Hạt sơ cấp

Template:Chú thích trong bài Hạt sơ cấp (English: elementary particle) là những hạt vi mô mà cấu trúc thành phần của nó chưa được biết đến, do đó chưa biết nó được cấu thành từ những hạt vi mô khác nào. Vì thế hạt sơ cấp được coi là tồn tại như một hạt nguyên vẹn, đồng nhất, không thể tách thành các phần nhỏ hơn. Trong vật lý hiện đại, các hạt như các quark, lepton (electron, positron, neutrino...), gauge boson, photon là các hạt sơ cấp.

Tính chất của các hạt sơ cấp

Khối lượng nghỉ

Template:Chính Khối lượng nghỉ hay khối lượng tĩnh của một vật là khối lượng của vật xét trong một hệ quy chiếu mà theo hệ đó, vật là đứng yên. Đại đa số vật chất, trừ phôtôn và nơtrinô, đều có khối lượng nghỉ khác không.

Thời gian tồn tại

Template:Chính Các hạt sơ cấp đa số có thể phân rã thành các hạt khác. Thời gian sống của chúng dao động từ 10⁻⁶ đến 10⁻²⁴ giây. Một số ít hạt sơ cấp được gọi là bền, có thời gian sống rất lớn, có thể coi là bền như electron 10²² năm, prôtôn 10³⁰ năm. Người ta nghiên cứu thời gian sống của hạt sơ cấp thông qua lý thuyết xác suất, dựa trên thời gian để một số lượng n hạt sơ cấp phân rã chỉ còn lại 0.5n hạt

Điện tích

Template:Chính Một số hạt trung hòa về điện có điện tích bằng không như phôtôn γ và nơtrinô ν. Một số hạt khác mang điện tích âm hoặc dương, với trị số tuyệt đối đều bằng điện tích nguyên tố của electron 1.602 x 10⁻¹⁹ C

Số lạ

Template:Chính Số lạ là đại lượng đặc trưng lượng tử của các hạt sơ cấp, được đưa ra khi nghiên cứu quá trình phân rã của các hạt mêzôn K: K⁺, K⁰, và hyperon Υ: Λ⁰, Σ⁺, Σ⁰, Σ^- tuân theo định luật bảo toàn số lạ

Phân loại các hạt sơ cấp

Các hạt sơ cấp được chia làm 2 nhóm chính là fermion (các hạt tạo nên vật chất trong vũ trụ) và boson (các hạt truyền tương tác).

Hạt Fermion

Template:Chính Fermion gồm 12 loại chia làm 2 nhóm là quark - các hạt nặng và lepton - các hạt nhẹ. Quark gồm sáu loại là up, down, charm, strange, top và bottom. Trong đó vật chất chúng ta thấy hàng ngày có hạt nhân gồm neutron và proton, ở đó neutron được tạo thành bởi 3 quark, 1 up và 2 down còn proton là 2 up và 1 down.

Các hạt fermion có spin bán nguyên, ½. Mỗi hạt fermion đều có một phản hạt riêng. Fermion là hạt sơ cấp cấu thành nên vật chất. Chúng được phân loại dựa theo tương tác trong thuyết sắc động học lượng tử và theo mô hình chuẩn có 12 hương của fermion cơ bản, bao gồm 6 quark và 6 lepton.

Các quark

Template:Chính Các quark tương tác với nhau bởi lực màu (color force), mỗi quark đều có phản hạt và tồn tại ở 6 hương.

Hệ	Tương		Điện tích	Khối lượng (MeV/c²)	Phản quark
1	Trên	(u)	+⅔	1.5 to 4	Phản quark trên:<math>\overline{u}</math>
	Dưới	(d)	−⅓	4 to 8	Phản quark dưới:<math>\overline{d}</math>
2	Lạ	(s)	−⅓	80 to 130	Phản quark lạ:<math>\overline{s}</math>
	Duyên	(c)	+⅔	1,150 to 1,350	Phản quark duyên:<math>\overline{c}</math>
3	Đáy	(b)	−⅓	4,100 to 4,400	Phản quark đáy:<math>\overline{b}</math>
	Đỉnh	(t)	+⅔	178,000 ± 4,300	Phản quark đỉnh:<math>\overline{t}</math>

Các lepton

Template:Chính Lepton (tiếng Hy Lạp là Λεπτόν) có nghĩa là "nhỏ" và "mỏng". Tên này có trước khi khám phá ra các hạt tauon, một loại hạt lepton nặng có khối lượng gấp đôi khối lượng của proton.

Lepton là hạt có spin bán nguyên, ½, và không tham gia trong tương tác mạnh. Lepton hình thành một nhóm hạt sơ cấp phân biệt với các nhóm gauge boson và quark.

Có 12 loại lepton được biết đến, bao gồm ba loại hạt vật chất là electron, muon và tauon, cùng 3 neutrino tương ứng và 6 phản hạt của chúng. Tất cả các lepton điện tích đều có điện tích là -1 hoặc + 1 (phụ thuộc vào việc chúng là hạt hay phản hạt) và tất cả các neutrino cùng phản neutrino đều có điện tích trung hòa. Số lepton của cùng một loại được giữ ổn định khi hạt tham gia tương tác, được phát biểu trong định luật bảo toàn số lepton.

Hạt điện tích / phản hạt					Neutrino / phản neutrino
Tên	Ký hiệu	Điện tích	Khối lượng (GeV/c²)		Tên	Ký hiệu	Điện tích	Khối lượng (MeV/c²)
Electron / Phản electron (positron)	<math>\epsilon^- \, / \, \epsilon^+</math>	−1 / +1	0,000511		Electron neutrino / Electron phản neutrino	<math>\nu_\epsilon \, / \, \overline{\nu}_\epsilon</math>	0	<0,000003
Muon / Phản muon	<math>\mu^- \, / \, \mu^+ </math>	−1 / +1	0,1056		Muon neutrino / Muon phản neutrino	<math>\nu_\mu \, / \, \overline{\nu}_\mu</math>	0	<0,19
Tauon / Phản tauon	<math>\tau^- \, / \, \tau^+</math>	−1 / +1	1,777		Tau neutrino / Tau phản neutrino	<math>\nu_\tau \, / \, \overline{\nu}_\tau</math>	0	<18,2

Hạt Gauge boson

Template:Chính Boson gồm bốn loại hạt tương ứng với bốn loại tương tác cơ bản là photon - tương tác điện từ, graviton - tương tác hấp dẫn, gluon - tương tác mạnh, weak boson (gồm hai loại W và Z) - tương tác yếu.

Các boson đều có spin nguyên. Các lực cơ bản của tự nhiên được truyền bởi các hạt gauge boson. Theo mô hình chuẩn có 13 loại hạt boson cơ bản:

• Quang tử, photon, có spin 1, là hạt truyền tương tác trong lực điện từ.
• Các W boson và Z boson có spin 1 là hạt truyền tương tác trong lực tương tác yếu.
• 8 gluon có spin 1 là hạt truyền tương tác trong lực tương tác mạnh.

Hiện tại, các thuyết vật lý dự đoán về sự tồn tại của một số boson khác như:

• Higgs boson, có spin 0, được dự đoán bởi mô hình chuẩn của thuyết điện yếu thống nhất.
• Graviton, có spin 2, được cho là hạt truyền tương tác trong lực hấp dẫn và được dự đoán bởi thuyết hấp dẫn lượng tử.
• Các thành phần siêu đối xứng của các hạt fermion (là slepton và squark).
• Graviscalar có spin 0.
• Graviphoton có spin 1.
• Goldstone boson.
• X boson và phản X boson được dự đoán trong lý thuyết thống nhất GUT.

Tương tác của các hạt sơ cấp

Tương tác mạnh

Template:Chính Tương tác mạnh là tương tác giữa các hạt hadron, giữ các thành phần của hạt nhân của nguyên tử lại với nhau, chống lại lực đẩy rất lớn giữa các proton.

Liên kết ngoài

• Template:Britannica
• Template:TĐBKVN

Thể loại:Vật lý hạt Thể loại:Thuật ngữ thiên văn học Thể loại:Hạt hạ nguyên tử Thể loại:Khái niệm vật lý Thể loại:Cơ học lượng tử Thể loại:Lý thuyết trường lượng tử