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.