Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 20)

Hiệu ứng Zeeman

Khái niệm spin electron nảy sinh thường xuyên trong vật lí lượng tử (ví dụ, trong các phần thảo luận của chúng ta về các số lượng tử và các quy tắc Hund). Là những “chất điểm” với kích thước bỏ qua được, thật ra các electron không xoay tròn, nhưng chúng vẫn thể hiện các tính chất lượng tử hành xử như thể chúng đang xoay tròn, và spin này có thể phân biệt là hoặc hướng lên hoặc hướng xuống (theo các số lượng tử thì spin hoặc bằng ½ hoặc bằng – ½).

Vì electron mang điện tích âm, nên khi chúng đi qua một điện trường chúng tạo ra một từ trường, và spin của electron xác định phân cực từ của trường đó. Vì thế, một điện trường sẽ làm lệch hướng electron spin up (hướng lên) theo một chiều này, và làm lệch hướng electron spin down (hướng xuống) theo chiều kia. Còn có một chênh lệch năng lượng nhỏ nhưng đo được giữa hai spin, nó có thể đem lại sự phân tách tinh tế các mức năng lượng khi electron chịu tác dụng của điện trường. Hiệu ứng này lần đầu tiên được để ý bởi nhà vật lí Đan Mạch Pieter Zeeman, nên về sau nó được gọi là hiệu ứng Zeeman.

Một chùm electron bắn xuyên qua điện trường sẽ tạo ra hai vết sáng, chứ không phải một.

Vườn bách thú hạt

Các proton, neutron và electron tìm thấy bên trong các nguyên tử thường ngày chỉ là phần nổi của tảng băng khi ta xét cả cây phả hệ hạt sơ cấp. Thế kỉ hai mươi đã chứng kiến sự bùng nổ khám phá khi các máy gia tốc được cấp thêm sức mạnh và vật lí lí thuyết trở nên cấp tiến hơn. Nghiên cứu tiếp tục tăng tốc trong thế kỉ hai mươi mốt, đáng nhắc tới nhất là việc khám phá boson Higgs nổi tiếng vào năm 2013.

Chúng ta mô tả bức tranh tốt nhất của mình về vật lí hạt là “Mô hình Chuẩn”. Tựa như một vở kịch opera vĩ đại, cây phả hệ của Mô hình Chuẩn thật ra là câu chuyện của ba gia đình – fermion, quark và cái gọi là các hạt mang lực, hay boson – và cách chúng chung sống với nhau. Liên hệ giữa những hạt này được định đoạt thông qua các lực cơ bản gọi là tương tác mạnh, tương tác yếu và tương tác điện từ (lực cơ bản thứ tư, lực hấp dẫn, là không đáng kể ở cấp độ hạt). Ở những cấp độ hạ nguyên tử này, vật lí lượng tử là ông vua, uốn nắn và quát tháo các hạt thực thi mệnh lệnh của nó.

Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Phần tiếp theo >>

Bài trước | Bài kế tiếp