boson W một chút  , là hạt có mang điện tích , và như vậy có thể tương tác với các photon. Chúng ta có thể nhìn thấy từ đỉnh QCD ở trên đây rằng trên thực tế gluon phải mang hai sắc tích : trong ví dụ đó các gluon mang một sắc tích xanh đi vào và một sắc tích đỏ đi ra , hoặc, nói cách khác là sắc tích màu xanh và sắc tích phản-đỏ. Đây là những sắc tích mà nó phải thực hiện để các đỉnh là sắc trung tính.

Do đó thực sự có nhiều loại gluon mà chúng ta có thể phân loại theo sắc và phản sắc mà chúng có thể mang theo . Vì có ba sắc (và tương ứng với ba phản sắc), chúng ta hy vọng rằng sẽ có được chín loại gluon. Tuy nhiên, vì lý do nào toán học, nó chỉ ra rằng chỉ có tám loại .

Lý do toán học vì gluon thuộc về các biểu diễn liên hợp của nhóm SU (3) và như vậy số lượng chỉ 3^2-1 = 8. Chúng có liên quan đến không gian ma trận Hermite  3 × 3 không vết ( traceless) . Sự "mất tích" gluon là chồng chất lượng tử của "đỏ / phản- đỏ + xanh / phản-xanh + xanh cây / phản- xanh cây." Nếu đó là tất cả những điều vô nghĩa đối với bạn, thì không sao - đây chỉ là những chi tiết nhỏ mà chúng ta sẽ không cần đến đâu .
Thực tế là gluon tự mang sắc có nghĩa là một cái gì đó rất quan trọng: gluon cảm nhận được lực mạnh, có nghĩa là gluon tương tác với gluon khác! Nói cách khác, chúng ta có thể vẽ được các sơ đồ đỉnh ba - gluon và bốn-gluon như sau đây

Không có đỉnh năm-gluon hay đỉnh lớn hơn  , nhưng hãy xem như bài tập về nhà , bạn có thể thuyết phục bản thân rằng từ các đỉnh này có thể vẽ sơ đồ với bất kỳ số lượng gluon nào bên ngoài . Theo ngôn ngữ toán học , chúng ta nói rằng QCD là phi- Abel vì nhân tử trung hòa lực tương tác với chính chúng . (Trong thực tế , lực yếu cũng là phi- Abel , nhưng câu chuyện của nó là một trong những giấc mơ tan vỡ mà chúng ta sẽ có được khi chúng ta gặp các hạt Higgs. )



8.4 Truy tìm gluon và các tính chất của chúng .

Bây giờ, bạn có thể tự hỏi : nếu lực mạnh là rất mạnh mẽ để gluon liên kết các quark lại với nhau , và nếu gluon cũng tương tác với bản thân nó , liệu là nó có thể cho các gluon ràng buộc nhau vào một số loại trạng thái ràng buộc không ? Câu trả lời là có , mặc dù chúng ta vẫn chưa xác nhận điều này bằng thực nghiệm. Các trạng thái liên kết được gọi là glueballs  ( tạm dịch quả cầu keo )  và có thể là các đối tượng khá phức tạp .

Về mặt lý thuyết chúng ta có lý do để tin rằng chúng cần phải tồn tại ( và cuối cùng phân rã thành meson và baryon ) , và mô phỏng rất tinh vi của QCD cũng đã gợi ý rằng chúng nên tồn tại ... nhưng về mặt thực nghiệm chúng rất khó để nhìn thấy trong một máy dò và chúng ta vẫn chưa để xác nhận bất kỳ chỉ dấu nào về cầu keo (glueball) . Rất gần đây một số nhà lý luận đã gợi ý rằng có thể đã tìm thấy những gợi ý ở máy gia tốc BES tại Bắc Kinh.

Việc săn bắt gluon , tuy nhiên , là một cái gì đó thuộc một lĩnh vực năng lượng thấp hơn kể từ khi dự đoán của chúng ta về khối lượng glueball nhẹ nhất khoảng 1,7 GeV , vì thế ta không mong đợi bất cứ dự báo gì từ LHC về điều này. Tuy nhiên chúng ta cũng thu nhận được một số lưu ý đáng giá về một vấn đề toán học liên quan đến thế giới của keo .

8.5  Lời kết + Chú thích cho bài viết sau .

Câu hỏi đặt ra là : nếu vũ trụ không có các hạt vật chất và chỉ có gluon , là cái mà sau đó sẽ hình thành các trạng thái glueball ràng buộc  , thì liệu có những hạt bất kỳ không có khối lượng quan sát được trong tự nhiên không ? Chắc chắn là có !  Các gluon tự nó không có khối lượng , nhưng chúng không phải là trạng thái khả kiến , chỉ có các quả cầu keo (glueballs) là có thể quan sát được . Tất cả mọi thứ chúng ta biết về QCD - mà không phải là toàn bộ câu chuyện cho thấy các quả cầu keo (glueballs) luôn luôn có một chỉ số khối khác không, nhưng chúng ta lại không biết làm thế nào để chứng minh điều đó . Câu hỏi này , trên thực tế , là một trong những giải thưởng Clay của bài toán Toán Thiên niên kỷ , thật đúng với câu hỏi hóc búa trị giá một triệu đô la .

Lần tiếp theo chúng ta sẽ xem xét đến thế giới tuyệt vời của các hadron và những gì có thể phát hiện tại LHC . Thân ái chào các bạn .

Theo FLIP TANEDO | USLHC | USA
http://www.quantumdiaries.org/2010/10/03/world-of-glue/


8.6  Tiểu sử chàng gluon theo wikipedia .

8.6.1 Tính chất .

Gluon / ɡlu ː ɒnz / là các hạt cơ bản hoạt động như các hạt trao đổi ( hoặc các boson gauge ) đối với lực mạnh giữa các quark , tương tự như việc trao đổi photon trong lực điện từ giữa hai hạt tích điện.
Về mặt kỹ thuật , gluon là vector boson gauge trung hòa tương tác mạnh của các quark trong sắc động học lượng tử ( QCD) . Gluon tự mang sắc tích của sự tương tác mạnh . Điều này không giống như các photon , là cái trung hòa tương tác điện từ nhưng lại thiếu điện tích . Do đó gluon tham gia vào các tương tác mạnh bổ sung để trung hòa nó , làm cho việc phân tích QCD khó khăn hơn đáng kể so với QED ( điện động lực học lượng tử ) .

Gluon
Feynmann Diagram Gluon Radiation.svg
Trong các sơ đồ  Feynman , các gluons phát xạ được biểu diễn như các đường xoắn ốc - spirals. Sơ đồ này mô tả sự triêt tiêu của một  electron  và  positron.
Thành phầnHạt cơ bản .
Thống kêBosonic
Tương tác Mạnh 
Ký hiệug
Lý thuyết hóaMurray Gell-Mann (1962)[1]
Được phát hiện 
e+e → Y(9.46) → 3g: 1978 atDORIS (DESY) by PLUTO experiments (see diagram 1 and recollection[2])
and
e+e → qqg: 1979 at PETRA (DESY) by TASSOMARK-JJADE andPLUTO experiments (see diagram 2 and review[3])
Các loại 8
Khối lượngMeV/c2 (Theoretical value)[4]
< 0.0002 eV/c2 (Experimental limit)[5]
Điện tích e[4]
Sắc tích octet (8 linearly independent types)
Spin1

Gluon là một boson vector , giống như photon , nó có spin là 1 . Trong khi các hạt có spin-1 có ba trạng thái phân cực thì các boson gauge không có khối lượng giống như các gluon chỉ có hai trạng thái phân cực vì bất biến gauge đòi hỏi phải có sự phân cực theo chiều ngang . Trong lý thuyết trường lượng tử , bất biến gauge không bị phá vỡ đòi hỏi các boson gauge phải có khối lượng bằng không ( thí nghiệm hạn chế phần còn lại khối lượng của gluon ít hơn một vài meV/c2 ) .

8.6.2  Các thông số của gluon .

Không giống như các photon đơn của QED hoặc các boson W và Z  của tương tác yếu , có tám loại gluon độc lập trong QCD .
Điều này có thể khó hiểu bằng trực giác . Quark mang ba loại sắc tích  ; antiquarks mang ba loại phản sắc . Gluon có thể được coi như mang cả sắc và phản sắc , nhưng để hiểu một cách chính xác cách thức chúng được kết hợp , chúng ta cần xem xét các cơ sở toán học về sắc tích một cách chi tiết hơn .

Sắc tích và sự chồng chất .

Trong cơ học lượng tử, các trạng thái của các hạt có thể được thêm vào theo nguyên tắc chồng chất, có nghĩa là, chúng có thể là một "trạng thái kết hợp " với một xác suất, nếu một số lượng cụ thể được đo, đem lại những kết quả khác nhau. Một ví dụ có liên quan trong trường hợp này là một gluon với một trạng thái màu sắc mô tả bởi :

$\left ( r\bar{b}+b\bar{r} \right )/\sqrt{2}$

Điều này được đọc như là "đỏ - phản xanh cộng với màu xanh-phản đỏ". (Thừa số căn hai là cần thiết cho việc chuẩn hóa , một chi tiết không phải là rất quan trọng để hiểu nội dung bài viết .) Nếu chúng ta có thể thực hiện đo sắc trực tiếp của một gluon trong trạng thái này, sẽ có 50% cơ hội của nó có sắc tích đỏ - phản xanh và một cơ hội 50% sắc tích xanh- phản đỏ.

Trạng thái sắc đơn nội . 

Người ta thường nói rằng các hạt tương tác mạnh ổn định (các hadron) quan sát thấy trong tự nhiên là "không sắc", nhưng chính xác hơn là chúng đang ở trong một trạng thái  "sắc đơn nội" , điều này có sự tương tự về mặt toán học với một trạng thái spin đơn nội . Những trạng thái như vậy cho phép tương tác với các đơn nội khác, nhưng không phải với các trạng thái sắc khác, bởi vì các tương tác gluon tầm xa không tồn tại, điều này cũng cho ta thấy rằng gluon trong trạng thái đơn nội không tồn tại .

Trạng thái sắc đơn nội là

$\left ( r\bar{r}+ b\bar{b}+g\bar{g}\right )/\sqrt{3}$

Theo cách nói , nếu người ta có thể đo sắc của trạng thái , sẽ có những xác suất tương đương của nó là sắc đỏ-phản đỏ,  xanh-phản xanh , hoặc sắc xanh cây-phản xanh cây .

Tám sắc của gluon .

Có tám trạng thái sắc độc lập , tương ứng với các "tám loại" hay "tám sắc" của gluon. Vì các trạng thái có thể được pha trộn với nhau như đã nói ở trên, có rất nhiều cách trình bày các trạng thái này, được gọi là "bộ sắc tám - color octet". Một danh sách thường được sử dụng là:

$\left ( r\bar{b}+ b\bar{r}\right )/\sqrt{2},-i\left (r\bar{b}- b\bar{r}  \right )/\sqrt{2}$
$\left ( r\bar{g}+ g\bar{r}\right )/\sqrt{2},-i\left (r\bar{g}- g\bar{r}  \right )/\sqrt{2}$
$\left ( b\bar{g}+ g\bar{b}\right )/\sqrt{2},-i\left (b\bar{g}- g\bar{b}  \right )/\sqrt{2}$
$\left ( r\bar{r}- b\bar{b}\right )/\sqrt{2},\left (r\bar{r}+b\bar{b}- 2g\bar{g}  \right )/\sqrt{6}$

Điều này tương đương với ma trận Gell-Mann ; biên dịch giữa hai điều này là sắc đỏ-phản đỏ là nhập liệu ma trận trên bên trái, sắc đỏ- phản xanh là nhập liệu trên bên phải,  sắc xanh-phản xanh cây là nhập liệu chính giữa , và cứ tiếp tục như vậy.

Các tính năng quan trọng trong tám trạng thái đặc biệt là chúng  độc lập tuyến tính , và cũng độc lập với trạng thái đơn nội , không có cách nào để thêm tổ hợp bất kỳ của các trạng thái để tạo ra trạng thái bất kỳ khác.
 Có rất nhiều lựa chọn có thể khác nhau , nhưng tất cả đều là tương đương về mặt toán học  , ít nhất là không kém phức tạp , và cung cấp cho kết quả vật lý như nhau .

Chi tiết lý thuyết Nhóm  .

Về mặt kỹ thuật , QCD là một lý thuyết đo với đối xứng gauge SU (3) . Các Quark được giới thiệu như là trường spinor trong hương Nf , mỗi quark thuộc các biểu diễn cơ bản ( bộ ba , ký hiệu 3) của nhóm gauge sắc , SU (3). Gluon là những trường vector thuộc các biểu diễn liên hợp ( octet , ký hiệu là 8) của sắc SU (3). Đối với một nhóm gauge tổng quát , số lượng của hạt mang lực ( như photon hoặc gluon ) luôn luôn bằng với kích thước của biểu diễn liên hợp . Đối với trường hợp đơn giản SU (N) , kích thước của đại diện này là  $N^2 - 1$.

Về lý thuyết nhóm , khẳng định rằng không có gluon đơn sắc chỉ đơn giản là tuyên bố rằng sắc động lực lượng tử có một SU (3) chứ không phải là đối xứng U (3) . Chúng ta không được biết có một lý do ưu tiên nào đó  cho một nhóm là được ưa thích hơn nhóm kia hay không , nhưng như đã nói ở trên , các bằng chứng thực nghiệm hỗ trợ SU (3).

8.6.3   Sự giam hãm sắc .

Vì gluon tự mang sắc tích , nên chúng tham gia vào các tương tác mạnh . Những tương tác gluon -gluon ràng buộc các trường sắc thành các đối tượng giống chuỗi được gọi là " ống thông lượng-flux tubes" , đưa tác lực không đổi khi bị kéo dài. Do lực này, các hạt quark bị giới hạn trong các hạt tổng hợp gọi là hadron . Những điều này giới hạn một cách hiệu quả phạm vi của sự tương tác mạnh đến $10^{-15}$ mét , gần bằng khoảng kích thước của một hạt nhân nguyên tử . Vượt ra ngoài một khoảng cách nhất định , năng lượng của các ống thông lượng ràng buộc hai quark tăng theo tuyến tính . Ở một khoảng cách đủ lớn, nó sẽ trở nên thuận lợi để kéo một cặp quark- quark ra khỏi chân không hơn là gia tăng chiều dài của ống thông lượng .
Gluon cũng chia sẻ tính chất của sự bị cô lập trong các hadron này . Một hệ quả là gluon không trực tiếp tham gia vào các lực hạt nhân giữa các hadron . Các tác tử trung hòa cho những gluon này là những hadron khác được gọi là meson .

Mặc dù trong pha bình thường của QCD các gluon đơn có thể không đi lại tự do , nhưng người ta vẫn dự đoán rằng có sự tồn tại những hadron mà hình thành nên toàn thể các gluon - gọi là glueballs  . Ngoài ra còn có phỏng đoán về các hadron khác lạ trong đó gluon thực ( như trái ngược với những gluon  ảo được tìm thấy trong các hadron bình thường ) sẽ là thành phần chính. Vượt qua pha bình thường của QCD ( ở nhiệt độ và áp lực cực đại ) , thể quark gluon plasma được hình thành . Trong một thể plasma như vậy không có các hadron ; quark và gluon trở thành hạt tự do .




Quan sát thực nghiệm .

Quark và gluon ( mang sắc ) thể hiện bản thân bằng cách phân thành nhiều quark và gluon , mà lần lượt hadron hóa thành các hạt bình thường (không sắc ) , tương quan trong các tia  . Như đã được chỉ ra vào hội nghị mùa hè năm 1978 , các thí nghiệm PLUTO tại máy va chạm electron-positron Doris ( DESY ) báo cáo bằng chứng đầu tiên rằng phân rã hadron của cộng hưởng rất hẹp Y ( 9.46 ) có thể được hiểu như sự kiện cấu trúc liên kết  ba tia được sinh bởi ba gluon . Phân tích sau đó được công bố bởi các thí nghiệm tương tự đã xác nhận cách giải thích này và cũng có cả bản chất spin 1 của gluon .

Vào mùa hè năm 1979 ở mức năng lượng cao hơn tại các máy gia tốc electron-positron PETRA ( DESY ) một lần nữa cấu trúc liên kết ba tia đã được quan sát , bây giờ được hiểu là qq gluon bức xạ hãm và có thể nhìn thấy rõ ràng , bởi các thí nghiệm Tasso , MARK- J  và PLUTO  ( sau đó vào năm 1980 cũng bởi JADE  ) . Spin 1 của gluon đã được xác nhận vào năm 1980 bởi Tasso  và các thí nghiệm PLUTO  . Năm 1991 một thử nghiệm tiếp theo tại  LEP , CERN lần nữa khẳng định kết quả này.

Gluon đóng một vai trò quan trọng trong sự tương tác mạnh giữa  các quark và gluon , được mô tả bởi QCD và nghiên cứu đặc biệt tại các máy gia tốc electron HERA - proton tại DESY . Số lượng và phân phối xung lượng của gluon trong proton ( mật độ gluon ) đã được đo bằng hai thí nghiệm , H1 và ZEUS , trong những năm 1996 cho đến ngày nay (2012) . Sự đóng góp gluon đối với spin proton đã được nghiên cứu bởi thí nghiệm HERMES tại HERA . Mật độ gluon trong photon ( khi xử lý hadronic ) cũng đã được đo .

Sự giam giữ sắc được xác nhận qua sự thất bại trong việc tìm kiếm các quark tự do . Quark thường được sản xuất theo cặp ( quark + phản-quark ) để bù đắp sắc lượng tử và số hương vị , tuy nhiên tại Fermilab việc sinh ra của các quark đỉnh đã được chỉ ra nhưng không có glueball nào đã được chứng minh . .

Sự phi giam giữ sắc (deconfinement)  đã được tuyên bố vào năm 2000 tại CERN SPS trong những va chạm ion nặng , và nó ngụ ý một trạng thái mới của vật chất : đó là thể quark-gluon plasma , ít tương tác hơn trong nhân , gần như là trong một chất lỏng . Nó được tìm thấy ở Relativistic Heavy Ion Collider ( RHIC ) tại Brookhaven trong những năm 2004-2010 bởi bốn thí nghiệm đương thời .  Một trạng thái plasma quark-gluon cũng đã được xác nhận tại CERN Large Hadron Collider (LHC) bởi ba thí nghiệm ALICE , ATLAS và CMS trong năm 2010.



+++++++++++++++++++++++++++

Nguồn :
1. http://www.quantumdiaries.org/2010/10/03/world-of-glue/
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Quark
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Gluon
4. http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/camphy/nucleus/nucleus4_1.htm
5. http://scienceblogs.com/startswithabang/2012/06/27/the-strong-force-for-beginners/




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 18/11/2013.


------------------------------------------------------------------------------------------- 

Hướng Chân Thiện Mỹ 
Độc lập tư duy 
Hoài nghi hợp lý 
Tự do sáng tạo .

*******

Blog Toán Cơ trích đăng các thông tin khoa học tự nhiên của tác giả và nhiều nguồn tham khảo trên Internet .
Blog cũng là nơi chia sẻ các suy nghĩ , ý tưởng về nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau .


Chia xẻ

Bài viết được xem nhiều trong tuần

CÁC BÀI VIẾT MỚI VỀ CHỦ ĐỀ TOÁN HỌC

Danh sách Blog

Gặp Cơ tại Researchgate.net

Co Tran