Xem mã nguồn của Hạt sơ cấp

{{chú thích trong bài}}
{{Bài cùng tên|Hạt (định hướng)}}

[[Hình:Standard Model of Elementary Particles.svg|thumb|323x323px|Các hạt sơ cấp trong [[Mô hình Chuẩn]]|thế=]]

'''Hạt sơ cấp''' ({{lang-en|elementary particle}}) hay còn gọi là hạt cơ bản, là các [[hạt hạ nguyên tử]] không có các cấu trúc phụ, không được cấu tạo từ những hạt khác.<ref name="PFIp1-3">
{{chú thích sách
 |author1=Sylvie Braibant
 |author2=Giorgio Giacomelli
 |author3=Maurizio Spurio
 |year=2012
 |title=Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics
 |url=https://books.google.com/books?id=e8YUUG2pGeIC&pg=PA1
 |edition=2nd |pages=1–3
 |publisher=[[Springer (publisher)|Springer]]
 |isbn=978-94-007-2463-1
}}</ref> 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. Cho đến thời điểm hiện tại các hạt được cho là sơ cấp bao gồm: Các loại "[[hạt vật chất]]" và "hạt [[phản vật chất]]" thuộc họ [[fermion]] ([[quark]], [[lepton]],  [[phản quark]] và [[phản lepton]]), "các hạt lực" làm trung gian tương tác giữa các hạt fermion thuộc họ hạt [[boson]] ([[Boson gauge|gauge bosons]] và [[Hạt Higgs|Higgs boson]]). Một hạt chứa hai hoặc nhiều hạt cơ bản là một [[hạt tổng hợp]].

Vật chất chúng ta tiếp xúc hàng ngày bao gồm các nguyên tử, từng được coi là hạt sơ cấp, có nghĩa là "không thể bị chia nhỏ" trong tiếng Hy Lạp mặc dù sự tồn tại của nguyên tử vẫn còn gây tranh cãi cho đến khoảng năm 1910, vì một số nhà vật lý hàng đầu coi các phân tử là ảo ảnh toán học, và cuối cùng là năng lượng của vật chất.<ref name="PFIp1-3"/><ref>{{chú thích tạp chí
 |author1=Ronald Newburgh
 |author2=Joseph Peidle
 |author3=Wolfgang Rueckner
 |year=2006
 |title=Einstein, Perrin, and the reality of atoms: 1905 revisited
 |url=http://physlab.lums.edu.pk/images/f/fe/Ref1.pdf
 |journal=[[American Journal of Physics]]
 |volume=74
 |issue=6
 |pages=478–481
 |bibcode=2006AmJPh..74..478N
 |doi=10.1119/1.2188962
 |access-date = ngày 17 tháng 8 năm 2013 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170803105918/https://physlab.lums.edu.pk/images/f/fe/Ref1.pdf
 |archive-date = ngày 3 tháng 8 năm 2017 |url-status=dead
 }}</ref> Chẳng bao lâu, các thành phần [[Hạt hạ nguyên tử|hạ nguyên tử]] của nguyên tử đã được xác định. Khi những năm 1930 mở ra, electron và proton đã được phát hiện, cùng với photon, hạt của [[bức xạ điện từ]].<ref name="PFIp1-3"/> Vào thời điểm đó, sự ra đời gần đây của [[cơ học lượng tử]] đang làm thay đổi hoàn toàn quan niệm về các hạt, vì một hạt dường như có thể bao trùm một trường như một sóng, một nghịch lý vẫn lảng tránh lời giải thích thỏa đáng.<ref>
{{chú thích sách
 |author1=Friedel Weinert
 |year=2004
 |title=The Scientist as Philosopher: Philosophical Consequences of Great Scientific Discoveries
 |journal=<!-- -->
 |publisher=[[Springer (publisher)|Springer]]
 |pages=43, 57–59
 |url=https://books.google.com/books?id=E0NRcFEjvU4C&pg=PA43
 |isbn=978-3-540-20580-7
 |bibcode=2004sapp.book.....W
}}</ref><ref name=Kuhlmann>
{{chú thích tạp chí
 |author1=Meinard Kuhlmann
 |date=24 Jul 2013
 |url=http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=physicists-debate-whether-world-made-of-particles-fields-or-something-else
 |title=Physicists debate whether the world is made of particles or fields—or something else entirely
 |journal=[[Scientific American]]
 |volume= |issue= |pages=
 |doi=
}}</ref>

Thông qua [[lý thuyết lượng tử]], các [[proton]] và [[neutron]] đã được tìm thấy có chứa hạt [[quark]]. Các hạt [[quark lên]] và [[quark xuống]] hiện nay được coi là các hạt sơ cấp.<ref name="PFIp1-3"/> Và trong một phân tử, ba [[Bậc tự do (lý hóa)|bậc tự do]] của electron ([[điện tích]], [[spin]], [[quỹ đạo]]) có thể được tách ra thông qua [[hàm sóng]] thành ba [[quasiparticles]] (holon, spinon, orbiton).<ref name=Merali>
{{chú thích tạp chí
 |author=Zeeya Merali
 |date=18 Apr 2012
 |title=Not-quite-so elementary, my dear electron: Fundamental particle 'splits' into quasiparticles, including the new 'orbiton'
 |journal=[[Nature (journal)|Nature]]
 |volume= |issue= |pages=
 |doi=10.1038/nature.2012.10471
}}</ref> Tuy nhiên, một hạt [[electron]] tự do không quay quanh hạt nhân nguyên tử và thiếu chuyển động quỹ đạo, có vẻ như không thể chấp nhận được nhưng vẫn được coi là một hạt cơ bản.<ref name=Merali/>

Khoảng năm 1980, trạng thái của một hạt cơ bản lúc đó được coi là cấu thành cuối cùng của chất, sau đó đã bị loại bỏ vì một triển vọng thực tế hơn,<ref name="PFIp1-3"/> được thể hiện trong [[Mô hình chuẩn]] của [[vật lý hạt]] hiện đại, đây là lý thuyết thành công nhất về mặt thực nghiệm của khoa học.<ref name=Kuhlmann/><ref name=ONeill>{{chú thích web
 |author1=Ian O'Neill
 |date=24 Jul 2013
 |url=http://news.discovery.com/space/lhc-discovery-maims-supersymmetry-again-130724.htm
 |title=LHC discovery maims supersymmetry, again
 |work=[[Discovery News]]
 |access-date=ngày 28 tháng 8 năm 2013
 |archive-date=2016-03-13
 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160313000505/http://news.discovery.com/space/lhc-discovery-maims-supersymmetry-again-130724.htm
 |url-status=dead
 }}</ref> Nhiều công trình dựa trên và các lý thuyết ngoài Mô hình chuẩn, bao gồm [[siêu đối xứng]] phổ biến, nhân đôi số lượng hạt cơ bản bằng cách đưa ra giả thuyết rằng mỗi hạt được biết đến liên kết với một đối tác "bóng tối" lớn hơn nhiều,<ref>
{{chú thích web
 |author=[[Particle Data Group]]
 |publisher=[[Berkeley Lab]]
 |url=http://www.particleadventure.org/supersymmetry.html
 |title=Unsolved mysteries—supersymmetry
 |work=The Particle Adventure
 |access-date = ngày 28 tháng 8 năm 2013}}</ref><ref>
{{chú thích sách
 |author=[[United States National Research Council|National Research Council]]
 |year=2006
 |title=Revealing the Hidden Nature of Space and Time: Charting the Course for Elementary Particle Physics
 |journal=<!-- -->
 |page=68
 |publisher=[[National Academies Press]]
 |url=https://books.google.com/books?id=zXoZjZFZF-kC&pg=PA68
 |isbn=978-0-309-66039-6
|bibcode=2006rhns.book......
 }}</ref> mặc dù tất cả các siêu đối tác như vậy vẫn chưa được khám phá <ref name=ONeill/><ref>
{{chú thích web
 |url=http://phys.org/news/2013-07-cern-latest-supersymmetry.html
 |title=CERN latest data shows no sign of supersymmetry—yet
 |work=[[Phys.Org]]
 |date=25 Jul 2013
 |access-date = ngày 28 tháng 8 năm 2013}}</ref> Trong khi đó, một trọng lực trung gian boson cơ bản là hạt [[graviton]] vẫn còn là giả thuyết.<ref name="PFIp1-3"/>

== Tổng quát ==
{{Main|Mô hình chuẩn}}
{{See also|Vật lý ngoài mô hình chuẩn}}
<!--[[Hình:Particle overview.svg|thumb|400px|An overview of the various families of elementary and composite particles, and the theories describing their interactions]]
-->
Tất cả các hạt cơ bản là boson hoặc fermion. Các lớp này được phân biệt bằng số liệu thống kê lượng tử của chúng: fermion tuân theo số liệu thống kê Fermi Dir Dirac và boson tuân theo số liệu thống kê của Bose-Einstein.<ref name="PFIp1-3"/> Spin của chúng được phân biệt thông qua định lý thống kê spin kèm theo: nó là một nửa số nguyên cho fermion và số nguyên cho boson. Mẫu biểu: hạt cơ bản
<!--;'''Elementary fermions:'''
*[[Matter|Matter particles]]
**[[Quark]]s:
*** [[up quark|up]], [[down quark|down]]
***[[charm quark|charm]], [[strange quark|strange]]
***[[top quark|top]], [[bottom quark|bottom]]
**[[Lepton]]s:
***[[electron]], [[electron neutrino]] ([[Pseudonym|a.k.a.]], "neutrino")
***[[muon]], [[muon neutrino]]
***[[tau (particle)|tau]], [[tau neutrino]]
*[[Antimatter|Antimatter particles]]
**[[Antiquark]]s
**[[Antilepton]]s

;'''Elementary bosons:'''
*[[Force carrier|Force particle]]s ([[gauge boson]]s):
**[[photon]]
** [[gluon]] (numbering eight)<ref name="PFIp1-3"/>
**[[W and Z bosons|''W''<sup>+</sup>, ''W''<sup>−</sup>, and ''Z''<sup>0</sup> bosons]]
**[[graviton]] (hypothetical)<ref name="PFIp1-3"/>
*[[Scalar boson]]
** [[Higgs boson]]
-->

Trong [[mô hình chuẩn]], các hạt cơ bản được biểu diễn cho tiện ích dự đoán dưới dạng các hạt điểm. Mặc dù rất thành công, nhưng mô hình chuẩn vẫn chưa là một thuyết thống nhất các lực tự nhiên một cách hoàn toàn, do sự vắng mặt của lực hấp dẫn..<ref name=PFIp384>
{{chú thích sách
 |author1=Sylvie Braibant
 |author2=Giorgio Giacomelli
 |author3=Maurizio Spurio
 |year=2012
 |title=Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics
 |url=https://books.google.com/books?id=e8YUUG2pGeIC&pg=PA384
 |edition=2nd |page=384
 |publisher=[[Springer (publisher)|Springer]]
 |isbn=978-94-007-2463-1
}}</ref>

== Tính chất của các hạt sơ cấp ==

=== Khối lượng nghỉ ===
{{chính|Khối lượng nghỉ}}
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 [[photon]] và [[neutrino]], đều có khối lượng nghỉ khác 0.

=== Thời gian tồn tại ===
{{chính|Chu kỳ bán rã}}
Các hạt sơ cấp đa số có thể [[phân rã]] thành các hạt khác. Thời gian sống của chúng dao động từ 10<sup>−6</sup> đến 10<sup>−24</sup> giây. Một số ít hạt sơ cấp được gọi là bền, có thời gian sống rất lớn, có thể coi là bền như [[electron]] 10<sup>22</sup> năm, [[proton]] 10<sup>30</sup> 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 ===
{{chính|Điện tích}}
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<sup>−19</sup> [[Coulomb (đơn vị)|C]]

=== Spin ===
{{chính|Spin}}

=== Số lạ ===
{{chính|Số lạ}}
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<sup>+</sup>, K<sup>0</sup>, và [[hyperon]] Υ: Λ<sup>0</sup>, Σ<sup>+</sup>, Σ<sup>0</sup>, Σ<sup>-</sup> tuân theo định luật bảo toàn số lạ

=== Số Baryon ===
{{chính|Số Baryon}}

=== Phản hạt ===
{{chính|Phản hạt}}

== 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 ===
{{chính|Fermion}}
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 (vật lý hạt)|hương]] của fermion cơ bản, bao gồm 6 [[quark]] và 6 [[lepton]].
==== Các quark ====
{{chính|Quark}}
Các quark tương tác với nhau bởi lực màu (''color force''), mỗi quark đều có phản hạt và tồn tại ở 6 [[hương (vật lý hạt)|hương]].

{| cellpadding=2 cellspacing=0 border=1
|-
|align=center | '''Hệ'''
|colspan="2" align=center | '''Quark'''
|align="center" | '''Điện tích'''
|align=center | '''Khối lượng (MeV/c²)''' 
|align=center | '''Phản quark''' 
|-
|align="center" rowspan="2"|1
||Up ||(u)|| align="center"| +⅔ || align="right"| 1.5 to 4 
||Phản quark trên:<math>\overline{u}</math>
|-
|Down ||(d)|| align="center"| −⅓ || align="right"| 4 to 8
||Phản quark dưới:<math>\overline{d}</math>
|-
|align="center" rowspan="2"|2
||Strange||(s)|| align="center"| −⅓ || align="right"| 80 to 130
||Phản quark lạ:<math>\overline{s}</math>
|-
|Charm||(c)|| align="center"| +⅔ || align="right"| 1,150 to 1,350
||Phản quark duyên:<math>\overline{c}</math>
|-
|align="center" rowspan="2"|3
||Bottom||(b)|| align="center"| −⅓ || align="right"| 4,100 to 4,400
||Phản quark đáy:<math>\overline{b}</math>
|-
|Top||(t)|| align="center"| +⅔ || align="right"| 178,000 ± 4,300
||Phản quark đỉnh:<math>\overline{t}</math>
|}

==== Các lepton ====
{{chính|lepton}}
'''Lepton''' ([[tiếng Hy Lạp]] là ''Λεπτόν'') có nghĩa là "nhỏ" và "mỏng". Tên này có trước khi khám phá ra các [[tauon|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 [[boson gauge|gauge boson]] và [[quark]].

Có 12 loại lepton được biết đến, bao gồm ba loại hạt vật chất là [[electron]], [[muyon]] 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]].

{| cellpadding=2 cellspacing=0 border=1
|-
| colspan=4 align=center | '''Hạt điện tích / phản hạt''' 
|
| colspan=4 align=center | '''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
|- 
| [[Muyon|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 ===
{{chính|boson}}
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 [[boson gauge|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 [[Boson W|W boson]] và [[Boson Z|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:
* [[Hạt Higgs|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 ==
{{chính|Lực cơ bản}}

=== Tương tác mạnh ===
{{chính|Tương tác mạnh}}
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]].

=== Tương tác điện từ ===
{{chính|Tương tác điện từ}}

=== Tương tác yếu ===
{{chính|Tương tác yếu}}

=== Tương tác hấp dẫn ===
{{chính|Tương tác hấp dẫn}}

==Tham khảo==
{{tham khảo}}
== Liên kết ngoài ==
* {{Britannica|1238429|Elementary particle (physics)}}
* {{TĐBKVN|9626|Hạt cơ bản}}
{{Hạt cơ bản}}
{{Vật lý}}

[[Thể loại:Hạt sơ cấp| ]]
[[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]]