LEPTON Là Gì?

Send

Trong thế kỷ 19 và 20, các nhà vật lý bắt đầu tìm hiểu sâu về bản chất của vật chất và năng lượng. Khi làm như vậy, họ nhanh chóng nhận ra rằng các quy tắc chi phối chúng ngày càng trở nên mờ nhạt đi sâu hơn. Trong khi lý thuyết chiếm ưu thế trước đây là tất cả các vật chất được tạo thành từ các nguyên tử không thể phân chia, các nhà khoa học bắt đầu nhận ra rằng các nguyên tử tự chúng bao gồm các hạt nhỏ hơn.

Từ những nghiên cứu này, Mô hình chuẩn của Vật lý hạt đã ra đời. Theo mô hình này, tất cả vật chất trong Vũ trụ bao gồm hai loại hạt: hadron - từ đó Máy va chạm Hadron lớn (LHC) có tên của nó - và lepton. Trong đó hadron bao gồm các hạt cơ bản khác (quark, chống quark, v.v.), lepton là các hạt cơ bản tồn tại một mình.

Định nghĩa:

Từ lepton xuất phát từ tiếng Hy Lạp leptos, có nghĩa là những người nhỏ bé của người Hồi giáo Việc sử dụng từ đầu tiên được ghi lại là của nhà vật lý Leon Rosenfeld trong cuốn sách của ôngLực lượng hạt nhân (1948). Trong cuốn sách, ông quy kết việc sử dụng từ này cho một gợi ý của nhà hóa học và vật lý học người Đan Mạch, Giáo sư Christian Moller.

Thuật ngữ này được chọn để chỉ các hạt có khối lượng nhỏ, vì các lepton duy nhất được biết đến trong thời Rosenfeld Hay là muon. Những hạt cơ bản này nặng hơn 200 lần so với electron, nhưng chỉ bằng một phần chín khối lượng của một proton. Cùng với quark, lepton là các khối xây dựng cơ bản của vật chất, và do đó được xem như là các hạt cơ bản của Hồi giáo.

Các loại Lepton:

Theo Mô hình chuẩn, có sáu loại lepton khác nhau. Chúng bao gồm các hạt Electron, Muon và Tau, cũng như neutrino liên kết của chúng (tức là neutrino electron, muon neutrino và tau neutrino). Lepton có điện tích âm và khối lượng riêng biệt, trong khi neutrino của chúng có điện tích trung tính.

Electron là nhẹ nhất, với khối lượng 0,000511 gigaelectronvolts (GeV), trong khi Muon có khối lượng 0,1066 hạt Gev và hạt Tau (nặng nhất) có khối lượng 1,777 Gev. Các loại khác nhau của các hạt cơ bản thường được gọi là hương vị tinh tế. Trong khi mỗi trong ba hương vị lepton là khác nhau và khác biệt (về mặt tương tác của chúng với các hạt khác), chúng không phải là bất biến.

Một neutrino có thể thay đổi hương vị của nó, một quá trình được gọi là dao động hương vị neutrino Hồi giáo. Điều này có thể có một số dạng, bao gồm neutrino mặt trời, neutrino khí quyển, lò phản ứng hạt nhân hoặc dao động chùm tia. Trong tất cả các trường hợp quan sát, các dao động được xác nhận bởi những gì dường như là sự thâm hụt số lượng neutrino được tạo ra.

Một nguyên nhân được quan sát có liên quan đến sự phân hủy muon muon (xem bên dưới), một quá trình mà muon thay đổi hương vị của chúng để trở thành neutrino electron hoặc neutrino tau - tùy thuộc vào hoàn cảnh. Ngoài ra, cả ba lepton và neutrino của chúng đều có một phản hạt liên kết (antilepton).

Đối với mỗi, các antilepton có một khối lượng giống hệt nhau, nhưng tất cả các thuộc tính khác được đảo ngược. Những cặp này bao gồm electron / positron, muon / antimuon, tau / antitau, electron neutrino / electron antineutrino, muon neutrino / muan antinuetrino và tau neutrino / tau antineutrino.

Mô hình Chuẩn hiện tại giả định rằng không có nhiều hơn ba loại (hay còn gọi là thế hệ huyền thoại) của các lepton với neutrino liên quan của chúng tồn tại. Điều này phù hợp với bằng chứng thực nghiệm cố gắng mô hình hóa quá trình tổng hợp hạt nhân sau Vụ nổ lớn, nơi sự tồn tại của hơn ba lepton sẽ ảnh hưởng đến sự phong phú của helium trong Vũ trụ sơ khai.

Tính chất:

Tất cả các lepton sở hữu một điện tích âm. Chúng cũng sở hữu một vòng quay nội tại dưới dạng spin của chúng, điều đó có nghĩa là các electron có điện tích - tức là leptons điện tích - sẽ tạo ra từ trường. Họ chỉ có thể tương tác với các vật chất khác mặc dù lực điện từ yếu. Cuối cùng, điện tích của chúng quyết định cường độ của các tương tác này, cũng như cường độ điện trường của chúng và cách chúng phản ứng với điện trường hoặc từ trường bên ngoài.

Tuy nhiên, không ai có khả năng tương tác với vật chất thông qua các lực mạnh. Trong Mô hình chuẩn, mỗi lepton bắt đầu không có khối lượng nội tại. Các lepton tích điện có được khối lượng hiệu quả thông qua các tương tác với trường Higgs, trong khi neutrino vẫn không có khối lượng hoặc chỉ có khối lượng rất nhỏ.

Lịch sử học tập:

Các lepton đầu tiên được xác định là electron, được phát hiện bởi nhà vật lý người Anh J.J. Thomson và cộng sự vào năm 1897 bằng cách sử dụng một loạt các thí nghiệm ống tia âm cực. Những khám phá tiếp theo được đưa ra trong những năm 1930, điều này sẽ dẫn đến việc tạo ra một phân loại mới cho các hạt tương tác yếu tương tự như các điện tử.

Phát hiện đầu tiên được thực hiện bởi nhà vật lý người Áo-Thụy Sĩ Wolfgang Pauli vào năm 1930, người đã đề xuất sự tồn tại của neutrino electron để giải quyết các cách thức phân rã beta mâu thuẫn với Định luật Bảo toàn Năng lượng và Định luật Chuyển động của Newton (cụ thể là Bảo tồn Động lượng và bảo tồn động lượng góc).

Positron và muon được Carl D. Anders phát hiện lần lượt vào năm 1932 và 1936. Do khối lượng của muon, ban đầu nó bị nhầm là meson. Nhưng do hành vi của nó (giống như của electron) và thực tế là nó không trải qua tương tác mạnh, muon đã được phân loại lại. Cùng với electron và neutrino electron, nó trở thành một phần của một nhóm các hạt mới có tên là leptons Hồi.

Năm 1962, một nhóm các nhà vật lý người Mỹ - bao gồm Leon M. Lederman, Melvin Schwartz và Jack Steinberger - đã có thể phát hiện ra các tương tác của muon neutrino, do đó cho thấy có nhiều hơn một loại neutrino tồn tại. Đồng thời, các nhà vật lý lý thuyết cho rằng sự tồn tại của nhiều hương vị neutrino khác, cuối cùng sẽ được xác nhận bằng thực nghiệm.

Hạt tau theo sau vào những năm 1970, nhờ các thí nghiệm được tiến hành bởi nhà vật lý đoạt giải Nobel Martin Lewis Perl và các đồng nghiệp của ông tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC. Bằng chứng về neutrino liên quan của nó tiếp theo nhờ vào nghiên cứu về sự phân rã tau, cho thấy năng lượng và động lượng bị thiếu tương tự như năng lượng và động lượng bị thiếu do sự phân rã beta của các electron.

Năm 2000, neutrino tau được quan sát trực tiếp nhờ vào Quan sát trực tiếp thí nghiệm NU Tau (DONUT) tại Fermilab. Đây sẽ là hạt cuối cùng của Mô hình Chuẩn được quan sát cho đến năm 2012, khi CERN tuyên bố rằng họ đã phát hiện ra một hạt có khả năng là hạt Higgs được tìm kiếm từ lâu.

Ngày nay, có một số nhà vật lý hạt tin rằng có những lepton vẫn đang chờ được tìm thấy. Các hạt thế hệ thứ tư thế giới thứ tư này, nếu chúng thực sự là thực, sẽ tồn tại ngoài Mô hình chuẩn của vật lý hạt và có khả năng tương tác với vật chất theo những cách kỳ lạ hơn.

Chúng tôi đã viết nhiều bài viết thú vị về Lepton và các hạt hạ nguyên tử ở đây tại Tạp chí Vũ trụ. Ở đây, các hạt hạ nguyên tử là gì?, Baryon là gì?

Để biết thêm thông tin, Trung tâm khách truy cập ảo SLAC Giới thiệu tốt về Leptons và chắc chắn kiểm tra Đánh giá của Nhóm dữ liệu hạt (PDG) về Vật lý hạt.

Cast Astronomy Cast cũng có các tập về chủ đề này. Tại đây Tập 106: Tìm kiếm lý thuyết về mọi thứ và Tập 393: Mô hình chuẩn - Leptons & Quark.

Nguồn: