TÌM HIỂU QUARKS, HIGGS FIELD và HIGGS BOSON.

1-QUARK LÀ GÌ?

Quark đọc “kwɔːrk” là một loại hạt sơ đẳng elementary particle, là căn bản cấu tạo nên vật chất ngày nay.

Quarks được tìm thấy vào năm 1968 tại phòng thí nghiệm Stanford Linear Accelerator Center, bang California do hai nhà vật lý học tên là Murray Gell-Mann và George Zweig đã đề xuất ý kiến đầu tiên năm 1964.

Quarks được tìm thấy trong proton và neutron của nguyên tử vật chất nhờ máy goị là Accelerator.

Mãi tới năm 1995, phòng thí nghiệm vật lý lớn nhất của USA tên là FERMILAB (America's particle physics and accelerator laboratory in Batavia,Illinois) đã tìm ra một quark cuối cung đặt tên là Top Quark.Tổng cộng ngày nay,chúng ta có sáu loại quarks gọi tên chuyên môn là “six flavours”. Tên của mỗi Quark trong “six flavours” được gọi như sau : up, down, strange, charm, top, bottom.

Quark up và down có trọng khối thấp nhất(lowest mass).Mỗi proton có hai up và một down (Xem hình vẽ).Mỗi neutron có hai down và một up. Mỗi proton và mỗi neutron đều có ba quarks(each has three quarks).

Những quarks nặng hơn sẽ bị hiện tượng gọi là “particle decay” sẽ biến thành quark up và down.Do đó quark up và quark down rất bền vững “stable” nên luôn luôn có sẳn trong vủ trụ.

Những quarks có tên còn lại như strange, charm, top, bottom chỉ xuất hiện khi có va chạm mạnh như trong những máy goị là Particle Accelerators hoặc ngoài vủ trụ có cosmic rays.

Electron luôn luôn là điện âm (negative charge) nhưng Quark có thể là điện dương hoặc điện âm.

Mỗi Quark có một Antiquark có cường độ như Quark nhưng ngược chiều.

Electron ở riêng rẻ một mình.Nhưng Quark thì luôn luôn ở chung với các Quarks khác trong proton hoặc neutron.

2-HIGGS FIELD VÀ HIGGS BOSON LÀ GÌ ?

Năm 1964,hai giáo sư vật lý Peter Higgs (University of Edinburgh in Scotland), François EngLert( Université Libre de Bruxelles in Belgium) và năm nhà vật lý khác chuyên về lý thuyết (theoretical physicists) làm nghiên cứu riêng đã đề xuất ý kiến trong vủ trụ có hiện diện một trường vô hình (invisible field) mà họ tự đặt tên là Higgs field.

Họ đưa ra lý thuyết cho rằng Higgs field đã tạo ra vật chất bằng cách cho mỗi hạt sơ đẳng (elementary particle) một trọng khối gọi là mass và nối kết các hạt thành hành tinh và ngôi sao.

Nhưng sau 50 năm nghiên cứu các nhà vật lý không tim được Higgs field.Họ nói nếu không có Higgs field thì vật chất không có khối lương và đã trở thành như ánh sang.Ánh sáng không có khối lương.

Peter Higgs tiên đóan Higgs field có thể đang chứa một lọai hạt particle mà ông tự đặt tên Higgs boson.( Higgs boson is a particle).

Boson lấy từ tên của Satyendra Nath Bose,một nhà vật lý Ấn Độ đã công tác vớí Einstein trong công trình lý thuyết hoá những đặc tính của các hạt sơ đẳng (elementary particles).

Hạt nào theo luật của “Bose–Einstein statistics” goị là boson.(Particle has zero or integral spin and obeys the rules of Bose-Einstein statistics is called boson).

Nếu tìm ra được Higgs boson thì kết luận có Higgs field đang hịên hửu( existence of the Higgs field).

Để dễ hiểu, có thể diễn tả Higgs field giống như hơi nước,còn Higgs boson giống như giọt nước ở hơi nước .Nếu tìm thấy có giọt nước thì đương nhiên có nước.

3-TRẮC NGHIỆM TÌM KIẾM HIGGS BOSON.

3.1-Thiết bị trắc nghiệm nghiên cứu.

Có một số phòng thí nghiệm vật lý nhỏ có máy Accelerators đã trắc nghiệm nghiên cứu tìm Higgs boson nhưng không kết quả.

Những hạt nào có chứa quarks nối kết nhau rất mạnh thì gọi là Hadrons. Hadrons gồm có baryons (có 3 quarks) và mesons (có 1 quark và 1 antiquark ).

Large Hadron Collider (LHC) là máy collider lớn nhất và mạnh nhứt thế giới đặt tại CERN(Centre Européen De Recherche Nucléaire) được xây dựng từ năm 1998-2008 cũng trắc nghiệm tim Higgs boson.

Nhưng đến ngaỳ 13 tháng12 năm 2011, CERN mới tìm thấy Higgs boson nhưng chưa đủ số liệu để tin chắc chắn.Họ cần phải trắc nghiệm thêm 3 lần nữa.

Ngày 4 tháng 7 năm 2012,CERN tuyên bố xác nhận Higgs boson thật sự có.

Phòng thí nghiêm CERN nầy ở sâu dưới đất 100 mét,là đường hầm chạy vòng tròn (circular tunnel ) 27 km, nằm trong núi thuộc biên giới hai nước Pháp-Thụy sĩ.

Tại đây các nhà vật lý học đã accelerated protons bằng 1200 magnets ở nhiệt độ -271C với tốc độ 99.99998% của ánh sáng để làm cho những protons đập vào nhau .Kết quả trắc nghiệm cho thấy xuất hiện Higgs bosons.

Ngày 8 tháng 10 năm 2013, Peter Higgs và François EngLert lảnh giải thưởng Nobel về vật lý.

Hiện nay, CERN tạm ngưng hoạt động đễ lắp ráp thêm thiết bị mạnh hơn.Nhưng phòng thí nghiệm FERMILAB (America's particle physics and accelerator laboratory) in Batavia,Illinois vẫn tiếp tục trắc nghiệm nghiên cứu.

3.2- Đặc tính của Higgs boson.

Trong ngành vật lý, các khoa học gia đo lường khối lương mass bằng electron volt (eV).

Đổi electron volt ra joules, rồi áp dụng công thức energy của Einstein đổi joules ra kg.

Higgs boson là particle có khối lượng mass đã được đo tại CERN bằng 125 GeV.Còn mass của proton đo được 1GeV (1 giga-electron volt).

Tại sao Higgs boson nặng hơn proton được chứa trong proton nhẹ hơn?

Higgs boson không bền unstable,vưà xuất hiện thì bị phân huỷ ngay gọi là decay.Đó là vấn đề khó khăn đối với các nhà vật lý muốn tìm hiểu đặc tính của nó nên cần phải trải qua nhiều thời gian nữa trong tương lai.

Nhà vật lý học Stephen Hawking đánh cá với Gordon Kane 100 dollar không thể tìm ra Higgs boson.Nhưng sau khi tìm thấy có Higgs boson thi Hawking tuyên bố Higgs boson có thể làm sụp đổ vủ trụ.

3.3-Tại sao có danh từ God Particle.Nhà vật lý học Leon Lederman (Wolf Prize for Physics in 1982 ,Nobel Prize for Physics In 1988 ) của phòng thí nghiệm Fermilab viết cuốn sách về nghiên cứu Higgs boson năm 1990.

Nhà xuất bản sách muốn quảng cáo để bán đựơc nhiều nên chọn tên God particle thay cho tên Higgs boson.

3.4- Mô tả tóm lược máy LHC.

Trong máy LHC có hai tia (beams)hạt proton được phóng ra ngược chiều nhau trong một ống chân không từ hai nơi khác nhau với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.Hiện nay năng lượng gia tốc tăng chậm chạp tới tối đa 6.5TeV cho mỗi tia proton.Đang lắp ráp thêm máy tạo trường mạnh hơn có thể tạo ra năng lương gia tốc 13TeV.

Proton lấy ra từ khí hydrogen bằng cách cho qua một điện trường để tách electron ra.

Vòng quanh accelerator có đặt địên tư trường (electromagnetic fields)rất mạnh để hướng dẫn tia proton va chạm vào nhau và dùng khí lỏng helium để nhiệt độ hạ tới -271.3°C cho các khối nam châm địên( electromagnets).

Có riêng một số nam châm điện khác điều khiển các protons ép sát nhau(squeeze particles together) trước khi va chạm nhau để có sư va chạm ở xác xuất cao.

Chung quanh vòng tròn của máy có 4 chỗ được chú ý để ghi nhận sự va chạm của protons.

Tại 4 chỗ các protons đập vào nhau,có đặt máy ghi nhận.Protons vào vòng C1, qua vòng C2, rồi theo P1 màu xanh vào C3.Từ C3 một phần protons theo P3 màu xanh vào C4 rồi đi ngược theo chiều kim đồng hồ.Một phần protons trong C3 theo P2 màu xanh vào vòng C4 theo chiều kim đồng hồ.Những protons còn sót lại trong C4 va chạm nhau tại điểm T nằm phía dưới hình vẽ.

Còn tiếp

WELCOME TO BLOGGER VQGĐC

Sunday, March 19, 2017

UNDERSTANDING OF QUARKS, HIGGS FIELD and HIGGS BOSON.

Trong ngành vật lý, các khoa học gia đo lường khối lương mass bằng electron volt (eV).

Đổi electron volt ra joules, rồi áp dụng công thức energy của Einstein đổi joules ra kg.

Higgs boson là particle có khối lượng mass đã được đo tại CERN bằng 125 GeV.Còn mass của proton đo được 1GeV (1 giga-electron volt).

Tại sao Higgs boson nặng hơn proton được chứa trong proton nhẹ hơn?