Hạt hạ nguyên tử là gì? Các hạt lý giải mọi thứ trong vũ trụ cần biết

hạt hạ nguyên tử là gì

Nếu bạn thường xuyên theo dõi các chương trình khoa học sẽ thấy các loại hạt được nhắc đến. Chắc chắn bạn từng nghe qua hạt hạ nguyên tử trong vũ trụ. Nó là một phần nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý. Tuy nhiên không phải ai cũng biết hạt hạ nguyên tử là gì? Cũng như thành phần của nó. Cùng thietbiruaxegiare.net phân tích qua bài viết dưới đây.

Các hạt hạ nguyên tử là gì?

Các hạt hạ nguyên tử chính là những hạt nhỏ hơn nhiều lần so với các nguyên tử. Nó bao gồm những hạt kết hợp lại cấu tạo nên nguyên tử. Hạt hạ nguyên tử sẽ kết hợp một số hạt được giải phóng trong phản ứng hạt nhân hoặc phản ứng phân rã. 

Hạt hạ nguyên tử chia thành những loại nào? 

Hiểu rõ hạt hạ nguyên tử là gì? Hiện tại những hạt này được chia thành hạt cơ bản và hạt tổng hợp. Các nhà khoa học cho rằng chúng có sự đặc trưng ổn định hoặc không ổn định. Tuy nhiên tất cả điểm chung đều ngẫu nhiên. Đồng thời có sự tác động giữa sự va chạm từ các tia vũ trụ với nguyên tử khí quyển. Các hạt phổ biến sẽ được kể đến ngay bây giờ.  

hạt hạ nguyên tử là gì
Hạt hạ nguyên tử là gì? Gồm những hạt nhỏ hơn nguyên tử nhiều lần

Hạt tổng hợp 

Những hạt trong hạt tổng hợp được kể đến sau đây là hạt nguyên tử chính liên quan đến khối lượng, điện tích và tính chất của chúng. 

– Proton 

Proton theo định nghĩa thuộc một hạt hạ nguyên tử nằm bên trong hạt nhân nguyên tử và bao gồm điện tích dương. Mặc dù đây là loại hạt ổn định nhưng có loại phân rã proton hiếm. Chính điều đó đã tạo ra phát xạ của proton tự do. 

– Notron 

Notron được biết đến là một hạt hạ nguyên tử tồn tại bên trong hạt nhân. Tuy nhiên khác với hạt proton thì nó chỉ bao gồm điện tích trung tính mà thôi.  Nhiều nghiên cứu cho rằng notron không sở hữu bất kỳ loại điện tích nào. Nhưng trong nó có bao gồm ba hạt cơ bản được gọi là quark

– Điện tử 

Loại hạt này cũng tồn tại bên trong hạt nhân nguyên tử nhưng bao gồm điện tích âm mà thôi. Electron không chỉ được tìm thấy trong hạt nhân một nguyên tử mà còn trong trạng thái tự do. Nhờ sự chuyển động của các điện tử sẽ tạo ra một dòng điện. Bên cạnh đó còn tạo ra năng lượng cần thiết có khả năng bật thiết bị điện tử mà con người hiện đang sử dụng. 

hạt hạ nguyên tử tổng hợp
Những hạt mang điện tích âm tồn tại trong trạng thái tự do

– Quark 

Quark hay chính là các hạt cơ bản tương tác qua lại tạo ra vật chất hạt nhân và hadron. Có một số loại quark có khả năng kết hợp để tạo thành hạt proton và notron. 

Theo như các nghiên cứu đã chỉ ra loại hạt tổng hợp là những hạt duy nhất có khả năng tương tác. Cuối cùng chúng tạo ra những loại hạt khác biệt nữa. Từ đó có thể đạt tương tác điện từ và hấp dẫn hạt nhân. 

Hạt cơ bản 

Nhắc tới hạt hạ nguyên tử là gì? Thường người ta sẽ biết nhiều đến các hạt tổng hợp còn sự tồn tại của hạt cơ bản ít người biết đến. Chúng đều là những hợp chất khác và mang tính không ổn định. Trong lĩnh vực vật lý, chúng được biết đến nhiều hơn và được đưa vào nghiên cứu. Một số hạt cơ bản có thể kể đến chính là boson, lepton, hadron, neutrino. Bên cạnh đó còn một số hạt ngoại lai và hạt ảo chưa xác định chính xác nên chưa nhắc đến. 

hạt hạ nguyên tử Quark
Quark cấu tạo nên những hạt proton hay notron

Các hạt lý giải mọi thứ trong vũ trụ cần biết  

Con người và những hiểu biết liên quan đến vũ trụ cũng như thế giới xung quanh ngày một phát triển. Những người Hy Lạp cổ đại đã tiên đoán được sự tồn tại của loại hạt gọi là nguyên tử. Sau hơn 1500 đã chứng minh được điều đó có thật. Bên cạnh đó còn xác định được chúng đã tạo lên vật chất. 

Hiểu hạt hạ nguyên tử là gì? Ngoài việc phát hiện ra proton, notron và electron thuộc một trong các yếu tố tạo ra nguyên tử. Thế nhưng các nhà khoa học chỉ ra chúng chưa phải hạt nhỏ nhất trong vũ trụ. Sau quá trình khám phá đã phát hiện ra 9 hạt cơ sở sẽ giúp lý giải được mọi hiện tượng diễn ra trong vũ trụ bao la. 

Hạt huỷ diệt – Strangelet 

Trước tiên cần phải nói về hạt quark, có đến 6 loại hạt gồm hai loại quark up và quark down phổ biến nhất. Còn quark strange thì không phổ biến bằng và khi chúng kết hợp lại với quark up -down sẽ tạo ra phân tử Strangelet. Nó chính là thành phần tạo nên vật chất strange. 

hạt huỷ diệt Strangelet 
Strangelet phân tán rộng khắp vũ trụ

Strangelet sẽ được tạo thành khi một ngôi sao neutron sụp đổ tại chính lõi của nó. Từ đó tạo ra áp lực ép lớn đến các electron và proton tại phần lõi của ngôi sao. Cũng chính điều này đã khiến các loại quark kết hợp với nhau rồi tạo ra vật chất strange. Quá trình sau đó, chúng sẽ phân tán khắp vũ trụ rộng lớn gồm có cả hệ Mặt trời. 

Khi điều này xảy ra, những hạt strangelet sẽ biến đổi hạt nhân của bất kỳ nguyên tử nào. Tiếp đó hình thành một hạt strangelet khi chúng ta chạm vào nó. Cứ như thế những hạt stranglet sẽ biến đổi giống như một loại virus ăn mòn tất cả các nguyên tử khác. Sau đó biến đổi dần thành stranglet rồi tạo phản ứng dây chuyền cho đến khi không còn thứ gì tồn tại ngoài hạt stranglet. 

Hạt đối xứng – Sparticle

Nhiều năm nghiên cứu, các nhà khoa học chỉ ra các hạt tồn tại trong vũ trụ theo từng cặp. Nó có tên gọi là Sparticle hay còn gọi là hạt siêu đối xứng. Khi đó  với mỗi hạt quark ngoài vũ trụ sẽ có một hạt quark song sinh đối xứng một cách hoàn hảo với nó. Với hơn 60 hạt cơ bản thì mỗi loại hạt đều chứa một sparticle đối xứng với chính nó. 

hạt đối xứng Sparticle
Những hạt đối xứng khá nặng nên phân rã nhanh hơn

Thế nhưng đó mới là giả định, từ trước đến nay chưa phát hiện ra bất kỳ sparticle nào. 

Để giải thích cho hiện tượng này, một thuyết trong vật lý chỉ ra những hạt nặng phân ra nhanh hơn hạt nhẹ. Có khả năng một hạt hạt đủ nặng sẽ phân rã ngay lập tức khi vừa mới hình thành. Chính vì vậy giả thuyết đưa ra rằng hạt sparticle rất nặng nên sẽ bị phân rã nhanh chóng. Còn hạt đối xứng có thể quan sát vẫn tồn tại. 

Nhiều người cho rằng, lý do chưa thể tìm hiểu được vật chất tối chính là do hạt này. Bởi có nhiều khả năng sparticle bao gồm vật chất tối tồn tại trong trạng thái chưa thể quan sát. 

Phản hạt

Phản hạt có tên gọi khoa học là Antiparticle, nó sẽ cấu thành nên phản vật chất. Những phản hạt có tính chất giống hoàn toàn các hạt và tương tự cặp đôi đối xứng. Về cơ bản tất cả những vật chất cũng như hạt đều có sự phản vật chất và phản hạt tương ứng. 

Thông qua máy gia tốc hạt, người ta đã thực sự tìm thấy phản hạt chứ không chỉ còn ở trên lý thuyết. Giả thuyết khác được đặt ra chứng minh trong lịch sử phản hạt gặp hạt sẽ giải phóng năng lượng rồi biến mất.

phản hạt Antiparticle
Chính vụ nổ BigBang đã tạo ra phản hạt

 Trong vụ nổ Bigbang đã tạo ra giả thuyết về sự tồn tại số lượng hạt và phản hạt tương đương. 

Theo đó, ý tưởng là tất cả vật chất được tạo ra tại thời điểm đó tương ứng với phản vật chất. Khi gặp nhau chúng đã tạo ra một vụ nổ lớn nhất trong lịch sử. Cũng có giả thuyết khác chỉ ra có thể vũ trụ đang sinh sống thuộc phần rất nhỏ. Ngoài ra còn có một thế giới song song được tạo thành từ phản vật chất và phản hạt. 

Hạt graviton

Giả thuyết về sự tồn tại của hạt graviton được hình thành từ thuyết trường lượng tử và mô hình hóa hành vi tương tác khác. Nó hoạt động thông qua trung gian hạt cơ bản. Chúng tương tác điện từ bởi proton, tương tác mạnh bởi gluon và tương tác yếu boson W và boson Z. 

Để có tương tác hấp dẫn như vậy thông qua trung gian hạt cơ bản nhưng chưa thể khám phá. Graviton được biết đến như một hạt cơ bản có vai trò trao đổi lực hấp dẫn trong khuôn lý thuyết trường lượng tử. Khi nó tồn tại dự kiến sẽ không có khối lượng và thoả mãn spin bằng 2. 

hạt graviton
Hạt này được tạo ra từ thuyết trường lượng tử và mô hình hoá

Việc tìm kiếm rồi chứng minh sự tồn tại của hạt graviton là vô cùng quan trọng. Nó có thể sẽ như một cầu nối giữa thuyết tương đối với vật lý lượng tử. Trường hợp tác dụng trọng lực thay đổi tính chính xác thuyết tương đối tạo ra mức năng lượng nhất định. Từ đó cũng giải quyết được vấn để thắt nút của thuyết vật lý thống nhất. 

Hạt graviphoton

Lý thuyết về lực hấp dẫn ở cấp độ nguyên tử chỉ ra hạt graviphoton được tạo ra khi từ trường hấp dẫn bị kích thích. Nó sẽ xuất hiện trong chiều thứ 5 của không gian và thời gian. 

hạt graviphoton
Hạt graviphoton xuất hiện trong chiều thứ 5 của không gian

Một graviphoton sẽ có đầy đủ những đặc điểm của graviton nhưng mang tính chất của một photon. Chúng sẽ tạo ra những thứ mà vật lý gọi là lực thứ năm. Bốn lực trước đó chính là bốn lực cơ bản như: hấp dẫn, điện từ, lực mạnh và lực yếu. 

Preton

Như mọi người biết, hạt quark cơ bản đều là những hạt sơ cấp. Chúng là thành phần tạo ra proton và neutron. Nhiều giả thuyết cho rằng vẫn còn một số loại hạt sơ cấp là preton tạo ra quark.

Xét một hạt nhân của nguyên tử vàng có đến 79 proton. Mỗi proton lại cấu thành từ ba hạt quark với chiều rộng hạt nhân vàng khoảng 8 femto-met. Có thể thấy kích thước hạt quark đã vô cùng nhỏ bé rồi. Trường hợp preton tồn tại thì chưa có đơn vị nào đủ nhỏ để đo kích thước của nó. 

hạt Preton
Loại hạt này có kích thước tương đối nhỏ, so với quark cũng nhỏ hơn nhiều

Sự tồn tại cũng như thuyết về hạt preton sẽ giải thích được sự khác biệt khá lớn giữa khối lượng và điện tích. Ngoài ra nó còn chứng minh sự tồn tại của vật chất tối và những hạt không thể quan sát. 

Tachyon

Hạt Tachyon theo lý thuyết chính là một hạt hạ nguyên tử chuyển động nhanh hơn cả tốc độ ánh sáng. Nếu nó thực sự tồn tại thì mọi rào cản tốc độ ánh sáng đều sẽ bị phá vỡ. Bởi bình thường nếu coi tốc độ ánh sáng là điểm trung tâm thì hạt cơ bản chuyển động vô cùng chậm. 

Mối quan hệ tốc độ giữa hạt cơ bản với tachyon như sự đối xứng qua tấm gương. Hiểu đơn giản các hạt cơ bản muốn tăng tốc độ chuyển động thì cần được cung cấp năng lượng vô hạn. Nhưng đối với hạt tachyon muốn giảm tốc độ chuyển động cần cung cấp năng lượng mà vẫn phải kìm hãm. 

hạt Tachyon
Tốc độ di chuyển của hạt tachyon cực nhanh chóng

Nếu muốn giảm tốc độ ánh sáng năng lượng cần cung cấp vẫn phải vô hạn. Nhưng còn hạt tachyon thì khác, vẫn tăng tốc độ di chuyển năng lượng cần giảm đi. Phải duy trì giảm đến khi nào không cần năng lượng hãm chuyển động và tốc độ. 

String

Hạt sơ cấp hay cao cấp đều thuộc một chất điểm trong không gian. Thế nhưng theo lý thuyết dây thì các hạt không thực sự tồn tại dạng chất điểm. Chúng sẽ là một chuỗi với một chiều không gian. Dựa vào thuyết hấp dẫn lượng tử xây dựng với mục đích thống nhất hạt và lực cơ bản tự nhiên. 

Chuỗi có khả năng thay thế preton rồi xây dựng lên các quark với cấp độ cao hơn vẫn giữ nguyên tính chất. Đồng thời nó tạo thành bất cứ yếu tố nào dựa trên tổ chức của nó. Khi tồn tại dạng chuỗi mở sẽ tạo thành một photon còn chuỗi kết nối sẽ tạo thành vòng tròn hay graviton. 

hạt string
Chúng là một chuỗi tồn tại trong chiều không gian

Hiện có nhiều lý thuyết hiện đại đặt hy vọng vào thuyết này bởi có thể giải quyết câu hỏi về tính đối xứng tự nhiên. Không chỉ thế còn giải thích được hiệu ứng lượng tử lỗ đen, điểm kỳ dị, sự tồn tại và phá vỡ siêu đối xứng… Ngoài ra nó còn mở ra tia sáng mới cho cơ học lượng tử, không gian và thời gian. 

Brane

Brane còn được gọi là lý thuyết màng, mở rộng từ lý thuyết dây. Theo thuyết này thì các hạt sẽ bao gồm nhiều chiều kích thước. Trường hợp là M-0 hạt giống chất điểm tương tự như hạt quark. M-1 sẽ có dạng chuỗi còn M-2 sẽ tồn tại dưới dạng tấm phẳng. 

Cứ như thế, cấp càng cao thì lại tồn tại nhiều chiều kích thước khác nhau. Từ đó dẫn đến vũ trụ tồn tại dạng không gian đa chiều mà con người là một phần nhỏ. Nếu suy rộng hơn tức là có bao nhiêu chiều kích thước của màng sẽ có bấy nhiêu chiều không gian. Trường hợp có vô hạn màng sẽ dẫn đến không gian trở lên vô hạn và hình thành thuyết đa vũ trụ có tuần hoàn. 

lý thuyết màng brance
Hạt này có nhiều chiều kích thước khác nhau

Khi tồn tại ở dạng đó, vũ trụ sinh ra sẽ luôn có chu kỳ của nó. Bắt nguồn từ vụ nổ bigbang kéo theo lực hấp dẫn sau đó. Mọi thứ sẽ trở lại tâm vụ nổ Big Crunch. Năng lượng nén cùng với khối lượng vật chất khổng lồ tiếp tục tạo ra vụ nổ BigBang khác. Cứ như thế vũ trụ lại bước đến chu kỳ tiếp theo mà nó phải hoàn thành.

>> Xem thêm:

Vũ trụ rộng bao nhiêu? Những sự thật thú vị về vũ trụ bao la

Bức xạ mặt trời là gì? Bức xạ mặt trời nào có sức mạnh lớn nhất?

Như vậy, qua bài viết trên đây đã giải thích cho mọi người hiểu hạt hạ nguyên tử là gì? Những hạt đó gồm những thành phần nào đã được xác định. Bên cạnh đó cũng kể ra 9 loại hạt cơ sở giúp lý giải mọi thứ trong vũ trụ. Hy vọng với những thông tin đã chia sẻ các bạn đã có cho mình thêm kiến thức thiên văn.