Xem mã nguồn của Vật lý hạt

{{Số lượng tử hương}}
{{Mô hình chuẩn của vật lý hạt}}
{{Khoa học}}
{{chú thích trong bài}}
 
'''Vật lý hạt''' là một ngành của [[vật lý học|vật lý]] nghiên cứu về các [[hạt sơ cấp]] chứa trong [[vật chất]] và [[bức xạ điện từ|bức xạ]], cùng với những [[tương tác cơ bản|tương tác]] giữa chúng. Nó còn được gọi là '''vật lý năng lượng cao''' bởi vì rất nhiều hạt trong số đó không xuất hiện ở điều kiện môi trường tự nhiên, mà chỉ được tạo ra hay phát hiện trong các vụ va chạm giữa các hạt, nhờ các [[máy gia tốc hạt|máy gia tốc]].

== Lịch sử ngành vật lý hạt ==
[[Tập tin:Pinacoteca Querini Stampalia - Leucippus - Luca Giordano.jpg|nhỏ|Leucippus]]
Ý tưởng về việc [[vật chất]] được tạo bởi các [[hạt cơ bản]] đã được đưa ra từ [[thế kỷ thứ 6 trước công nguyên]]. [[Thuyết nguyên tử]] đã được truyền bá bởi những [[triết gia]] [[người Hy Lạp]] như [[Leucippus]], [[Democritos|Democritus]] và [[Epicuros|Epicurus]]. Mặc dù đến [[thế kỷ thứ 17]] [[Isaac Newton]] đã nghĩ rằng vật chất được tạo bởi các hạt, song phải đợi mãi đến năm [[1802]], [[John Dalton]] mới chứng minh được "mọi vật đều được cấu tạo bởi các hạt cực nhỏ, gọi là các [[nguyên tử]]".

[[Bảng tuần hoàn|Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học]] của [[Dmitri Ivanovich Mendeleev]] năm [[1869]] đã củng cố lý thuyết trên, vài thập niên sau, [[Joseph John Thomson|J.J. Thomson]] đã chứng minh được rằng nguyên tử được tạo bởi các hạt [[electron]] có [[khối lượng]] nhỏ và các [[proton]] có khối lượng tương đối lớn. Thí nghiệm của [[Ernest Rutherford]] đã chỉ ra rằng các proton nằm trong các [[hạt nhân nguyên tử|hạt nhân]]. Ban đầu người ta cho rằng hạt nhân được tạo bởi các hạt proton và electron, nhưng trong quá trình nghiên cứu và so sánh khối lượng cùng với điện tích của chúng thì có nhiều sơ hở. Về sau, năm [[1932]], người ta mới tìm ra rằng hạt nhân được tạo bởi các hạt proton, mang điện tích dương, và [[neutron]] mang điện tích trung hòa.

[[Thế kỷ 20|Thế kỷ thứ 20]] là cuộc bùng nổ của vật lý hạt nhân cùng với [[vật lý lượng tử]], cực điểm chính là các thí nghiệm [[phân hạch hạt nhân]] cùng với [[vũ khí hạt nhân|bom hạt nhân]], tạo ra một đà lớn cho sự phát triển của ngành công nghiệp, trong đó phải kể đến ngành xuất chế, biến đổi một nguyên tử sang một nguyên tử khác, như quá trình chuyển [[chì]] thành [[vàng]] (tồn tại trên [[lý thuyết]], nhưng không có [[hiệu quả kính tế]]).

Trong những năm [[1950]] và [[1960]], một số lượng lớn các hạt được tìm ra bởi các thí nghiệm [[phân rã hạt]]. Khái niệm "vườn hạt", là tập hợp của các hạt, nhờ đó mà ra đời. Và nó còn tồn tại cho đến khi [[mô hình chuẩn]] được ra đời năm [[1970]], nơi mà tất cả các hạt và tổ hợp của chúng đều được giải thích một cách chính xác.

== Mô hình chuẩn ==
{{chính|Mô hình chuẩn}}
Sự phân loại các hạt cơ bản được đưa ra trong [[mô hình chuẩn]]; nó mô tả các lực cơ bản của tự nhiên như [[tương tác mạnh|lực tương tác mạnh]], [[tương tác yếu|lực tương tác yếu]] và [[tương tác điện từ|lực điện từ]], bằng việc sử dụng các hạt truyền tương tác, [[boson gauge|gauge boson]]. Các hạt gauge bosons như là [[photon]], [[Boson W|W<sup>-</sup> W<sup>+</sup>]] cùng với [[Boson Z|Z boson]] và [[gluon]]. Mô hình này có giới thiệu 24 hạt cơ bản chứa trong vật chất. Và sau cùng, nó còn dự đoán về sự tồn tại của một loại hạt khác có tên là [[Hạt Higgs|Higgs boson]].

== Các hạt hạ nguyên tử ==
{{chính|Hạt hạ nguyên tử}}
[[Tập tin:Standard Model of Elementary Particles-vi.svg|phải|300px|nhỏ|Bảng cho thấy 6 quark, 6 lepton và các hạt truyền tương tác, theo [[Mô hình chuẩn]].]]

Các nghiên cứu trong vật lý hạt hiện đại tập trung vào các [[hạt hạ nguyên tử]], là những hạt có cấu trúc nhỏ hơn [[nguyên tử]]. Nó bao gồm những hạt cấu thành nguyên tử như [[electron]], [[proton]], [[neutron]] (proton và neutron được tạo ra bởi các hạt sơ cấp gọi là [[quark]]), các hạt được tạo ra bởi quá trình [[bức xạ điện từ|bức xạ]] hay [[phân rã]] như [[photon]], [[neutrino]], [[muyon|muon]], cũng như một số lượng lớn các [[hạt ngoại lai]].

Đối tượng nghiên cứu của vật lý hạt tuân thủ theo các định luật trong [[cơ học lượng tử]]. Ví dụ như chúng có [[lưỡng tính sóng-hạt]] - các hạt này vừa biểu hiện [[tính hạt]] như những hạt vật chất khác, vừa có thể biểu diễn dưới dạng sóng như trong các [[hàm sóng]]. Trên lý thuyết, không có sự phân biệt giữa tính hạt và [[tính sóng]], mà nó đều được biểu diễn bằng các [[véc tơ trạng thái]] trong [[không gian Hilbert]].

Có hai loại hạt, [[hạt cơ bản]] hay còn gọi là [[hạt sơ cấp]] - là những hạt không thể chia nhỏ hơn được nữa, như electron hay photon; và [[hạt tổ hợp]] - là những hạt được cấu thành bởi các hạt khác, như proton và neutron, được cấu thành từ các hạt [[quark]].

Tất cả các hạt quan sát được cho đến ngày này đều được mô tả đầy đủ trong một mục của [[thuyết trường lượng từ]] có tên là [[mô hình chuẩn]]. Mô hình này giới thiệu 47 thành phần hạt sơ cấp, cùng với dạng tổ hợp của nó, do đó số hạt được nghiên cứu trong vật lý hạt nên tới con số vài trăm. [http://vatlyvietnam.net/forum/attachment.php?attachmentid=950&stc=1] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070928044501/http://vatlyvietnam.net/forum/attachment.php?attachmentid=950&stc=1 |date = ngày 28 tháng 9 năm 2007}}

Mặc dầu mô hình chuẩn được công nhận là đúng thông qua những thí nghiệm kiểm chứng hiện đại nhất ngày nay, tuy nhiên, nhiều nhà vật lý hạt vẫn cho rằng mô hình vẫn chưa hoàn thiện để có thể mô tả tự nhiên một cách trọn vẹn. Do vậy họ vẫn mong chờ để khám phá ra một lý thuyết mới, cơ bản hơn.

Hiện tại, các số liệu về khối lượng của [[neutrino]] là những bằng chứng thí nghiệm đầu tiên của sự không hoàn thiện trong mô hình chuẩn.

Vật lý hạt có một ảnh hưởng lớn tới [[triết học]], một số lĩnh vực của nó vẫn trung thành với [[thuyết hoàn nguyên]], một khái niệm cổ đã được phân tích bởi nhiều triết gia và nhà khoa học. Các cuộc tranh luận về nó vẫn kéo dài cho đến ngày nay.

== Vật lý lý thuyết hạt ==
Vật lý lý thuyết hạt cố gắng để phát triển các mô hình lý thuyết, với công cụ là [[toán học]] để giải thích các kết quả của [[thí nghiệm]] hiện hành, cùng với việc dự đoán các kết quả thí nghiệm trong tương lại. Có một số lĩnh vực chính trong ngành vật lý lý thuyết hạt, song lại tạo ra một lượng lớn các hoạt động nghiên cứu.

Trọng tâm của vật lý lý thuyết hạt chính là việc cố gắng hiểu sâu hơn về [[mô hình chuẩn]] cùng với các thí nghiệm kiểm chứng của nó. Bằng việc đưa ra nhiều tham số trong các thí nghiệm của mô hình chuẩn, để giảm thiểu các kết quả không chắc chắn, công việc này sẽ giúp các nhà vật lý phát hiện ra các hạn chế của mô hình chuẩn, nhờ đó giúp chúng ta hiểu sâu hơn về tự nhiên. Công việc tìm hiểu trên mang đầy thách thức, như việc tính toán các đại lượng trong [[thuyết sắc động lực học lượng tử|sắc động lực học lượng tử]]. Một số nhà lý thuyết sử dụng công cụ là [[thuyết trường hiệu dụng]], một số khác thì sử dụng thuyết [[lattice gauge theory]].

Một đóng góp không nhỏ khác tạo bởi các nhà xây dựng mô hình, người đưa ra các ý tưởng có thể mở rộng mô hình chuẩn (với phạm vi năng lượng cao hơn hay khoảng cách nhỏ hơn). Công việc này được thúc đẩy bởi các bài toán nảy sinh ra từ những số liệu của thí nghiệm. Nó bao gồm [[siêu đối xứng]], tiếp đến là [[bộ máy Higgs]], hay [[mô hình Randall-Sundrum]], là sự kết hợp của những ý tưởng trên và một số ý tưởng khác.

Một hướng đi chính trong vật lý lý thuyết hạt chính là [[lý thuyết dây]]. Các nhà lý thuyết dây có gắng xây dựng một mô hình thống nhất [[cơ học lượng tử]] với [[thuyết tương đối rộng]], với ý tưởng chính là vật chất tạo bởi các dây, các màng nhỏ, chứ không chỉ dừng lại ở các hạt.

Song song với thuyết dây là [[lý thuyết hấp dẫn lượng tử vòng|thuyết hấp dẫn lượng tử vòng]], với ý tưởng [[không-thời gian]] được [[lượng tử hóa]], có cấu trúc và kích thước xác định.

== Tương lai của vật lý hạt ==
Các nhà vật lý hạt trên thế giới cùng hướng về một mục tiêu chung đó chính là nghiên cứu về sự tồn tại của hạt [[Hạt Higgs|Higgs boson]] và [[các hạt siêu đối xứng]]. Sự hoàn thành của máy gia tốc LHC (''Large Hadron Collider'') vào năm [[2009]] sẽ tạo đà cho các nghiên cứu của vật lý hạt trong tương lai. Cùng với nó là dự án ILC (''International Linear Collider''), nếu như được nhất trí xây dựng, sẽ là một bước đệm rất lớn cho ngành vật lý hạt nói riêng cũng như ngành vật lý nói chung. Máy va chạm ILC sẽ cho phép các nhà vật lý hạt phát hiện các tính chất của hạt một cách chuẩn xác hơn.

Một mục tiêu chính khác của vật lý hạt chính là việc xác định khối lượng của hạt [[neutrino]], cũng như sự kiểm chứng về sự tồn tại [[phản ứng phân rã kép của proton]].

==Các Loại Hạt==
===Hạt Điện===
Các hạt tạo nên Điện tử  bao gồm
* Điện tử âm, <math>e^{-1}</math>, <math>m_e = </math>
* Điện tử dương, <math>p^{+1}</math>, <math>m_p = </math>
* Điện tử trung hòa, <math>n^{0}</math>, <math>m_n = </math>

===Phản Hạt Điện===
Các hạt tạo nên Quang Tử h bao gồm
===Hạt Quang===
Các hạt tạo nên Quang Tử bao gồm
* Quang Tử <math>\alpha</math>, <math>h = </math>
* Quang Tử <math>\beta</math>, <math>h = </math>
* Quang Tử <math>\gamma</math>,, <math>h = </math>

==Tham khảo==
{{tham khảo}}
== Liên kết ngoài ==
{{thể loại Commons|Particle physics}}
* {{TĐBKVN|3723|Vật lý hạt cơ bản}}
* {{TĐBKVN|3724|Vật lý hạt nhân}}
* {{Britannica|445074|Particle physics}}

{{Hạt cơ bản}}
{{vật lý}}
{{Lực cơ bản}}
{{Mô hình chuẩn}}

[[Thể loại:Vật lý hạt| ]]
[[Thể loại:Vật lý hiện đại]]