- 1.3.Tương tác của các hạt cơ bản. - 1.3.1.Tương tác mạnh. - 1.3.2.Tương tác điện từ. - 1.3.3.Tương tác yếu. - 1.3.4.Tương tác hấp dẫn. - Chƣơng 2 - MÔ HÌNH CHUẨN. - 2.5.Khối lượng của các hạt fermion trong mô hình chuẩn. - 2.6.Khối lượng của các hạt boson trong mô hình chuẩn. - Tương tác của nó với vật chất sẽ cung cấp khối lượng cho các hạt khác. - Càng tương tác mạnh bao nhiêu với trường Higgs, vật chất lại càng có khối lượng nặng bấy nhiêu.. - cho các tương tác mạnh, yếu và điện từ có khả năng mô tả vật lý một cách chính xác (trừ lực hấp dẫn) cho tới thang khoảng cách nhỏ nhất mà hiện nay chúng ta có thể thăm dò được. - Trong quá trình nghiên cứu luận án giúp chúng ta nâng cao hiểu biết về mô hình chuẩn, cụ thể là về cấu trúc các hạt cơ bản và các lực tương tác giữa chúng.. - Chương này trình bày thông tin về các hạt cơ bản và các tương tác giữa chúng.. - Mục 1.3 tìm hiểu về bốn lực tương tác của các hạt cơ bản đó là tương tác mạnh, tương tác điện từ, tương tác yếu và tương tác hấp dẫn.. - Chương 2 - Mô hình chuẩn. - thì bây giờ việc coi chúng là các hạt phức hợp có cấu trúc bên trong tỏ ra hợp lý hơn.Các hadron tương tác với nhau thông qua lực hạt nhân, còn gọi là lực “tàn dư” của tương tác mạnh. - Đa số hạt Hadron không bền vững, là các hạt cộng hưởng có thời gian sống nhỏ hơn s, bị phân rã thành các Hadron nhẹ hơn do tương tác mạnh. - Các Hadron gần bền vững sống lâu hơn, phân rã do tương tác yếu. - Các hạt này được giả định là truyền tương tác hạt nhân giữa các nucleon. - Một hương của quark chỉ có thể biến đổi thành một hương khác của quark thông qua tương tác yếu, một trong bốn tương tác cơ bản trong vật lý hạt. - Tương tác mạnh của các quark trao đổi gluon g giữa chúng được gọi là sắc dộng lực học lượng tử. - Theo thuyết sắc động lực học lượng tử trong tương tác mạnh thì mỗi một hương quark có 3 màu. - Lepton là hạt có spin bán nguyên là 1/2, và không tham gia trong tương tác mạnh. - Nhóm gauge của tương tác mạnh là SU(3), nhóm gauge. - của tương tác yếu là SU(2)xU(1). - Boson là những hạt truyền tương tác.Sự tương tác của vật chất với trường Higgs trong chân không lượng tử sẽ cung cấp khối lượng cho các hạt khác. - Càng tương tác mạnh bao nhiêu với trường Higgs, vật chất lại càng được tăng khối lượng bấy nhiêu.. - Ngoài ra trong lý thuyết hấp dẫn lượng tử thì hạt boson đóng vai trò truyền tương tác hấp dẫn gọi là graviton. - Trung gian tương tác. - Photon A Tự nó 1 0 Tương tác điện từ. - Boson W Tương tác yếu. - Boson Z Z Tự nó Tương tác yếu. - Gluon g Tự nó 1 0 Tương tác mạnh. - Higgs boson Tự nó Tương tác Yukawa. - Tương tác cơ bản giữa các hạt vật chất chia thành bốn loại, đó là: tương tác mạnh, tương tác điện từ, tương tác yếu, tương tác hấp dẫn. - Tương tác hấp hẫn được truyền bằng graviton, tương tác yếu được truyền bằng. - tương tác mạnh được truyền bằng gluon g và tương tác điện từ được truyền bằng. - Tương tác mạnh hay lực mạnh là một trong bốn tương tác cơ bản của tự nhiên.. - Lực tương tác mạnh ảnh hưởng bởi các hạt quark, phản quark và gluon - hạt boson truyền tương tác của chúng. - Thành phần cơ bản của tương tác mạnh giữa các quark lại với nhau để hình thành các hadron như proton và neutron, là các hạt tạo nên hạt nhân nguyên tử. - Thành phần dư của tương tác mạnh giữ các hadron lại trong hạt nhân của một nguyên tử để chống lại lực đẩy rất lớn giữa các proton đó là lực điện từ.. - Lực tương tác mạnh xảy ra giữa hai quark là nhờ hạt trao đổi gluon, vì gluon không có khối lượng, không điện tích, nhưng lại có màu tích, nên chúng tự tương tác mạnh. - Hai hạt quark càng ra xa thì lực tương tác giữa chúng càng lớn, nhưng khi chúng gần xát nhau, thì lực tương tác này bằng 0. - Và có một giả thuyết rằng các quark gần nhau sẽ không tồn tại lực tương tác mạnh. - Tương tác mạnh là một dạng tương tác gần, với bán kính tương tác vào khoảng ≤10 −13 cm.. - Phía ngoài khoảng cách này, tương tác mạnh gần như biến mất.. - Photon là hạt không có khối lượng, trung hòa điện tích, nên chúng không tự tương tác. - Lý thuyết lượng tử mô tả tương tác điện từ giữa các hạt mang điện được gọi là điện động lực học lượng tử (QED). - Vì photon không tự tương tác nên hệ phương trình cơ bản QED là tuyến tính. - Do photon có khối lượng bằng 0, nên bán kính tương tác điện từ là vô hạn.. - Tương tác yếu hay lực yếu là một trong bốn loại tương tác cơ bản của tự nhiên xảy ra ở mọi hạt cơ bản, trừ các hạt photon và gluons, ở đó có sự trao đổi của các hạt truyền tương tác là W boson và Z boson. - Tương tác yếu gây nên đa số các hiện tượng phóng xạ, trong đó có phóng xạ . - Tương tác yếu xảy ra ở một biên độ rất ngắn, bởi vì khối lượng của những hạt W boson và Z boson vào khoảng 80 GeV. - Có một số định luật bảo toàn hợp lệ với lực tương tác mạnh và lực điện từ, nhưng lại bị phá vỡ bởi lực tương tác yếu. - Mặc dù có biên độ và và hiệu suất thấp, nhưng lực tương tác yếu lại có một vai trò quan trọng trong việc hợp thành thế giới mà trong đó ta quan sát.. - Tương tác hấp dẫn, liên kết tất cả các hạt có khối lượng trong vũ trụ. - Trong tự nhiên hiện nay có bốn tương tác: Tương tác điện từ, tương tác yếu, tương tác mạnh và tương tác hấp dẫn. - Ngày nay người ta gộp được 3 tương tác:. - Tương tác điện từ, tương tác yếu và tương tác mạnh trên nguyên lý chuẩn – phép biến đổi chuẩn. - Các thế hệ quark và lepton nặng hơn được phát hiện khi nghiên cứu tương tác của hạt ở năng lượng cao, cả trong phòng thí nghiệm với máy gia tốc lẫn trong các phản ứng tự nhiên của các hạt trong tia vũ trụ năng lượng cao ở tầng trên của khí quyển.. - Tương tác yếu là tương tác tầm gần nên hạt truyền tương tác yếu phải có khối lượng. - Với g là hằng số tương tác của nhóm U(1), nhưng không phải là điện tích của trường . - Phần tương tác mạnh sẽ diễn tả bằng Lagrangian của sắc động lực học lượng tử (QCD) với nhóm chuẩn là SU . - Trong đó, màu tích là nguồn của tương tác.. - Do tương tác mạnh không làm thay đổi hương quark mà chỉ làm thay đổi màu của chúng nên ta đã thêm chỉ số “c” vào nhóm chuẩn SU(3).. - Lagrangian trong tương tác Yukawa:. - (2.24) Suy ra Lagrangian trong tương tác Yukawa là:. - Phần tương tác mạnh. - Phần tương tác yếu và tương tác điện từ. - Để cho các fermion có khối lượng, ta xây dựng tương tác Yukawa. - Tuy nhiên, tương tác này phải bất biến với nhóm SU SU U. - Khai triển biểu thức Lagrangian đối với lepton của tương tác Yukawa (2.23). - Khai triển biểu thức Lagrangian đối với quark của tương tác Yukawa (2.24). - Các công thức khối lượng của các fermion (2.29) và (2.30) cho thấy hằng số tương tác Yukawa của các fermion tỉ lệ thuận với khối lượng của chúng. - Đối với các quark như t – quark, tương tác Yukawa trở nên mạnh.. - Số hạng đầu tiên trong (2.37) cho tương tác của hai boson chuẩn với hai trường Higgs. - Hai số hạng tiếp theo cho tương tác của hai boson chuẩn với một Higgs boson. - Số hạng ở dòng thứ hai mô tả tương tác của các W boson với các dòng mang điện. - (2.43) Như vậy các dòng mang điện có dạng V A như trong tương tác yếu và chỉ có các fermion trái trong lưỡng tuyến tham gia. - Sự khác nhau giữa khối lượng của các hạt W và Z do có sự có mặt của hằng số tương tác siêu tích yếu . - Nên trong khối lượng của hạt Z có sự đóng góp của tương tác điện từ.. - (2.45) Tương tác với photon ℒ (2.46) Số hạng cuối cùng của (2.41) chính là dòng trung hòa tương tác với Z boson:. - Từ (2.51), ta có các đỉnh tương tác của hai fermion với một boson chuẩn. - (2.53) Khi đó, tương tác Yukawa của các quark cho một thế hệ sẽ l. - Lực hấp dẫn: Mô hình chuẩn chưa có một lý giải nào về lực hấp dẫn, một tương tác phổ biến của tự nhiên.. - Mô hình chuẩn chưa giải thích được tại sao nhóm chuẩn của mô hình có dạng tích trực tiếp: SU(3) U(1), nhưng chỉ có tương tác yếu là vi phạm đối xứng chẵn lẻ. - Vấn đề CP mạnh ( strong CP): Mô hình chuẩn có thể chứa thêm một số hạng dẫn đến sự phá vỡ đối xứng CP, liên hệ giữa vật chất và phản vật chất trong tương tác mạnh. - Lý thuyết chuẩn SU(3) x SU(2) x U(1) cho các tương tác mạnh, tương tác yếu và tương tác điện từ có khả năng mô tả vật lý cho tới thang khoảng cách nhỏ nhất mà hiện nay chúng ta có thể thăm dò được. - Các hiện tượng của thế giới vật lý đã được biết đến với độ chính xác cao (ngoại trừ lực hấp dẫn), tuy nhiên vẫn chưa giải thích được nguồn gốc của các thế hệ, các giá trị của hằng số cơ bản, nguồn gốc của sự lượng tử hóa điện tích, và vai trò của trọng lực trong mối tương quan với các tương tác còn lại. - L) phải là mô hình chuẩn với các hằng số tương tác chuẩn. - các hằng số tương tác Yukawa , các hằng số tương tác vô hướng bậc bốn λ(L) và một tham số khối lượng µ 2 (L). - (3.6) Vì vậy 〈 〉có thể được lấy gần đúng khá chính xác bằng việc tính khối lượng và hằng số tương tác µ(0), λ(0) đã “ renormalized ” ẩ. - Ta có là hằng số tương tác Yukawa.. - Trong các mô hình Technicolor người ta xây dựng một lý thuyết bắt trước như QCD, trong đó nhóm chuẩn tương ứng với tương tác mạnh không nhất thiết phải là nhóm SU(3) của QCD. - Các fermion có tham gia vào tương tác loại này (technicolor) được gọi là technifermion và lập nên. - Ở thang năng lượng thấp hằng số tương tác tựa QCD sẽ trở nên rất lớn và các technifermion chỉ có thể tồn tại trong trạng thái liên kết. - Khi tương tác với các trường khác, các cặp hạt đồng hành này có cùng một hằng số tương tác, đó là hằng số tương tác siêu đa tuyến chứa chúng. - Với là hằng số tương tác Yukawa.. - Mô hình Weinberg-Salam-Glashow được siêu đối xứng hóa và hằng số tương tác ứng với đỉnh tương tác bốn đường vô hướng (giữa selectron và Higgs) được tính toán.. - Đỉnh tương tác electron– photon: (E.10)