CÁC HẠT TRUYỀN TƯƠNG TÁC - BOSONS
Okay, là mình đây, Eagle đây. Để nối tiếp phần 1 của bài viết tổng hợp về Hạt Cơ Bản, ở phần 2 này mình sẽ tóm gọn lại một cách đơn giản nhưng cũng không thiếu phần bí ẩn về các Bosons – các hạt truyền tương tác.
Trên đây là hình ảnh về bảng các hạt cơ bản của Mô hình Chuẩn, các bạn nên vừa xem ảnh vừa đọc bài viết thì sẽ dễ hình dung hơn nhé.
Nếu nói thế giới vật chất của chúng ta là một ngôi nhà thì các Femions là những viên gạch còn các Bosons chính là chất keo dính kết nối các ‘viên gạch’ ấy lại với nhau. Trong họ gia đình Bosons có 4 thành viên, theo thứ tự là Gluon, Photon, W boson và Z boson. Trong đó Gluon là hạt truyền tương tác của Lực hạt nhân mạnh, Photon là hạt truyền tương tác của Lực điện từ còn W boson và Z boson là hạt truyền tương tác của Lực hạt nhân yếu. Nhắc về các lực cơ bản thì có tất cả 4 lực cơ bản khác nhau, đó là: Lực hạt nhân mạnh, Lực hạt nhân yếu, Lực điện từ và Lực hấp dẫn. Khi bạn xét các lực có trong tự nhiên dưới dạng chi tiết nhất thì sẽ thấy chúng đều được tổ hợp từ 4 lực cơ bản nêu trên.
Ơ? Khoan? Có 4 loại tương tác cơ bản lận mà, vậy hạt gì truyền tương tác cho Lực hấp dẫn?
Xin thưa, các nhà khoa học gọi hạt đó là Graviton. Tuy nhiên hạt này cho tới nay vẫn chưa ‘tồn tại’, tức là ta chưa tìm thấy nó bằng thực nghiệm mà chỉ tiên đoán thôi, vậy nên ở bài viết này mình sẽ không đề cập tới nó, chỉ xoáy vào những hạt truyền tương tác đã được ‘khai sinh’ thôi.
W Boson mình đã nói ở bài viết trước, nó cùng với Z Bosons là hạt truyền tương tác cho lực hạt nhân yếu. Là bản chất của sự phóng xạ ở các nguyên tố phóng xạ như Urani, là yếu tố quyết định các phản ứng nhiệt hạch trong lõi các ngôi sao cũng như của sự phân rã Beta mà ta đã học ở lớp 12.
Về Gluon, đây là một hạt không có khối lượng giống như Photon, tuy nhiên, Photon thì có tầm tác dụng rất xa còn Gluon chỉ có tầm tác dụng trong hạt nhân nguyên tử. Đây là chất ‘keo dính’, nối các hạt Proton và Neutron lại với nhau, đúng hơn là nối các hạt Quarks Up và Quarks Down bên trong chúng. Không có Gluon thì không có nguyên tử, không có vật chất, không có thế giới ngày nay. Mặc dù là thành phần cơ bản của vật chất nhưng Gluon và Lực hạt nhân mạnh chứa trong mình rất nhiều bí ẩn mà các nhà khoa học vẫn chưa giải đáp hoàn toàn. Ví dụ như khối lượng của Proton và Neutron có từ đâu? Mặc dù được cấu tạo từ Quarks nhưng khối lượng Quarks chỉ chiếm 2% trong khối lượng Proton và Neutron. Vậy 98% khối lượng còn lại từ đâu mà có? Hay tại sao Gluon lại có tầm tác dụng ngắn? Theo lý lẽ thì với tầm hoạt động trong hạt nhân nguyên tử, ban đầu các nhà khoa học cho rằng nó phải có khối lượng khá lớn, nhưng sự thật Gluon có khối lượng bằng 0. Hay thú vị hơn nữa là khi các nhà khoa học nghiên cứu về Proton và Neutron trong nguyên tử, họ nhận thấy rằng khi 3 Quarks nằm gần nhau thì Lực hạt nhân mạnh tỏ ra khá ‘yếu’, nhưng khi chúng bị kéo dãn ra xa thì lực này trở nên cực mạnh. Điều này giống như khi ta kéo sơi dây cao su vậy, và nó cũng trái ngược hoàn toàn với Lực hấp dẫn – càng xa càng yếu.
Đấy, cùng có khối lượng là 0 nhưng khác với Gluon, Photon có thể di chuyển rất xa, có thể nói là vô cùng nếu không có gì hấp thụ nó. Đây cũng là loại hạt cơ bản duy nhất mà con người cảm nhận trực tiếp được bằng đôi mắt, tất nhiên với những bước sóng thích hợp. Nói về hạt ánh sáng này thì có muôn vàn điều để kể, chúng ta cũng đã quá quen thuộc với nó thông qua các bài học ở cấp 3 rồi. Từ những sóng có bước sóng dài như sóng vi ba, sóng vô tuyến hay những tia có bước sóng nhỏ hơn là hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy (380nm-760nm), tử ngoại, tia X và tia có bước sóng ngắn nhất cũng như năng lượng cao nhất là tia gamma. Khi một electron trong nguyên tử chuyển xuống mức năng lượng thấp hơn sẽ phát ra một Photon với E=hf. Các nhà khoa học cũng đã chứng mình rằng, không có gì có thể di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng, tức 300.000 km/s hay chính xác hơn là 299.792.458 m/s.
Cuối cùng, hạt cơ bản ‘trẻ’ nhất mà con người tìm thấy, một hạt được các nhà khoa học gọi là “hạt của Chúa”: bosons Higgs. Đây là hạt được các nhà khoa học mong chờ hơn nửa thế kỉ, là một dấu mốc cuối cùng để hoàn thiên Mô hình Chuẩn cũng như mở ra những trang mới cho khoa học hiện đại. Hạt Higgs không truyền tương tác giống các Bosons khác mà chúng ‘tạo nên khối lượng’ của các hạt cơ bản thông qua một cơ chế gọi là ‘cơ chế Higgs’.
Khối lượng và trọng lượng là hai đối tượng khác hẳn nhau. Đặc trưng cho trọng lượng chính là Lực hấp dẫn. Một người nặng 60kg trên Trái Đất sẽ có trọng lượng là 600N, nhưng chỉ có trọng lượng 100N nếu người đó đứng trên Mặt Trăng. Còn khối lượng, đặc trưng cho nó là tính quán tính, là tính bảo toàn trạng thái chuyển động của vật hay hiểu nôm na là ‘tính ì’ của vật. Các nhà khoa học đo được khối lượng của các hạt cơ bản, lập bảng thống kê về chúng nhưng vẫn không biết cái khối lượng ấy do điều gì tạo nên. Từ đó trường Higgs ra đời, theo đó trường Higgs là một trường lực giả thuyết không thể nhìn thấy nhưng tồn tại khắp mọi nơi trong vũ trụ. Các hạt cơ bản tương tác với trường Higgs, hạt nào tương tác càng nhiều thì càng ì, tức là khối lượng của hạt càng lớn. Điều này cũng giống như trong một buổi tiệc có rất đông khách tham dự, nhưng chợt có một nữ ngôi sao điện ảnh bước vào, ngay lập tức người ta vây quanh ngôi sao điện ảnh đó, khiến cho cô ta không thể đi nhanh được mà bị ì lại bởi đám đông.
Hạt Higgs được các nhà khoa học dự đoán vào những năm 1960 nhưng phải đến năm 2012 thì nó mới được chứng minh bằng thực nghiệm trong máy gia tốc hạt tại CERN và được giới khoa học công nhận. Nó giống như một mắc xích cuối cùng của Mô hình Chuẩn, đã được các nhà khoa học chờ đợi từ rất lâu. Trước đây Mô hình Chuẩn vẫn tồn tại nhưng ở vị trí của hạt Higgs đó có màu xám chứ không phải màu vàng như trong hình mà các bạn thấy, tức đó là một vị trí chưa được kiểm chứng.
Trên đây là tóm gọn lại một cách đơn giản về các hạt Bosons của mình. Hãy theo dõi fanpage để học được những kiến thức thú vị nhé.
-----------------------------------
Nguồn tham khảo: Wikipedia tiếng Anh các từ khóa Quarks, Lepton, Meson, Hadron, Baryon, Bosons, Standard Model, QCD, QED, Elementary Particles,…Tạp chí Tia Sáng
Nguồn tham khảo thêm:
https://www.livescience.com/65427-fundamental-elementary...
http://tiasang.com.vn/.../mo-hinh-chuan-cua-vat-ly-hat-co...