CHUONG Tong quan vé Hyperon la Mục lục 1.1 Mô hình chuẩn. aAAa ee ee 5 1.3 Điện động lực học lượng tử(QED) .4 Tương tác điện tỪyếu .5 Sắc động học lượng tử(QCD). Q Q Quà gà gà NV TT va 14 1217 Moson. cv gà và k QUY a 18 13 Hatla.1 Phát hiện hạt lạ: Kaon và Á.
c c Q Q ng gu và v Và QV 24 1.3 Phát hiện ©: thành công của Mô hình quark.4 Các mô hình hiện tượng luận. ẶẶỢ 28 Luận ấn này tập trung nghiên cứu khả năng sinh ra các hạt Hyperon lạ khi proton - proton va chạm với nhau tại năng lượng cao và sự vận chuyển baryon sang trạng thái cuối. Bởi vì trong proton ban đầu không có hạt quark hóa trị iạ do đó các quark la nang ludng cao chỉ được sinh ra trong va chạm của các parton thành phần của proton tới. Vì vậy, chúng ta có thể hy vọng rằng sẽ có sự khác biệt trong việc sinh cdc hat A, =~ va Q~ bởi vì chúng chứa số lượng quark ỉ¿ tương ứng là một, hai va ba (uds, dss va sss).
Trước hết luận án trình bày về mô hình chuẩn và các hyperon lạ, các mô hình hiên tượng luận về hadron hóa sẽ được trình bày chi tiết trong Mục 1.1 Mô hình chuẩn Từ xưa đến nay, con người luôn đi tìm kiếm các hạt cơ bản tạo thành vũ trụ. Họ nghĩ rằng, vật chất xung quanh luôn được tạo thành bởi các nhóm hạt có tính chất ging nhau. Tuy nhiên, tất cả những gì mà con người đã khám phá được cho đến nay vẫn chưa mang lại một câu trả lời trọn vẹn và thỏa đáng cho tất cả các hiện tượng quan sát được và chưa cung cấp cho ta một lý giải thỏa đáng về nguồn gốc của vũ trụ, mặc dù luận bàn về nguồn gốc của vật chât không thuộc về phạm vi của Vật lý. Vẫn còn rất nhiều câu hỏi được đặt ra và nhiệm vụ của các nhà khoa học lý thuyết lẫn thực nghiệm là đi tìm những câu trả lời cho những câu hỏi đó.
NUCLEUS PROTON ®—— Electron Neưtron Proton QUARK ORDINARY MATTER BELONGS TO THIS GROUP. Electron ¥ Electron neutrino} Up (u) e Electric charge —1 Responsible for electricity _ and chemicdl reactions: © 2 Electric charge 0. Rarely interacts Electric ST 2/3 Electric charge —1 /3 Protons Protons have 2 Up quarks, Neutrons | jÏ Down quark, Neutrons 2 FOR THE MOST Muon Muon neutrino § Charm (c) Strange (s) PART, THESE : PARTICLES EXISTED A heavier O Created with A heavier ® A heavier Oo IN THE EARLY relative muons when some relative relative eee: _ of the Electron particles decay of the Up of the Down Tau neutrino Top (t) Heavier still Tau Bottom (b) Heavier oO Heavier oO still still ANTIMATTER Each particle also has an antimatter counterpart. sort of a mirror image.
Các hạt cơ bản trong M6 hinh chuan [17]. Một trong những mô hình thành công nhất của Vật lý hạt cơ bản ngày nay là mô hình chuẩn. Mô hình chuẩn là lý thuyết trường lượng tử bao gồm lý thuyết điện ` từ- yêu (kết hợp của tương tác điện từ và tương tác yếu) và sắc động lực học lượng Fo tử (QCD) (tương tác mạnh) để mô tả các hạt cơ bản và các tương tác của chúng. 2 Mô hình chuẩn không đề cập đến lực hấp dẫn.
Đó là mô hình duy nhất có thể giải thích được các hầu hết các hiện tượng quan sát được trong thực tế. Trong mô hình chuẩn, vật chất được tạo thành từ 12 hạt cơ bản (6 quark và 6 lepton ) và các phản hạt của chúng, các quark và lepton được ghép thành cặp. Tất cả các hạt trên đều là các fermion có spin $ được phân loại thành ba thé hệ đối xứng (quark và lepton) được chỉ ra trên Hình 1. Một hạt được gọi là cơ bản trong trường hợp chúng ta không biết câu trúc bên trong của nó.
Kích thước của các hạt cơ bản tại thời điểm hiện nay là nhỏ hơn 10~1Š m. Các hạt cơ bản liên kết với nhau thông qua các loại tương tác. Các tương tác được thực hiện bằng sự trao đổi các hạt boson trung gian như photon +, W ˆ*, Z va gluon g. Các thế hệ quark và lepton.
Quark tham gia tất cả 3 tương tác: mạnh, điện từ, yếu. Bởi vì tương tác mạnh có cường độ rất lớn nên người ta coi đặc trưng của quark là tham ø1a tương tác mạnh. Lương tự như quark, lepton cũng được chia thành 2 loại theo điện tích: -l cho lepton tích điện (e~,,~,7—); 0 cho lepton trung hoa (ve, vz, r). Các lepton tham gia tương tác yêu và chỉ có lepton tích điện tham gia tương tác điện từ, vì vậy có thể coi đặc trưng cơ bản của lepton là tham gia tương tác yếu.
Mặc dù các quark và lepton mang các điện tích khác nhau nhưng hiệu số điện tích giữa hai loại (cả quark lẫn lepton) đều có giá trị tuyệt đối bang 1. Vật chất trong vũ trụ hiện nay chủ yêu được câu tạo bởi các quark và lepton thuộc thế hệ thứ nhất gồm hai quark u va d va hai lepton e~ va v,. Thi du cdc nucleon trong hạt nhân nguyên tử (p = uud, n = udd). Thế hệ thứ hai gồm hai lepton ~ và v,, va hai quark s và c.
Tương tự như vậy, thế hệ thứ ba gồm hai lepton r~ va +, và hai quark b và £ (Bảng 1. Khối lượng (quark và lepton cùng loại) của thế hệ sau lớn hơn thế hệ trước. Các hạt cơ bản trong hai thế hệ sau chỉ tồn tại trong 3 khoảng thời gian rất ngắn nên chỉ có thể tìm được trong tia vũ trụ hoặc trong các sản phẩm sinh ra do va chạm các hạt tại các máy gia tốc. Cho đến nay mặc dù có rất nhiều cố gắng, con người vẫn chưa phát hiện được cấu trúc của quark và lepton vì thê chúng vẫn được coi là các hạt cơ bản.
Các loại tương tác và các boson truyền tương tác. Tương tác Hạt truyền tương tác Spin/parity (J”) Mạnh gluon, G 1 Điện từ photon,y 17 Yéu We , Z° 1 Các tương tác cơ bản giữa vật chất trong mô hình chuẩn là tương tác điện từ, tương tác yếu và tương tác mạnh. Các tương tác thực hiện thông qua các boson truyền tương tác có spin 1: photon + truyền tương tác điện từ, các hạt W*, Z? truyền tương tác yêu và tám loại gluon truyền tương tác mạnh (Bảng 1. Diem khác nhau cơ bản giữa các hạt boson truyền tương tác yếu W*, Z9 với boson của hai tương tác còn lại là chúng có khối lượng, thêm vào đó khối lượng lại rất lớn, gấp nhiều lần hạt baryon điển hình là proton.
Sở dĩ các hạt boson truyền tương tác có khối lượng khác nhau vì tương tác của chúng với các boson Higgs có cường độ khác nhau, nên chúng nhận được khối lượng khác nhau thông qua quá trình phá huỷ đối xứng tự phát.1 Lepton Lepton là các hạt cơ bản có spin ý, chỉ tham gia tương tác điện từ hoặc/và tương tác yêu. Ba thê hệ lepton gồm 6 hạt (e,12), (u,1⁄„), (r,⁄;). Electron là lepton tích điện đầu tiên và cũng được coi là hạt cơ bản đầu tiên được phát hiện năm 1897 bởi J.J Thomson trong quá trình nghiên cứu bản chât của tia âm cực. Hạt lepton tích điện thứ hai muon được phát hiện bởi các nhà khoa học Mỹ trong đó có nhóm của Carl D.
Anderson vào năm 1936 khi nghiên cứu tia vũ trụ. Vào thời gian mới được phát hiện ra, người ta không biết được muon đóng vai trò gì trong Vật lý hạt cơ bản. Lepton trung hòa còn được gọi là neutrino, kí hiệu là ⁄. Mỗi một neutrino luôn đi kèm với một lepton tích điện tương ứng (Bảng 1.
Ví dụ x~ có thể phan rã theo 4 hai kênh: một electron e—~ được phát cùng với một phản neutrino dang electron 1⁄4 hoặc một — được phát cùng với một phản neutrino dạng muon 7. T —->e€ Ve T > Mh Vy Neutrino electron () được đề ra bởi Pauli năm 1930 để giải thích phổ năng lượng liên tục của electron sinh ra trong phân rã đ~ và được tìm thấy bằng thực nghiệm bởi Reines và Covans vào năm 1956. Trong một thí nghiệm năm 1962 sử dụng loại detector mới (buông đánh tia dién), Leon M. Lederman, Melvin Schwartz va Jack Steinberger da tim ra v,, xac định sự ton tại của hai loại neutrino khác nhau.
Lepton tích điện thứ ba (tauon 7) được phát hiện năm 1975 bởi Martin Perl khi phân tích số liệu thu thập được trên detector MARK I, detector nhu 1a hinh mau (prototype) cho các loại detector hiện đại sử dụng trong Vật lý hạt cơ bản thực nghiệm sau này. Lepton cuối cùng trong mô hình chuẩn được phát hiện năm 1999 trong thí nghiệm DONUT trên máy gia tốc Tevatron tại Fermilab. Các thế hệ lepton trong Mô hình chuẩn. Tén loai lepton Kíhiệu Khối lượng[MeV/c2| Điện tích Q/|e| — Thời gian sống Electron C 0.6 x 107° nam Neutrino electron Ve < 2.2x 10° s Neutrino muon Vy, < 0.9 ¬ 29x 10} s Neutrino tau Ly < 18.2 0 Các neutrino đều là các hạt bền với thời gian sống rất lớn.
Electron và lepton tich điện phổ biến nhất trong vũ trụ ở trạng thái bền. Muon và tauon chỉ có thể được tạo ra trong các va chạm năng lượng cao như trong máy gia tốc hạt hay từ tia vũ trụ [59]. Thời gian sông trung bình của muon là 2.2 x 107® s, còn tauon chỉ sông được 2.2 Quark Trong mô hình chuẩn tồn tại 6 quark được chỉ ra trong Hình 1. Quark là hạt cơ bản mang điện tích phân số +$|e| hoặc —sle| và không tôn tại ở trạng thái tự do.
Hiện nay, người ta chỉ tìm thấy quark tồn tại dưới dạng các tổ hợp gồm D hai quark va ba quark (được gọi là hadron), ví dụ như proton (uuđ) và neutron (udd), m* (ud), m~ (ud), K*(us), K—~(us). Trạng thái gồm năm quark (pentaquark [5|) đã được thí nghiệm LHCPb phát hiện vào năm 2016 khi nghiên cứu kênh phân rã Ay + J/wpr-. Trang thai gdm bốn quark (tetraquark) đã được thí nghiệm Bell phát hiện vào năm 2008 và được LHCb khẳng định năm 2014 [2]. Các hadron sẽ được trình bày kỹ hơn trong mục tiếp theo.
Có 6 loại quark la up (uw), down (d), strange (s), charm (c), bottom (b) va top (t) được liệt kê trong Bảng 1. Trong bảng, khối lượng các quark tăng từ trái sang phai. Cac quark nang hon phan ra thanh quark hoặc quark d. Quark u va d la hai quark có khối lượng nhỏ nhất nên chúng là quark bền và phổ biến nhất trong vũ trụ.
Các quark c, s, f, b chỉ có thể được sinh ra trong các va chạm năng lượng cao như máy gia tốc hạt, nhưng không thể tồn tại ở trạng thái tự do.