Phương trình Lagrangian Mô hình Chuẩn

Mô hình Chuẩn không đơn thuần là những hạt sơ cấp được sắp xếp trong một cái bảng ngăn nắp, đẹp đẽ.

Mô hình Chuẩn của vật lí hạt sơ cấp thường được hình dung là một cái bảng, tương tự như bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, và được dùng để mô tả các tính chất hạt, ví dụ như khối lượng, điện tích và spin. Cái bảng ấy cũng được tổ chức để thể hiện những mảnh ghép nhỏ xíu này của vật chất tương tác như thế nào với các lực cơ bản của tự nhiên.

Nhưng Mô hình Chuẩn không ra đời dưới dạng một cái bảng. Lí thuyết của hầu như mọi thứ này thật ra biểu diễn một tập hợp gồm vài mô hình toán học đã được chứng minh là những lí giải trường tồn của các định luật vật lí học.

Sau đây ta điểm qua sơ lược các chủ đề được bao quát trong phương trình dài lê thê này.

Lagrangian Mô hình Chuẩn

Tổng quan

Phiên bản này của Mô hình Chuẩn được viết theo dạng thức Lagrangian. Lagrangian là một cách đẹp mắt biểu diễn một phương trình xác định trạng thái của một hệ đang biến đổi và giải thích năng lượng khả dĩ tối đa mà hệ có thể duy trì.

Về phương diện chuyên môn, Mô hình Chuẩn có thể được viết theo vài dạng thức khác nhau, nhưng, bất chấp diện mạo bề ngoài, Lagrangian là một những cách trình bày lí thuyết này đơn giản nhất và gọn ghẽ nhất.

Đoạn 1

Ba dòng này trong Mô hình Chuẩn là đặc trưng cho gluon, boson mang lực mạnh. Gluon gồm tám loại, tương tác lẫn nhau và có cái gọi là tích màu.

Đoạn 2

Gần một nửa của phương trình này dành để lí giải các tương tác giữa các boson, nhất là boson W và boson Z.

Boson là các hạt mang lực, và có bốn loại boson tương tác với các hạt khác bởi ba lực cơ bản. Photon mang lực điện từ, gluon mang lực mạnh, và boson W và boson Z mang lực yếu. Boson được khám phá gần đây nhất, boson Higgs, thì hơi khác một chút; các tương tác của nó xuất hiện trong đoạn tiếp theo của phương trình.

Đoạn 3

Đoạn này của phương trình mô tả các hạt vật chất sơ cấp tương tác như thế nào với lực yếu. Theo công thức này, các hạt vật chất gồm ba thế hệ, mỗi thế hệ có khối lượng khác nhau. Lực yếu giúp các hạt vật chất nặng phân hủy thành các hạt vật chất nhẹ hơn.

Đoạn này cũng bao gồm các tương tác cơ bản với trường Higgs, từ đó một số hạt sơ cấp thu được khối lượng của chúng.

Thật ngạc nhiên, đoạn này của phương trình đưa ra một giả định mâu thuẫn với các khám phá được các nhà vật lí tiến hành trong những năm gần đây. Nó giả định không chính xác rằng các hạt gọi là neutrino không có khối lượng.

Đoạn 4

Trong cơ học lượng tử, một hạt không có một đường đi hay một quỹ đạo cụ thể nào, nghĩa là thỉnh thoảng xuất hiện các rườm rà trong dạng công thức toán học thế này. Để làm sạch những rườm rà này, các nhà lí thuyết sử dụng các hạt ảo họ gọi là hạt ma quỷ.

Đoạn này của phương trình mô tả các hạt vật chất tương tác như thế nào với hạt Higgs ma quỷ, sản phẩm ảo do trường Higgs mang lại.

Đoạn 5

Đoạn cuối này của phương trình bao gộp nhiều hạt ma quỷ. Những hạt này được gọi là hạt ma quỷ Faddeev-Popov, và chúng triệt tiêu các rườm rà xuất hiện trong các tương tác thông qua lực yếu.

Nguồn: Symmetry Magazine

Bài trước | Bài kế tiếp