Những VIÊN GẠCH xây nên Vũ Trụ

Những VIÊN GẠCH xây nên Vũ Trụ

Những viên gạch cơ bản

Khoa học ngày càng tiến bộ. Từ cái thuở người ta đinh ninh rằng nguyên tử là đơn vị cơ bản không thể chia cắt của vũ trụ ("nguyên" trong từ "nguyên tử" có nghĩa là "nguyên sơ", "atom" lấy từ gốc tiếng Hy Lạp có nghĩa "không chia cắt được") thì đến nay, người ta đã biết còn có những hạt cơ bản nhỏ hơn nhiều.


Mô hình chuẩn: các hạt cơ bản và tương tác giữa chúng

Theo những khám phá mới nhất của ngành vật lý hạt (gần đây nhất là phát hiện top quark vào năm 1995) thì các nhà khoa học đã xác định được hai loại hạt cơ bản nhất là quark và lepton. Mỗi loại gồm 6 hạt khác nhau, tạo thành 12 "viên gạch" cơ bản xây nên toàn bộ vật chất. Thế giới mà chúng ta đang sống được cấu tạo bởi 3 trong số những viên gạch này: up quark, down quark và electron. Chỉ cần 3 hạt cơ bản này thôi là có thể xây nên các proton và neutron rồi hình thành nguyên tử và phân tử. Hạt thứ 4 là electron neutrino - được phát hiện khi các hạt khác thoái hóa (decay) - kết hợp với 3 hạt kia tạo thành thế hệ thứ nhất (cột thứ nhất trong hình).

Vì một lý do bí ẩn nào đó, thiên nhiên đã nhân bản thế hệ đầu tiên này của quark và lepton để tạo ra 6 hạt quark và 6 hạt lepton khác, có khối lượng tăng dần. Cũng giống các hạt quark khác, hạt quark thứ 6 (tên là top quark) nhỏ hơn rất nhiều so với hạt proton (thực ra không ai biết hạt quark nhỏ cỡ nào), nhưng lại nặng bằng cả một nguyên tử vàng (Au) !!

Mặc dù có cơ sở để khẳng định không còn một thế hệ quark và lepton nào nữa, các nhà vật lý lý thuyết cho rằng vẫn có thể còn những kiểu "gạch" khác. Chúng sẽ phần nào giải thích được sự tồn tại của cái gọi là "vật chất đen" (dark matter) phát hiện bởi các thí nghiệm vật lý thiên văn. Chính cái vật chất vô hình này đã phát ra lực hấp dẫn và chi phối các thiên hà trong vũ trụ. Cấu tạo của nó vẫn còn là điều bí ẩn đang chờ khám phá từ các thí nghiệm với máy gia tốc.

Các lực cơ bản

Các nhà khoa học cũng đã xác định 4 lực cơ bản chi phối giữa các hạt trên: mạnh, yếu, điện từ và hấp dẫn.

- Lực mạnh là lực kết dính các hạt quark với nhau để tạo thành proton, neutron và các hạt liên quan.
- Lực điện từ là lực kết nối giữa electron và hạt nhân (chùm proton và neutron) để tạo thành nguyên tử.
- Lực yếu là lực giúp cho sự thoái hóa của các hạt nặng thành các hạt "bà con" nhỏ hơn.
- Lực hấp dẫn là lực chi phối giữa các vật có khối lượng lớn. Mặc dù không có vai trò quan trọng ở mức vi mô, nó là lực chủ đạo trong cuộc sống thường ngày của chúng ta và khắp vũ trụ.

Các hạt cơ bản truyền lực cho nhau bằng cách trao đổi các hạt dẫn lực (force carrier) gọi là boson (lực tử? có khi còn gọi là gauge boson). Các "sứ giả truyền lực" này mang những lượng năng lượng nhất định (gọi là lượng tử - quantum) từ hạt này sang hạt khác. Sự truyền năng lượng bằng cách trao đổi boson cũng giống như các cầu thủ bóng rổ chuyền bóng cho nhau vậy.

Mỗi một lực cơ bản có một loại boson riêng của nó:

- Hạt gluon truyền lực mạnh để kết dính các hạt quark.
- Hạt photon (quang tử) dẫn lực điện từ và cũng truyền ánh sáng.
- Các hạt boson W và Z truyền lực yếu và tạo các loại thoái hóa khác nhau.

Các nhà vật lý dự đoán rằng lực hấp dẫn cũng có thể liên quan đến một loại boson tên là graviton (trọng tử?). Hạt này chỉ tồn tại trên giả thuyết vì nó rất khó phát hiện, do ở cấp độ dưới phân tử lực hấp dẫn yếu hơn gấp bội so với 3 lực cơ bản khác.

Phản vật chất

Mặc dù mới đầu là một sản phẩm của khoa học viễn tưởng, phản vật chất (antimatter) là có thật cũng như vật chất vậy. Đối với mỗi hạt cơ bản, các nhà vật lý học đều tìm ra một loại phản hạt (antiparticle) tương ứng, có hình dạng và động thái hầu như tương đồng. Tuy nhiên phản hạt lại có tính chất trái ngược với hạt tương ứng. Ví dụ hạt phản-proton (antiproton) mang điện tích âm trong khi hạt proton tích điện dương.

Cách đây chưa đến 10 năm, các nhà khoa học ở viện nghiên cứu CERN (châu Âu) và Fermilab (phòng thí nghiệm quốc gia Hoa Kỳ có máy gia tốc lớn nhất thế giới Tevatron) đã tạo ra các phản-nguyên tử (anti-atom) đầu tiên. Để tìm hiểu các tính chất của "Vũ trụ đối xứng" (Mirror World, tức thế giới phản vật chất), họ đã kết hợp một positron (dương tử? - phản hạt của electron) với một phản-proton. Kết quả là một nguyên tử phản-hydro !!

Cũng giống như câu chuyện tếu về một nhà hóa học phát minh ra chất ăn mòn mọi thứ, lưu trữ phản vật chất là một việc rất khó. Ngay khi một hạt và phản hạt "đụng" nhau, chúng sẽ triệt tiêu thành năng lượng. Khó nhưng không phải không làm được. Dùng trường điện từ, các nhà khoa học có thể lưu trữ phản vật chất bên trong các bình chân không trong một khoảng thời gian có hạn.

Mô hình chuẩn

Các nhà khoa học gọi mô hình lý thuyết đặc tả mối tương tác giữa các viên gạch cơ bản (quark và lepton) là "Mô hình chuẩn" (Standard Model). Mô hình này vẫn còn thiếu chỗ cho lực hấp dẫn, nên một bài toán trọng tâm của vật lý hạt thế kỷ 21 là tìm cho ra một cấu hình lượng tử của trọng lực để có thể bổ sung vào Mô hình chuẩn.

Mặc dù vẫn còn lấy tên là mô hình nhưng Mô hình chuẩn là một lý thuyết vật lý nền tảng đã được kiểm nghiệm thấu đáo. Các nhà vật lý vận dụng mô hình này để giải thích và tính toán rất nhiều các mối tương tác hạt và các hiện tượng lượng tử đa dạng. Các thí nghiệm có độ chính xác cao đã liên tục chứng minh những hiệu ứng tinh vi do Mô hình chuẩn tiên đoán. Thành công lớn nhất của Mô hình chuẩn cho đến nay là việc thống nhất các lực điện từ và lực yếu thành cái gọi là "lực điện từ yếu" (electroweak force). Sự kết hợp này được xem là một thành tựu vĩ đại có thể sánh với việc Maxwell thống nhất một mối các lực điện và từ thành lý thuyết điện từ cuối thế kỷ 19. Từ đó các nhà khoa học tin rằng có thể mô tả tất cả các lực với một "Lý thuyết đại thống nhất" (Grand Unifed Theory) mà họ đang nhắm đến.

Tuy nhiên, một thành phần trọng yếu có liên hệ mật thiết với Mô hình chuẩn vẫn còn chưa được chứng minh bằng thực nghiệm: đó là trường Higgs. Nó tương tác với các hạt khác và truyền khối lượng cho chúng. Trường Higgs đòi hỏi sự tồn tại của một loại hạt dẫn lực mới gọi là Higgs boson, nhưng hạt này vẫn chưa được phát hiện. Nhằm bảo vệ sự đúng đắn của Mô hình chuẩn, các nhà khoa học vẫn đang ráo riết thí nghiệm và hy vọng sẽ tìm ra dấu hiệu của Higgs boson trong nay mai.

Bài post kế tiếp sẽ có vài lời về các thành phần của Mô hình chuẩn.


Được LungTungBeng sửa chữa / chuyển vào 20/06/2002 ngày 06:28

Tớ định post bài kế tiếp nhưng đã lỡ format table ở trong Word rồi, bác nào biết cách paste nó sang đây mà không mất format thì chỉ giùm với. Cám ơn nhá.

bác cứ paste nó sang rồi em thử sửa cho ! còn nếu không được thì hình như có chương trình của VIETKEY chuyển tất cả các định dang font thành unicode đấy !
************
Đã bao lần ý chí bảo trái tim,
Tôi không yêu, không giận hờn, thương nhớ.
Nhưng trái tim là một thằng qoái gở,
Vẫn thì thầm , tha thiết gọi tên em .

Cám ơn bác đã chỉ giáo. Em xin nói rõ là em vẫn dùng Unicode, nhưng em trình bày trong Word theo dạng table, có format bold, italic, vv.... Nếu em paste từ Word sang input box của TTVN thì thành plain text, format mất hết rồi, còn gì để mà sửa? À mà hình như có lần TTVN cho phép dùng chế độ RTF để e***, sao bây giờ không thấy nữa? Bác chỉ giùm em nhá!

chịu bác cứ pót nó lên rồi sửa sau trong TTVN cũng có cách đấy !
***************
Với thế giới bạn chỉ là một người , nhưng có thể với một người bạn là cả thế giới.

Bác LungTungBeng có biết về các hạt fermons ko? Theo tớ biết thì bozon và fermon chính là 2 quantum mà bác nhắc đến: bozon w và z. Nhưng cái nào là fermon thì tớ chịu vì đây là lần đầu tớ biết có hệ thống phân loại thành bozon z và w.
Hệ thống các hạt là 1 hệ thống đối xứng vì nó gồm các hạt và phản hạt tương ứng. VD như quark up và down, bozon và fermon.
Lý thuyết về hạt và phản hạt rất hay, nó được xem là nguồn gốc của sự vận động của vũ trụ theo nguyên lý lượng tử. Và lý thuyết này còn là nền tảng của thuyết Bigbang giải thích sự hình thành vũ trụ. Nếu bác LungTungBeng biết thì post lên cho mọi người cùng biết.

Mười năm chân bước trên đường dài .
Gặp nhau không nói không nụ cười .
Chút tình dường như hiu hắt bay .

Theo em biết thì không phải vậy. Em dùng từ boson trong bài trên là để đơn giản hóa chứ thật ra cũng không được chính xác lắm. Fermion và boson thật ra không phải tên gọi mà là một cách phân loại hạt, không chỉ dành riêng cho các hạt cơ bản, mà còn cho các hạt tổng hợp nữa. Định nghĩa nguyên thủy: Fermion là tất cả các loại hạt (cơ bản và tổng hợp) tuân theo Nguyên lý loại trừ Pauli. Còn Boson là các loại hạt không tuân theo nguyên lý này. Qua thực nghiệm, người ta rút ra kết luận sau: (Bác nào quen với cơ lượng tử đều biết spin là momen góc nội của hạt tính bằng đơn vị hằng số Planck)
- Các hạt fermion đều có spin là số nguyên + 1/2 (1/2, 3/2, 5/2, ...)
- Các hạt boson đều có spin là số nguyên (0, 1, 2, ...)
Vì vậy bây giờ người ta thường dùng 2 tính chất trên để định nghĩa 2 loại hạt này.
Trên thực tế, Fermion bao gồm tất cả các hạt thông thường có mặt trên thế giới này: quark, lepton (như electron) và hầu hết hạt tổng hợp (như proton, neutron, ...) Còn Boson bao gồm tất cả các hạt dẫn lực (như photon), và các hạt tổng hợp có chứa một số chẵn các hạt fermion như meson (gồm 1 quark + 1 phản quark) và hạt Alpha (hạt nhân Helium gồm 2 proton + 2 neutron). Như vậy các hạt dẫn lực chỉ là một bộ phận của boson, gọi là gauge boson, nhưng thường được gọi đơn giản là boson, như em đã gọi trong bài viết trên. Còn bản chất các boson W và Z thì em sẽ nói trong các bài tiếp theo.
Về thuyết Big Bang thì em đang cố thu thập thêm tài liệu, hy vọng sẽ post bài lên cho các bác cùng tham khảo.
Lung Tung Beng
German & Brazil to the final!

Lão này hôm nọ cam tội gửi lên cái link về lão Stephen Hawking nên hôm nay tớ trả nợ lão nhá:
Khi lão gửi bài, TTVNOL để chế độ mặc định là Giao Diện Truyền Thống, nếu lão muốn chuyển sang chế độ RTF thì lão phải chọn bằng Tay thôi. Xem hình dưới đây:Như vậy trong phần Giao diện:, lão chọn Thấy gì có nấy là nó chuyển sang chế độ RTF cho lão.
Ví dụ sau tớ paste từ Word sang nè:

LungTungBeng 1

LungTungBeng 2

LungTungBeng 3


LungTungBeng 4

LungTungBeng 5

LungTungBeng 6Lão thấy thế đã hài nòng chưa?
--------------- Nguyễn Văn Tèo ---------------

còn thế giới của nhưng đơn vị<lùn>đứng thứ mấy?????

Hoi the gian tinh la gi?


Dragon

Bác NVT công phu wé, nhọc công chép cả screen nữa, cám ơn bác nhiều nhá, nhưng rất tiếc là máy của em không thấy cái dòng "Giao diện" và cái listbox của nó đâu hết trơn, dù em đã refresh hay dùng proxy để xem. Em xin cho bác xem cái screen của em.
Không biết tại sao nữa???? Buồn wé đi