Hạt cơ bản
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| fundamental particles/ˌfʌndəˈmentl ˈpɑːtɪklz/ | hạt cơ bản |
| quarks/kwɑːks/ | quark |
| flavours/ˈfleɪvəz/ | hương |
| antiquark/ˈæntɪkwɑːk/ | antiquark |
| hadrons/ˈhædrɒnz/ | hadron |
| baryons/ˈbæriɒnz/ | baryon |
| mesons/ˈmiːzɒnz/ | meson |
| leptons/ˈleptɒnz/ | lepton |
Bên trong proton
- Proton và neutron cảm giác như những viên rắn chắc — nhưng chúng không phải là hạt cơ bản.
- Mỗi hạt được cấu tạo từ các hạt điểm nhỏ hơn gọi là quark.
- Một số hạt không có bộ phận nhỏ hơn; đó là những hạt thực sự cơ bản.
Phòng thí nghiệm hạt cơ bản
Sắp xếp các hạt theo họ hoặc tương tác xác định chúng.
Quark
- Sáu hương. Up, charm, top mang điện tích $+\tfrac{2}{3}e$; down, strange, bottom mang $-\tfrac{1}{3}e$.
- Mỗi loại đều có một antiquark mang điện tích ngược lại.
Sáu hương quark: loại up mang +⅔e, loại down mang −⅓e
Điện tích của quark lên là gì?
Độ khó 1/5 · 100 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Quark loại lên (lên, duyên, đỉnh) mang $+\tfrac{2}{3}e$; quark loại xuống (xuống, lạ, đáy) mang $-\tfrac{1}{3}e$.
Hadron: baryon và meson
- Các hạt được xây dựng từ quark là hadron.
- Baryon = ba quark; meson = một quark và một antiquark.
Gắn mỗi hadron với cấu tạo của nó.
Độ khó 2/5 · 140 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Proton và neutron là baryons (ba quark); pion là meson (quark + antiquark).
Proton và neutron
- Proton = u u d: điện tích $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$.
- Neutron = u d d: điện tích $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$.
Proton được cấu tạo từ những quark nào?
Độ khó 1/5 · 100 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Proton = u u d, tạo ra điện tích $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$.
Neutron là u d d. Điện tích tổng cộng của nó là bao nhiêu, tính theo đơn vị $e$?
Độ khó 2/5 · 140 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
$\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$ — neutron không mang điện.
Ví dụ minh họa: các quark trong hạt α
Hạt α gồm hai proton và hai neutron. Hãy chứng minh, dùng quark, rằng mỗi hadron trong nó mang điện tích $0$ hoặc $+e$, và tìm thành phần quark tổng hợp.
- Mỗi proton là uud: $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$, nên điện tích $+e$. Nó là một baryon (ba quark).
- Mỗi neutron là udd: $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$. Cũng là baryon.
- Toàn bộ hạt α: quark up $2 \times 2 + 2 \times 1 = 6$; quark down $2 \times 1 + 2 \times 2 = 6$.
- Kiểm tra: $6\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 6\left(-\tfrac{1}{3}\right) = 4 - 2 = +2$, điện tích của hạt α là $+2e$.
Hạt nhân heli-3 chứa hai proton và một neutron. Nó chứa bao nhiêu quark xuống?
Độ khó 2/5 · 140 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Mỗi proton (uud) có một quark xuống và neutron (udd) có hai: $1 + 1 + 2 = 4$.
Phân rã β dưới góc độ quark
- β$^{-}$: neutron biến thành proton — một quark down chuyển thành quark up.
- β$^{+}$: proton biến thành neutron — một quark up chuyển thành quark down.
Phân rã β⁻ cận cảnh: một quark down lật sang quark up, nên neutron trở thành proton
Trong phân rã β$^{-}$, sự thay đổi quark nào xảy ra?
Độ khó 1/5 · 100 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Một neutron (u d d) trở thành proton (u u d): một xuống → lên, phát ra $\beta^{-}$ và antineutrino.
Lepton và những gì cơ bản
- Lepton (electron, neutrino) là cơ bản và không được tạo thành từ quark.
- Cơ bản: quark, electron, positron, neutrino. Không cơ bản: proton, neutron, meson (tất cả đều là hadron).
Hạt được sắp xếp thành hadron (cấu tạo từ quark) và lepton (cơ bản, không cấu tạo từ quark)
Chọn tất cả các hạt là cơ bản.
Độ khó 2/5 · 140 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Quarks và leptons (electron, neutrino) là cơ bản. Protons và mesons là hadrons — được tạo từ quarks.
Electron là lepton và không được tạo từ quarks.
Độ khó 1/5 · 100 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Leptons (electrons và neutrinos) là hạt cơ bản, không được xây dựng từ quarks.
Ví dụ minh họa: meson trung hòa
Hạt Q là một meson mang điện tích bằng 0. Nó có khối lượng $0.67\ \text{u}$ và động năng $2.1 \times 10^{-16}\ \text{J}$.
- Một tổ hợp có thể: một quark và phản-quark của chính nó, ví dụ $\text{u}\bar{\text{u}}$: $+\tfrac{2}{3} - \tfrac{2}{3} = 0$. ($\text{d}\bar{\text{d}}$ cũng sẽ phù hợp.)
- Tại sao không phải hai quark? Meson luôn là một quark và một phản-quark; hai quark kết hợp với nhau không phải là meson.
- Tốc độ: $E_{\text{K}} = \tfrac{1}{2}mv^{2}$ với $m = 0.67 \times 1.66 \times 10^{-27} = 1.1 \times 10^{-27}\ \text{kg}$, nên $v = \sqrt{\dfrac{2 \times 2.1 \times 10^{-16}}{1.1 \times 10^{-27}}} = 6.1 \times 10^{5}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Kiểm tra: thấp hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng, nên công thức động năng thông thường hoàn toàn phù hợp để sử dụng.
Meson được tạo từ một quark và một ____.
Độ khó 1/5 · 100 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Mesons là cặp quark–antiquark; baryons là ba quark. Một meson trung hòa ghép một quark với một antiquark có điện tích trái dấu, chẳng hạn như lên với anti-up.
"Cơ bản" có nghĩa là không cấu tạo từ bất kỳ thành phần nào nhỏ hơn: quark và lepton là cơ bản; proton, neutron và mọi hadron khác đều không phải. Phản-quark mang điện tích ngược lại, do đó meson trung hòa ghép nối một quark với phản-quark tương ứng. Trong phân rã β$^{-}$, sự thay đổi của quark là d → u — một mức tăng điện tích là $+1$ mà điện荷 $-1$ của electron phát ra cân bằng — và electron được tạo ra trong quá trình phân rã, chứ không bị giải phóng từ quỹ đạo.
Bạn đã nắm vững
- quark là cơ bản (loại lên $+\tfrac{2}{3}e$, loại xuống $-\tfrac{1}{3}e$; phản-quark mang điện tích ngược)
- baryon = 3 quark (proton uud, neutron udd); meson = quark + phản-quark; các quark trong hạt nhân chỉ là tổng hợp các quark của proton và neutron của nó
- Trong phân rã β$^{-}$ một quark xuống → quark lên; lepton (electron, neutrino) là cơ bản