Hạt nhỏ nhất trong vũ trụ là gì? Còn hạt lớn nhất thì sao?

Date:_ Chủ Nhật, 18 tháng 7, 2021  

Hạt có tỉ trọng nhỏ nhất nó sẽ nhỏ hơn một electron

Vũ trụ là một nơi rộng lớn, với hàng trăm tỷ thiên hà. Nhưng nó được tạo ra từ những mảnh hạt nhân vô cùng nhỏ. Bảng tuần hoàn bao gồm các nguyên tố như oxy, carbon và các khối xây dựng khác tạo nên các ngôi sao, con mèo hoặc tách cà phê. Nhưng kể từ đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã suy nghĩ và tìm ra các hạt cơ bản ngày càng nhỏ hơn - những hạt nhỏ hơn nguyên tử lấp đầy vũ trụ. Vậy hạt cơ bản nào nhỏ nhất? Và ngược lại, cái nào là lớn nhất?.

Don Lincoln, một nhà khoa học cấp cao tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi (Fermilab), gần Chicago, là một trong những nhà khoa học đang cố gắng trả lời câu hỏi này. Tại Fermilab, các nhà khoa học sử dụng một máy gia tốc hạt để đập các hạt riêng lẻ lại với nhau và xem xét các mảnh vỡ - hoặc các hạt cơ bản mới có thể - xuất hiện. Lincoln cho biết có hai cách để đo kích thước của các hạt: điều tra khối lượng của chúng và đo kích thước vật lý của chúng, giống như tính toán đường kính của một quả bóng.


Về khối lượng, những câu hỏi này tương đối đơn giản để trả lời. Lincoln cho biết, hạt có khối lượng khác "0" thấp nhất mà chúng ta biết là neutrino. Tuy nhiên, ông chỉ ra rằng chúng ta không có phép đo chính xác về khối lượng của neutrino vì các công cụ dùng để tính toán khối lượng của các hạt cơ bản không đủ nhạy.

Lincoln nói: “Một hạt neutrino là một hạt giống như bóng ma của thế giới hạ nguyên tử. Neutrino tương tác rất yếu với vật chất và là hạt phong phú thứ hai sau photon (hoạt động giống như sóng hơn là các hạt thực tế). Trên thực tế, có hàng nghìn tỷ hạt neutrino đi qua bạn vào giây phút này. Neutrino gần như không nặng và di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng.

Hạt nhân nguyên tử được tạo thành từ neutron, proton và electron. Lincoln nói rằng bản thân proton và neutron có kích thước bằng một phần mười của hạt nhân nói chung. Một electron có khối lượng gần bằng không, nhưng nó thực sự nặng gấp 500.000 lần một neutrino (một lần nữa, không thể thực hiện phép đo chính xác vào thời điểm này).
Kích thước của các hạt có thể được đo bằng cách điều tra khối lượng của chúng hoặc kích thước vật lý của chúng.

Các nhà vật lý sử dụng vôn điện tử (eV) để đo khối lượng của các hạt hạ nguyên tử, Lincoln nói. Về mặt kỹ thuật, đơn vị là eV/c ^ 2, trong đó c là tốc độ ánh sáng. Một vôn điện tử tương đương với khoảng 1,6x10 ^ -19 jun. Để đơn giản hóa mọi thứ, các nhà vật lý sử dụng một tập hợp các đơn vị theo đó tốc độ ánh sáng là 1. Để tính khối lượng của một hạt hạ nguyên tử, bạn sẽ sử dụng phương trình nổi tiếng của Albert Einstein E = mc ^ 2 để lấy khối lượng (m) tính bằng kilôgam.

Theo Lincoln, một electron nặng 511.000 electron volt, tương đương với 9,11 x 10 ^ -31 kg. Để so sánh, một proton điển hình trong hạt nhân của một nguyên tử điển hình nặng 938 triệu electron volt, hay 1,67 × 10 ^ -27 kg, ông nói.

Ngược lại, hạt cơ bản lớn nhất (về khối lượng) mà chúng ta biết là một hạt được gọi là Top Quark, đo được con số khổng lồ 172,5 tỷ electron vôn, theo Lincoln. Hạt quark là một loại hạt cơ bản khác, theo như chúng ta biết, không thể chia nhỏ thành nhiều phần hơn. Các nhà khoa học đã tìm thấy sáu loại quark gồm (up-quark, down-quark, strange-quark, charm-v, bottom-quark and top-quark). Các up-quark và down-quark tạo nên proton và neutron, và chúng nặng tương ứng là 3 triệu và 5 triệu electron vôn. Trong khi đó, hạt top quark nặng gấp 57.500 lần Up-quark .

Câu hỏi về kích thước vật lý khó trả lời hơn. Chúng ta biết kích thước vật lý của một số hạt, nhưng không phải những hạt nhỏ nhất. Một số hạt "nhỏ" mà mọi người nghe nói đến trong cuộc sống hàng ngày, chẳng hạn như hạt nhỏ như vi rút, thực sự nó khá lớn.

Lincoln đưa ra ý nghĩa về quy mô này: Một Virus điển hình dài khoảng 250 đến 400 nanomet (nanomet là một phần tỷ mét, hay 10 ^ -9 m), và hạt nhân nguyên tử điển hình có kích thước khoảng 10 ^ -14 m (0,00000000000001 m). Điều đó có nghĩa là một hạt nhân nguyên tử nhỏ đối với một con virut, cũng như con virut là rất nhỏ đối với chúng ta.



Hiện tại, kích thước vật lý nhỏ nhất mà các nhà khoa học có thể đo được bằng máy gia tốc hạt nhỏ hơn 2.000 lần so với proton, hay 5 x 10 ^ -20 m. Cho đến nay, các nhà khoa học đã có thể xác định rằng các hạt quark nhỏ hơn thế, nhưng không phải là bao nhiêu.
www.Uviet.net