Vì có spin nửa nguyên, khi một fermion quay 360°, hàm sóng của fermion sẽ đổi dấu. Đó được gọi là dáng điệu hàm sóng phản đối xứng của fermion. Điều này dẫn đến các fermion tuân theo thống kê Fermi-Dirac, hệ quả của nó là nguyên lý loại trừ Pauli - không có hai fermion nào có thể cùng chiếm một trạng thái cơ lượng tử vào cùng một thời điểm.
Các quark:
Quark là một trong hai thành phần cơ bản cấu thành nên vật chất trong Mô hình chuẩn của vật lý hạt. Các phản hạt của quark được gọi là các phản quark. Quark và phản quark là những hạt duy nhất tương tác trong cả 4 lực cơ bản của vũ trụ. Đường đi của 6 hạt quark từ phải sang trái.
Một tính chất quan trọng bậc nhất của các quark chính là tính chế ngự. Tính chất này đã giải thích tại sao việc đơn quark không được phát hiện trong các thí nghiệm - chúng luôn luôn ở trong các hadron, hạt hạ nguyên tử như các quang tử, neutron và meson. Tính chất cơ bản này đã được rút ra từ trong lý thuyết hiện đại của các tương tác mạnh, gọi là Thuyết sắc động lực học lượng tử (QCD). Mặc dù không có nguồn gốc toán học của tính chế ngự trong QCD, nhưng nó lại dễ dàng được chỉ ra bằng việc sử dụng phương pháp mắt lưới của thuyết gauge hay còn gọi là lattice gauge theory.
Các lepton:
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 cơ bản phân biệt với các nhóm gauge boson và quark.
Có 12 loại lepton được biết đến, bao gồm 3 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 Gauge boson:
Boson, đặt tên theo nhà vật lý người Ấn Độ Satyendra Nath Bose, là một trong hai loại hạt cơ bản trong tự nhiên (loại hạt kia là fermion). Chúng là loại hạt duy nhất tuân theo thống kê Bose-Einstein, nghĩa là chúng có thể nằm cùng một trạng thái lượng tử (không tuân thủ nguyên lý Pauli). Theo lý thuyết thống kê spin, chúng có spin lấy giá trị nguyên.
Các tính chất nêu trên của boson hoàn toàn đối lập với fermion (có spin bán nguyên, tuân thủ nguyên lý Pauli).
Theo mô hình chuẩn, một lý thuyết gauge, lực giữa các fermion được mô hình hóa bằng cách tạo ra các boson, có tác dụng như các thành phần trung gian. Hệ Lagrange của mỗi tập hợp hạt boson trung gian không thay đổi dưới một dạng biến đối gọi là biến đổi gauge, vì thế các boson này còn được gọi là gauge boson. Gauge boson là các hạt cơ bản mang tương tác cơ bản. Chúng là W boson của lực hạt nhân yếu, gluon của lực hạt nhân mạnh, photon của lực điện từ, và graviton của lực hấp dẫn.
Biến đổi gauge của các gauge boson có thể được miêu tả bởi một nhóm unita, gọi là nhóm gauge. Nhóm gauge của tương tác mạnh là SU(3), nhóm gauge của tương tác yếu là SU(2)xU(1). Vì vậy, mô hình chuẩn thường được gọi là SU(3)xSU(2)xU(1). Higg boson là boson duy nhất không thuộc gauge boson, các tính chất của boson này vẫn còn đươc bàn cãi.
Mọi hạt trong tự nhiên đều hoặc là boson hoặc là fermion. Các hạt tạo nên từ các hạt cơ bản hơn (như proton hay hạt nhân nguyên tử) cũng thuộc một trong hai nhóm boson và fermion, phụ thuộc vào tổng spin của chúng.
Các tính chất boson của photon giải thích bức xạ vật đen và hoạt động của laser. Tính chất boson của heli-4 giải thích khả năng tồn tại ở trạng thái siêu lỏng. Những boson cũng có thể nằm ở trạng thái đông đặc Bose-Einstein, một trạng thái vật chất đặc biệt ở đó mọt hạt đều ở cùng một trạng thái lượng tử.
Đông đặc Bose-Einstein chỉ xảy ra tại nhiệt độ rất thấp. Ở nhiệt độ thường, boson và fermion đều ứng xử rất giống nhau, giống hạt cổ điển tuân thủ gần đúng thống kê Maxwell-Boltzmann. Lý do là vì cả thống kê Bose-Einstein và thống kê Fermi-Dirac (thống kê hạt fermion) đều tiệm cận đến thống kê Maxwell-Boltzmann ở nhiệt độ phòng.
Các boson trong mô hình chuẩn là:
Photon, hạt trung gian trong tương tác điện từ.
W và Z boson, hạt trung gian trong lực hạt nhân yếu.
8 gluon, hạt truyền trung gian trong lực hạt nhân mạnh. 6 trong số các gluon được đánh dấu bằng các cặp "màu" và "đối màu" (ví dụ như một hạt gluon mang màu "đỏ" và "đối đỏ"), 2 gluon còn lại là cặp màu được "pha trộn" phức tạp hơn.
* Higgs boson, hạt gây ra bất đối xứng trong các nhóm gauge, và cũng là loại hạt tạo ra khối lượng quán tính.
* Graviton là boson được cho là hạt truyền tương tác của tương tác hấp dẫn, nhưng không được nhắc đến trong mô hình chuẩn.
Các ví dụ boson khác:
* Hạt nhân với spin nguyên
* Nguyên tử Heli-4
* Nguyên tử Natri-23
* phonon
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét