Điện tích nhỏ nhất xưa và nay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ MÔN: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: Giáo viên hướng dẫn: Lê Văn Hoàng Sinh viên thực tập: Hoàng Thị Thanh Thảo Đoàn Thị Minh Thư Trần Bùi Cẩm Vân TP HCM, Ngày 15 tháng 5 năm 2009 MỤC LỤC LỜI NGỎ………………………………………………………………………. 3 ĐIỆN TÍCH NHỎ NHẤT XƯA VÀ NAY………………………………..…...4 Điện tích………………………………………………………………..….4 I.1. Khái quát về điện tích:……………………………………………...4 I.2. Thuộc tính và tính chất của điện tích:……………………………....4 I.3. Các loại điện tích:………………………………………………..…6 II. Quan niệm cổ điển: II.1. Electron:………………………………………………………….....6 II.1.1 Lược sử quá trình khám phá ra electron………………….….6 II.1.2. Giới thiệu về electron……………………………………..…6 II.1.3. Thí nghiệm tìm ra electron………………………………..…7 II.1.4. Thí nghiệm đo điện tích điện tử………………………….….8 II.1.5. Các thuộc tính và tính chất của electron…………………….9 II.1.6. Ứng dụng của electron……………………………………..11 II.2. Proton: II.2.1. Khái quát về proton………………………………………...13 II.2.2. Sự ổn định………………………………………………….13 II.2.3. Trong hóa học………………………………………………14 II.2.4. Lịch sử……………………………………………………...14 II.2.5. Phản proton………………………………………………...14 II.3. Neutron: II.3.1. Khái quát về neutron……………………………………….15 II.3.2. Lịch sử tìm ra neutron……………………………………...15 II.3.3. Thuộc tính và tính chất của neutron………………………..16 II.3.4. Phản neutron………………………………………………..18 Quan niệm hiện đại: Hạt quark: III.1. Giới thiệu về hạt quark:…………………………………………...18 III.2. Tính chất của hạt quark:…………………………………..………19 III.3. Các loại hạt quark:…………………………..…………………….20 III.4. Quá trình khám phá ra các loại hạt quark:……………………..….21 III.5. Điện tích:……………………….…………………………………24 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………28 PHỤ LỤC……………………………………………………………………….29 LỜI NGỎ Có một thời, nhiều nhà vật lý đã tưởng rằng proton, neutron và electron chính là các "nguyên tử" theo định nghĩa của người cổ Hy lạp. Nhưng vào năm 1968, những thí nghiệm được tiến hành trên máy gia tốc tuyến tính ở Standford ở Hoa Kỳ đã cho thấy rằng các proton và neutron cũng không phải là các hạt cơ bản nhất. Dựa vào lý thuyết nào người ta lại khẳng định như vậy? Nhằm giúp cho các bạn sinh viên có thêm tư liệu cho việc dạy và học, các em học sinh muốn tìm hiểu thêm về vấn đề này, nhóm chúng tôi xin giới thiệu đến các bạn những kiến thức cơ bản liên quan đến vấn đề này. Hy vọng với lượng kiến thức này sẽ giúp các bạn phần nào hiểu thêm về vấn để bạn nghiên cứu. Do thời gian và kiến thức giới hạn nên khó tránh khỏi những sai sót, mong các bạn thông cảm. ĐIỆN TÍCH NHỎ NHẤT XƯA VÀ NAY ĐIỆN TÍCH: I.1 Khái quát về điện tích: Điện tích là một tính chất cơ bản và không đổi của một số hạt hạ nguyên tử, đặc trưng cho tương tác điện từ giữa chúng. Điện tích tạo ra trường điện từ và cũng như chịu sự ảnh hưởng của trường điện từ. Sự tương tác giữa một điện tích với trường điện từ khi nó chuyển động hoặc đứng yên so với trường điện từ này là nguyên nhân gây ra lực điện từ, một trong những lực cơ bản của tự nhiên. Điện tích còn được hiểu là "hạt mang điện". I.2 Thuộc tính và tính chất của điện tích: Các hạt mang điện cùng dấu (cùng dương hoặc cùng âm) sẽ đẩy nhau. Ngược lại, các hạt mang điện khác dấu sẽ hút nhau. Tương tác giữa các hạt mang điện nằm ở khoảng cách rất lớn so với kích thước của chúng tuân theo định luật Coulomb. Định luật Coulomb đặt theo tên nhà vật lý Pháp Charles de Coulomb, phát biểu là: “Độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích điểm tỷ lệ thuận với tích các độ lớn điện tích và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng các giữa chúng”. Điện tích của một vật vĩ mô là tổng đại số của tất cả các điện tích tương ứng của các hạt phần tử cấu thành nên vật đó. Thông thường, các vật quanh ta đều trung hòa về điện, đó là do mỗi nguyên tử ở trạng thái tự nhiên đều có tổng số proton bằng tổng số electron, nên các điện tích của chúng bù trừ lẫn nhau. Tuy nhiên, ngay cả khi điện tích tổng cộng của một vật bằng không, vật ấy vẫn có thể tham gia tương tác điện từ, đó là nhờ hiện tượng phân cực điện. Các điện tích chịu sự ảnh hưởng của hiện tượng phân cực gọi là điện tích liên kết, các điện tích có thể di chuyển linh động trong vật dẫn dưới tác dụng của từ trường ngoài gọi là điện tích tự do. Chuyển động của các hạt mang điện theo một hướng xác định sẽ tạo thành dòng điện. Đơn vị của điện tích trong hệ SI là Coulomb (viết tắt là C), 1 C xấp xỉ bằng 6,24×1018e. Kí hiệu Q được dùng để diễn tả độ lớn một lượng điện tích xác định, gọi là điện lượng. Phần lớn điện lượng trong tự nhiên là bội số nguyên của điện tích nguyên tố. Các hạt quark có điện tích phân số so với e. Phản hạt của một hạt cơ bản sẽ có điện tích bằng về độ lớn, nhưng trái dấu so với điện tích của hạt cơ bản đó. Có thể đo điện tích bằng một dụng cụ gọi là tĩnh điện kế. Điện tích là một đại lượng bất biến tương đối tính, điều đó có nghĩa là vật (hoặc hạt) mạng điện tích q khi đứng yên, thì vẫn sẽ mang điện tích q như vậy khi chuyển động. Điều này đã được kiểm chứng trong một thực nghiệm, ở đó điện tích của một hạt nhân heli (gồm 2 proton và 2 neutron, hạt nhân này di chuyển rất nhanh) được quan sát là gấp đôi điện tích của một hạt nhân deuteri (gồm 1 proton và 1 neutron, được xem là chuyển động rất chậm so với hạt nhân helium). Điện tích tuân theo định luật bảo toàn điện tích: “Tổng điện tích của một hệ kín là không thay đổi theo thời gian, không phụ thuộc vào các biến đổi trong hệ”. I.3 Các loại điện tích: Theo quy ước, có hai loại điện tích: điện tích âm và điện tích dương. Điện tích của electron là âm, ký hiệu là –e, còn điện tích của proton là dương, ký hiệu là +e với e là giá trị của một điện tích nguyên tố. QUAN NIỆM CỔ ĐIỂN II.1 Electron: II.1.1 Lược sử quá trình khám phá ra Electron: Theo Aristotle thì vật chất được cấu tạo liên tục, tức là có thể chia một mẫu vật chất ngày càng nhỏ mà không có một giới hạn nào. Democritus lại cho rằng vật chất vốn có dạng hạt và vật chất được tạo thành từ một số lớn các loại nguyên tử (atom). Năm 1830, John Danlton chỉ ra rằng hợp chất hóa học là do các nguyên tử co cụm lại với nhau tạo nên những đơn nguyên tử được gọi là phân tử. Năm 1897, J.J.Thomson đã chứng minh được sự tồn tại của một hạt vật chất mà ông gọi là electron. Một hạt có khối lượng nhỏ hơn khối lượng của nguyên tử nhẹ nhất khoảng một ngàn lần. II.1.2 Giới thiệu về Electron: Điện tử (hay còn gọi là electron, được kí hiệu là e−) là một hạt hạ nguyên tử, hay hạt sơ cấp. Trong nguyên tử, electron quay xung quanh hạt nhân (hạt nhân bao gồm các proton và neutron) trên quỹ đạo electron. Từ electron bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp ηλεκτρον (phát âm là "electrum") có nghĩa là hợp kim của bạc và vàng. Electron thuộc lớp đầu tiên của nhóm lepton trong loại hạt Fermion của hạt cơ bản, nó chịu tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ và tương tác yếu. Electron có phản hạt là positron. Electron được đề nghị bởi George Johnstone Stoney như là đơn vị điện tích trong điện hóa học, nhưng cũng nhận ra rằng nó còn là hạt hạ nguyên tử và đến năm 1897 được nhà vật lý người Anh Joseph J. ThomsonPhụ lục V.1, trang 28. tìm ra tại phòng thí nghiệm Cavendish của trường Đại học Cambridge, trong khi ông đang nghiên cứu về "tia âm cực". II.1.3 Thí nghiệm: Điện tử là hạt hạ nguyên tử đầu tiên được tìm ra dựa vào tính chất điện của vật chất. Vào cuối thập kỷ đầu tiên của thế kỷ thứ 19, người ta đã nghiên cứu ống chùm ca-tốt (cathode ray tube). Ống chùm ca-tốt là một ống thuỷ tinh, bên trong có chứa khí có áp suất thấp, một đầu của ống là cực dương, và đầu kia là cực âm. Hai cực đó được nối với một nguồn có điện thế khác nhau, nguồn này tạo ra một dòng hạt có thể đi qua khí bên trong ống. Người ta giả thiết rằng có một chùm hạt phát ra từ cực dương đi về phía cực âm và làm cho ống phát sáng. Chùm đó được gọi là chùm ca-tốt. Khi đặt một vật chướng ngại nhẹ trong ống thì vật đó bị di chuyển từ cực dương về cực âm, người ta kết luận hạt đó có khối lượng. Khi đặt một từ trường vào thì dòng hạt bị dịch chuyển, người ta kết luận hạt đó có điện tích. Năm 1897, nhà vật lý người Anh Joseph John Thomson (1856-1940) đã kiểm chứng hiện tượng này bằng rất nhiều thí nghiệm khác nhau, ông đã đo được tỷ số giữa khối lượng của hạt và điện tích của nó bằng độ lệch hướng của chùm tia trong các từ trường và điện trường khác nhau. Thomson dùng rất nhiều các kim loại khác nhau làm cực dương và cực âm đồng thời thay đổi nhiều loại khí trong ống. Ông thấy rằng độ lệch của chùm tia có thể tiên đoán bằng công thức toán học. Thomson tìm thấy tỷ số điện tích/khối lượng là một hằng số không phụ thuộc vào việc ông dùng vật liệu gì. Ông kết luận rằng tất cả các chùm ca-tốt đều được tạo thành từ một loại hạt mà sau này nhà vật lý người Ái Nhĩ Lan George Johnstone Stoney đặt tên là "electron", vào năm 1891. II.1.4 Thí nghiệm đo điện tích electron: (Thí nghiệm giọt dầu Millikan) Năm 1909, Robert MillikanPhụ lục V.2, trang 28. thực hiện thí nghiệm để đo điện tích điện tử. Sử dụng một máy phun hương thơm, Millikan đã phun các giọt dầu vào một hộp trong suốt. Đáy và đỉnh hộp làm bằng kim loại được nối với nguồn điện một chiều với một đầu là âm (-) và một đầu là dương (+). Millikan quan sát từng giọt rơi một và cho áp dụng hiệu điện thế lớn giữa hai tấm kim loại rồi ghi chú lại tất cả những hiệu ứng. Ban đầu, giọt dầu không tích điện, nên nó rơi dưới tác dụng của trọng lực. Tuy nhiên sau đó, Millikan đã dùng một chùm tia Röntgen để ion hóa giọt dầu này, cung cấp cho nó một điện tích. Vì thế, giọt dầu này đã rơi nhanh hơn, vì ngoài trọng lực, nó còn chịu tác dụng của điện trường. Dựa vào khoảng thời gian chênh lệch khi hai giọt dầu rơi hết cùng một đoạn đường, Millikan đã tính ra điện tích của các hạt tích điện. Xem xét kết quả đo được, ông nhận thấy điện tích của các hạt luôn là số nguyên lần một điện tích nhỏ nhất, được cho là tương ứng với 1 electron, e = 1,63 × 10-19 coulomb. Năm 1917, Millikan lặp lại thí nghiệm trên với thay đổi nhỏ trong phương pháp, và đã tìm ra giá trị điện tích chính xác hơn là e = 1,59 × 10-19 coulomb. Những đo đạc hiện nay dựa trên nguyên lý của Millikan cho kết quả là e = 1,602 × 10-19 coulomb. II.1.5 Các thuộc tính và tính chất của electron: Electron có điện tích âm −1.602 × 10−19 coulomb, và khối lượng khoảng 9.1094 × 10−31 kg (0.51 MeV/c²), xấp xỉ 1/1836 khối lượng của proton. Chuyển động của electron xung quanh hạt nhân là một chủ đề gây tranh cãi. Electron không chuyển động trên một quỹ đạo cố định mà có lẽ nó xuất hiện tại một số điểm trong khu vực xung quanh quỹ đạo hạt nhân (với xác suất khoảng 90% thời gian là trên quỹ đạo tính toán). Electron có spin ½, nghĩa là nó thuộc về lớp hạt Fermion, hay tuân theo thống kê Fermi-Dirac. Trong khi phần lớn các electron tìm thấy trong nguyên tử thì một số khác lại chuyển động độc lập trong vật chất hay cùng với nhau như những chùm điện tử trong chân không. Trong một số chất siêu dẫn, các electron chuyển động theo từng cặp. Khi các electron chuyển động tự do theo một hướng xác định thì tạo thành dòng điện. Tĩnh điện không phải là dòng chuyển động của các electron. Nó chỉ tới những vật có nhiều hoặc ít electron hơn số lượng cần thiết để cân bằng với điện tích dương của hạt nhân. Khi có nhiều electron hơn proton, vật được gọi là có "tích điện âm", ngược lại khi có ít electron hơn proton, vật được gọi là có "tích điện dương". Khi số electron bằng số prôton, vật được gọi là "trung hòa" về điện. Các electron và phản hạt của nó là positron có thể tiêu hủy lẫn nhau để sản xuất ra photon. Ngược lại, một photon cao năng lượng có thể chuyển hóa thành electron và positron bởi một quy trình gọi là sản xuất cặp. Electron là một hạt cơ bản – có nghĩa là nó không có cấu trúc hạ tầng. Vì vậy, nó được miêu tả như là một điểm, có nghĩa trong nó không có khoảng không. Tuy nhiên, nếu chúng ta tiến đến thật gần một electron, chúng ta có thể nhận thấy các thuộc tính của nó (như điện tích và khối lượng) dường như đã biến đổi. Hiệu ứng này là chung cho tất cả các hạt cơ bản: vì các hạt này tác động tới những dao động trong chân không trong những vùng phụ cận chúng, vì vậy các thuộc tính được nhận thấy từ xa là tổng của các thuộc tính thực sự và các ảnh hưởng của chân không . Vận tốc của electron trong chân không xấp xỉ nhưng không bao giờ bằng c (vận tốc ánh sáng trong chân không). Điều này là do hiệu ứng của thuyết tương đối. Hiệu ứng của thuyết tương đối dựa trên một đại lượng được biết đến như là gamma hay hệ số Lorentz. Gamma là một hàm của v - vận tốc của hạt, và c. Dưới đây là công thức của gamma: Năng lượng cần thiết để gia tốc một hạt thì bằng gamma trừ đi 1 lần khối lượng tĩnh. Ví dụ, máy gia tốc tại Đại học Stanford có thể gia tốc êlectron tới khoảng 51 GeV. Máy gia tốc này cung cấp gamma bằng 100.000 lần khối lượng tĩnh của electron là 0.51 MeV/c² (khối lượng tương đối của electron nhanh này là 100.000 lần khối lượng tĩnh của nó). Giải phương trình trên ta có vận tốc của electron nhanh nói trên là = 0.99999999995 c. (Công thức này chỉ áp dụng khi γ lớn) II.1.6 Ứng dụng của Electron: II.1.6.1 Electron trong vũ trụ: Người ta cho rằng số lượng electron để có thể bao trùm vũ trụ là 10130. Người ta cho rằng số lượng electron hiện có trong vũ trụ là khoảng 1079 . II.1.6.2 Electron trong cuộc sống: Dòng điện cung cấp cho các thiết bị điện trong nhà và tại công nghiệp là dòng chuyển động có hướng của các electron. Ống tia âm cực của ti vi sử dụng chùm điện tử trong chân không để tạo ra hình ảnh trên màn hình lân quang. Tính chất lượng tử của electron được sử dụng trong các thiết bị bán dẫn như transistor. II.1.6.3 Electron trong công nghiệp: Chùm electron được sử dụng trong hàn điện cũng như trong kỹ thuật in đá. II.1.6.4 Electron trong phòng thí nghiệm: Các thí nghiệm phát kiến: Bản chất lượng tử hay rời rạc của điện tích của electron được quan sát bởi Robert Millikan trong thí nghiệm dầu nhỏ giọt năm 1909. Đo lường: Spin của electron được phát hiện trong thí nghiệm Stern-Gerlach. Điện tích có thể đo trực tiếp bằng các électromètre. Dòng điện có thể đo trực tiếp bằng các galvanomètre. Sử dụng electron trong phòng thí nghiệm: Kính hiển vi điện tử được sử dụng để phóng to các chi tiết tới 500.000 lần. Hiệu ứng lượng tử của electron được sử dụng trong kính hiển vi quét chui hầm (Microscope à effet tunnel) để nghiên cứu các vật liệu ở thang đo kích thước nguyên tử (2x10-10 m). II.1.6.5 Electron trong lý thuyết: Trong cơ học lượng tử, electron được mô tả trong phương trình Dirac. Trong mô hình chuẩn của vật lý hạt, nó tạo thành một cặp với neutrino, vì chúng tương tác với nhau bằng lực tương tác yếu. Electron có hai "người bạn" to lớn, với cùng điện tích nhưng khác nhau về khối lượng là: muon và tauon. Trong thế giới phản vật chất, phản hạt của electron là positron. Positron có cùng các giá trị thuộc tính (khối lượng, spin, giá trị tuyệt đối của điện tích) như electron, ngoại trừ nó mang điện tích dương. Khi electron gặp positron, chúng có thể tiêu diệt lẫn nhau, tạo thành hai photon trong tia gamma, mỗi tia có năng lượng 0.511 MeV (511 keV). Electron còn là yếu tố cơ bản trong điện từ trường, là lý thuyết gần đúng cho các hệ thống vĩ mô. II.2 Proton: II.2.1 Khái quát về Proton: Proton (p hay H+, tiếng Hy Lạp πρώτον/proton = đầu tiên) là một loại hạt tổ hợp, một thành phần cấu tạo hạt nhân nguyên tử. Bản thân proton được tạo thành từ 3 hạt quark (2 quark lên và 1 quark xuống), vì vậy proton mang điện tích +1e hay +1.602 ×10-19 coulomb. Có spin bán nguyên, proton là Fermion. Khối lượng 1.6726 ×10-27 kg xấp xỉ bằng khối lượng hạt neutron và gấp 1836 lần khối lượng hạt electron. Trong nguyên tử trung hòa về điện tích, số proton đúng bằng số electron. Số proton trong nguyên tử của một nguyên tố đúng bằng điện tích hạt nhân của nguyên tố đó, và được chọn làm cơ sở để xây dựng bảng tuần hoàn . Proton và neutron được gọi là nucleon. Đồng vị phổ biến nhất của nguyên tử hydrô là một proton riêng lẻ (không có neutron nào). Hạt nhân của các nguyên tử khác nhau tạo thành từ số các proton và neutron khác nhau. Số proton trong hạt nhân xác định tính chất hóa học của nguyên tử và xác định nên nguyên tố hóa học. II.2.2 Sự ổn định: Proton là một loại hạt ổn định. Tuy nhiên chúng có thể biến đổi thành neutron thông qua quá trình bắt giữ electron. Quá trình này không xảy ra một cách tự nhiên mà cần có năng lượng: Quá trình này có thể đảo ngược: các neutron có thể chuyển thành proton qua phân rã bêta. II.2.3 Trong hóa học: Trong hóa học và hóa sinh, proton được xem là ion hydrô, kí hiệu là H+. Một chất cho proton là axít và nhận proton là bazơ. II.2.4 Lịch sử: Ernest RutherfordPhụ lục V.3, trang 29. được xem là người đầu tiên khám phá ra proton. Năm 1918, Rutherford nhận thấy rằng khi các hạt alpha bắn vào hơi nitơ, máy đo sự nhấp nháy chỉ ra dấu hiệu của hạt nhân hydro. Rutherford tin rằng hạt nhân hydro này chỉ có thể đến từ nitơ, và vì vậy nitơ phải chứa hạt nhân hydro. Từ đó ông cho rằng hạt nhân hydro, có số nguyên tử 1, là một hạt cơ bản. Trước Rutherford, Eugene Goldstein đã quan sát tia a nốt, tia được tạo thành từ các ion mang điện dương. Sau khi J.J. Thomson khám phá ra electron, Goldstein cho rằng vì nguyên tử trung hòa về điện nên phải cố hạt mang điện dương trong nguyên tử và đã cố tìm ra nó. Ông đã dùng canal ray để quan sát những dòng hạt chuyển dời ngược chiều với dòng electron trong ống tia âm cực. Sau khi electron được loại ra khỏi ống tia âm cực, những hạt này được nhận thấy là mang điện dương và di chuyển về cực âm. II.2.5 Phản proton: Phản hạt của proton được gọi là phản proton. Những hạt này được phát hiện vào năm 1955 bởi Emilio Segrè bởi Owen Chamberlain và họ đã nhận giải Nobel vật lý năm 1959 nhờ công trình này. II.3 Neutron: II.3.1 Khái quát về neutron: Neutron là hạt hạ nguyên tử, không chứa điện tích, có khối lượng bằng 1.67492729(28)×10−27 kg, xấp xỉ bằng khối lượng hạt proton. Neutron được tìm thấy trong hạt nhân của nguyên tử. Hầu hết hạt nhân của các nguyên tử bao gồm proton và neutron, cái mà người ta gọi chung là nucleons. Số hạt proton trong hạt nhân trong nguyên tử là được gọi là số nguyên tử xác định vị trí của nguyên tố. Số hạt neutron quyết định số đồng vị của nguyên tố. Ví dụ như cacbon -12 đồng vị gồm 6 proton và 6 neutron, trong khi đó cacbon -14 đồng vị thì có 6 proton và 8 neutron. Giới hạn của neutron trong hạt nhân là bền, neutron tự do là không bền, nó chịu phóng xạ beta với thời gian sống dưới 15 phút (885.7 ± 0.8 s). Neutron tự do được sản xuất trong quá trình phân rã và tổng hợp hạt nhân. II.3.2 Lịch sử khám phá: Năm 1930, Walther Bothe và Herbert Becker người Đức đã thấy rằng nếu hạt alpha với năng lượng lớn từ Poloni rơi vào hạt nhân nhẹ, đặc biệt là Beri, Bo, Liti thì sinh ra 1 tia phóng xạ bất thường có khả năng đâm xuyên, lần đầu tiên phóng xạ này được coi là phóng xạ gamma, mặc dù khả năng đâm xuyên của nó lớn hơn bất kì tia gamma đã biết nào, và các chi tiết dựa trên kết quả thí nghiệm rất khó để giải thích trên nền tảng nguyên tắc này. Bài đăng quan trọng kế tiếp được tuyên bố chính thức 1932 bởi Irène Joliot-Curie và Frédéric Joliot tại Pháp. Họ chỉ ra rằng những bức xạ chưa biết này khi rơi vào Paraffin hoặc hợp chất của Hidro thì nó sẽ bắn ra Proton với một năng lượng rất cao. Điều này không mâu thuẫn với giả định về bản chất của tia gamma trong phóng xạ mới, nhưng sự phân tích chi tiết về số lượng thông tin trở nên khó dần để nó phù hợp với giả thuyết. Cuối cùng, năm 1932 nhà vật lý James ChadwickPhụ lục V.4, trang 30. trong tòa nhà George Holt tại University of Liverpool đã biểu diễn hàng loạt các thí nghiệm và chỉ ra rằng tia gamma theo giả thuyết trên là không đứng vững . Ông ta đề nghị một bức xạ mới của hạt không mang điện mà có khối lượng gần đúng với khối lượng của Proton, và ông đã thực hiện hàng loạt thí nghiệm để kiểm tra lại đề xuất của mình. Những hạt không mang điện này được gọi là neutron, xuất phát từ gốc là từ neutral và theo Hi lạp có –on (mô phỏng theo electron và proton). II.3.3 Thuộc tính và tính chất II.3.3.1 Ổn định và phân rã beta: Vì neutron được cấu tạo từ 3 hạt quark nên nó chỉ có thể phân rã theo cách thức thay đổi số lượng tử cần thiết để thay đổi hương vị của 1 trong những hạt quark bằng lực hạt nhân yếu. Neutron gồm 2 quark down với điện tích -1/3 và 1 quark up với điện tích +2/3, và sự phân rã của 1 trong các quark down có thể đạt đến được nhờ sự thoát ra của W boson (loại boson vectơ trung gian) . Điều này có nghĩa là phân rã neutron có thể tạo ra 1 proton (bao gồm 1 hạt quark down và quark up), 1 electron, và 1 phản neutrino electron. Ngoài hạt nhân, neutron tự do không bền và có thời gian sống trung bình là 885.7±0.8 s (khoảng 15 phút), phân rã bởi sự thoát ra của 1 electron mang điện tích âm và 1 phản neutrino để trở thành 1 proton. n0 → p+ + e− + νe Phân rã này được biết như phân rã beta, có thể thay đổi đặc tính của neutron trong hạt nhân không bền. Bên trong hạt nhân, proton có thể thay đổi bằng cách đổi ngược phản ứng phân rã beta của neutron. Trong trường hợp này, sự chuyển đổi xảy ra bởi sự thoát ra của 1 positron (phản electron) và 1 neutrino (thay vì là 1 phản neutrino). p+ → n0 + e+ + νe Sự thay đổi của 1 proton thành neutron bên trong hạt nhân có thể dẫn đến việc bắt electron. p+ + e− → n0 + νe Bắt positron bởi neutron trong hạt nhân có thể ngăn chặn sự vượt trội của neutron, nhưng nó bị cản trở vì positron bị đẩy lùi bởi hạt nhân, và nó nhanh chóng bị hủy diệt khi nó va chạm với electron. Phản ứng beta và bắt electron là các kiểu của phân rã phóng xạ và cả 2 đều chịu ảnh hưởng của tương tác yếu. II.3.3.2 Moment lưỡng cực điện: Mô hình chuẩn của vật lý hạt tiên đoán 1 sự phân ly nhỏ của điện tích dương và điện tích âm bên trong neutron dẫn đến việc sinh ra moment lưỡng cực điện vĩnh cửu. Đó là 1 tiên đoán có giá trị. Từ 1 khó khăn chưa được giải quyết trong vật lý hạt, nó đã xóa sạch những mô hình chuẩn không đầy đủ. Học thuyết mới đã dẫn đến mô hình chuẩn xa hơn, dẫn đến sự tiên đoán về moment lưỡng cực điện của neutron. Hiện tại, có ít nhất 4 thí nghiệm đã thử đo giới hạn đầu tiên của moment lưỡng cực điện. II.3.4 Phản neutron: Phản neutron là các phạn hạt của neutron. Những hạt nảy đã được tìm ra bởi Bruce Cork vào năm 1956, một năm sau khi phát hiện ra phản proton. Phản neutron cấu thành bởi các phản quark, và có moment lưỡng cực từ ngược với chính hạt: +1,91 µN cho phản neutron. Quan niệm hiện đại: Có một thời, nhiều nhà vật lý đã tưởng rằng proton, neutron và electron chính là các "nguyên tử" theo định nghĩa của người cổ Hy lạp. Nhưng vào năm 1968, những thí nghiệm được tiến hành trên máy gia tốc tuyến tính ở Standford ở Hoa Kỳ đã cho thấy rằng các proton và neutron cũng không phải là các hạt cơ bản nhất, chúng lại được cấu tạo bởi ba hạt nhỏ hơn, đó là các hạt quark. Hạt Quark III.1 Giới thiệu về hạt Quark: Cái tên kỳ cục này đã được Murrey Gell MannPhụ lục V.6, trang 31. -người đầu tiên đoán sự tồn tại của chúng lấy từ cuốn tiểu thuyết Finnegans Wake của nhà văn nổi tiếng người Scotland –James Joyce. Hạt quark là hạt cơ bản tạo nên 99,9% vật chất bình thường, tuy nhiên không thể nghiên cứu một hạt quark đơn lẻ trong phòng thí nghiệm. Vì vậy, một số tính chất cơ bản của hạt quark không được biết đến, như khối lượng chính xác của chúng hoặc tại sao chúng tồn tại ở 6 dạng khác nhau? Hiện nay, các nhà vật lý hạt đang nỗ lực thực hiện một công trình nghiên cứu mới để giải quyết bí ẩn của hạt quark với việc hoàn thành ba siêu máy tính mạnh nhất chưa từng thấy được sử dụng cho vấn đề này. Việc tìm ra hạt quark thực hiện hàng loạt các phép đo tán xạ electron không đàn hồi từ proton và neutron nhằm đưa ra bằng chứng thực hiện trực tiếp đầu tiên về việc proton và neutron được tạo thành từ hạt QUARK (hạt cơ bản). Quark là một trong hai thành phần cơ bản cấu thành nên vật chất trong Mô hình chuẩn của vật lý hạt. Các phản hạt của quark được gọi là các phản quark. Quark và phản quark là những hạt duy nhất tương tác trong cả 4 lực cơ bản của vũ trụ. Đường đi của 6 hạt quark từ phải sang trái. III.2 Tính chất của hạt quark: Chúng ta không thể cô lập để nhìn thấy hạt quark. Các hạt quark liên kết với nhau bằng lực mạnh, lực này yếu đi khi các hạt quark gần nhau và lớn lên khi ta tìm cách tách xa chúng ra, dẫn đến việc không thể tách rời mỗi hạt quark. Hạt quark không bao giờ tồn tại riêng lẻ, mà luôn luôn ở trạng thái liên kết hai hoặc nhiều hạt, gọi là hadron, như proton (được cấu tạo từ hai quark u và một quark d) và neutron (được cấu tạo từ hai quark d và một quark u). Một tính chất quan trọng bậc nhất của các quark chính là tính chế ngự. Tính chất này đã giải thích tại sao việc đơn quark không được phát hiện trong các thí nghiệm, chúng luôn luôn ở trong các hadron, hạt hạ nguyên tử như các quang tử, neutron và meson. III.3 Các loại hạt Quark: Có 6 loại hạt quark (người ta còn gọi đó là 6 hương vị) :quark up (u), quark charm (c), quark top (t), quark down (d ), quark strange (s), quark bottom (b). Ngoài ra quark có 3 tích màu: đỏ, xanh và lục. Cấu trúc Quark của các hạt cơ bản: Cấu trúc quark của proton Cấu trúc quark của proton Cấu trúc quark của neutron Cấu trúc quark của phản pion (π+) Cấu trúc quark của proton Cấu trúc quark của neutron Cấu trúc quark của phản pion Hai định dạng của các hạt III.4 Quá trình khám phá ra các loại hạt quark: Đến nay đã biết 6 quark khác nhau. Để phân biệt, mỗi loại gọi là một hương. Như vậy quark có 6 hương, ký hiệu: u, d, s, c, b, t. Quark có một số lượng tử cộng tính gọi là Baryon, ký hiệu là B. Mỗi hương quark đều có số Baryon bằng 1/3. Các phản quark có số Baryon bằng -1/3. Từ 2 hương u và d có thể tạo được proton và neutron, tức hạt nhân nguyên tử của mọi chất. Năm 1947, khi nghiên cứu tương tác các tia của vũ trụ, đã tìm thấy một hạt có thời gian sống dài hơn dự kiến: 10-10s thay cho 10-23s, trong số các sản phẩm sau va chạm giữa proton và hạt nhân. Hạt này được gọi là hạt lambda, ký hiệu: L. Thời gian sống của nó dài hơn rất nhiều so với dự kiến, đã được gọi là phép lạ, từ đó dẫn đến giả thiết về sự tồn tại của hương quark thứ ba trong thành phần của lambda. Hương quark này gọi là quark lạ - strange quark, ký hiệu là s. Hạt lambda sẽ là một Baryon được tạo thành từ 3 hạt quark: up, down, strange. Thời gian sống được dự kiến cho lambda là 10-23s, bởi vì lambda là Baryon nên nó sẽ phân rã do tương tác mạnh. Việc lambda có thời gian sống dài hơn dự kiến chắc chắn là do chịu sự chi phối của định luật bảo toàn mới, đó là “định luật bảo toàn số lạ”. Hương s có số lượng tử số lạ: S = -1. Sự có mặt của quark lạ trong lambda làm cho nó có số số lạ: S = -1. Các phản hadron tương ứng với nó sẽ có số lạ S = +1. Các quark u, d sẽ có số lạ bằng 0. Định luật bảo toàn số lạ sẽ ngăn cấm các phản ứng phân rã mà do tương tác mạnh và tương tác điện từ không bảo toàn số lạ. Nhưng trong tất cả các phản ứng phân rã của lambda thành các sản phẩm nhẹ hơn: L ® p- + p ; L®p+ + n L® e- + ne + p ; L®m- + nm + p Định luật bảo toàn số lạ đều bị vi phạm. Các hạt sản phẩm phân rã có số lạ bằng 0. Vì vậy sự phân rã của lambda phải gây nên bởi tương tác khác, yếu hơn nhiều so với tương tác điện từ và tương tác mạnh, gọi là tương tác yếu. Tương tác yếu sẽ biến quark lạ thành quark up và quark down. Hệ quả là lambda bị phân rã thành các hạt không lạ. Do tương tác rất yếu nên lambda có thời gian sống dài hơn dự kiến. Trong các quá trình: uds uud d uds udd Lo ® p + p- ; L0 ® n + p0 S=1 # 0 + 0 ; S= -1 # 0 + 0 Quark lạ được biến đổi thành quark u và d nhờ một Boson trung gian là W- Năm 1974 lại phát hiện được một meson mới gọi là hạt J/Psi (J/y). Hạt này có khối lượng cỡ 3100 MeV, lớn hơn gấp 3 lần khối lượng proton. Đây là hạt đầu tiên có trong thành phần một loại hương quark mới, gọi là quark duyên- charm, ký hiệu là c. Hạt J/Psi được tạo nên từ cặp quark và phản quark duyên. Quark duyên có số lượng tử duyên C = +1. Phản quark duyên có số duyên bằng -1, còn các quark khác có số duyên bằng không. Quark duyên cùng với các quark thông thường tạo nên các hạt cộng hưởng có duyên. Meson nhẹ nhất có chứa quark duyên là D meson. Nó là một ví dụ điển hình của quá trình chuyển đổi từ quark duyên sang quark lạ chi phối bởi tương tác yếu, và do quá trình chuyển đổi này mà D meson phân rã thành các hạt nhẹ hơn. Baryon nhẹ nhất có chứa quark duyên là lambda cộng, ký hiệu Lc+. Nó có cấu trúc quark (u d c) và có khối lượng cỡ 2281 MeV. Năm 1977, nhóm thực hiện dưới sự chỉ đạo của Leon Lederman tại Fermilab (Fermi National Acceleration Laboratory ở Batavia, Illinois (gần Chicago)), đã tìm thấy một hạt cộng hưởng mới với khối lượng cỡ 9,4 GeV. Hạt này đã được xem như trạng thái liên kết của cặp quark mới là quark đáy – phản quark đáy, bottom – antibottom quark, ký hiệu: b và và được gọi là meson Upsilon Y. Từ các thí nghiệm này suy ra khối lượng của quark đáy b là cỡ 5 GeV. Phản ứng được nghiên cứu đã là: P + N ®m + m- + X Trong đó N là hạt nhân của đồng đỏ hoặc platinum. Hương quark đáy có một số lượng tử mới, đó là số đáy Bq= -1. Đối với các hương quark khác số đáy bằng không. Các quark hình như tạo với nhau thành các đa tuyến trong thuyết tương đối yếu. Chúng tạo thành các lưỡng tuyến yếu như (u,d), (c,s). Khi cần đưa vào quark đáy b để giải thích sự tồn tại của hạt Upsilon, thì tự nhiên sẽ nảy sinh vấn đề tồn tại một hạt quark song hành với nó. Hạt này được gọi là quark đỉnh – top quark, ký hiệu là t. Vào tháng 4 năm 1995 sự tồn tại của hương quark đỉnh t được khẳng định. Bằng máy gia tốc Tevatron thuộc viện Fermilab đã tạo ra proton cỡ 0,9 TeV và cho nó va chạm trực tiếp với phản proton có năng lượng tương tự. Bằng cách phân tích các sản phẩm va chạm đã tìm được dấu vết của t. Kết quả cũng được khẳng định sau khi xử lý hàng tỷ kết quả thu được trong quá trình va chạm proton – phản proton với năng lượng cỡ 1,8 TeV. Khối lượng của top quark cỡ vào khoảng 174,3 ± 5,1 GeV. Nó lớn hơn 180 lần so với khối lượng proton và gần hai lần khối lượng hạt cơ bản vừa tìm được, meson vecto Z0 (Z0 là hạt truyền tương tác yếu, có khối lượng cỡ 93 GeV. Quark đỉnh có số lượng tử mới gọi là số đỉnh. Nó bằng Tq= +1 cho quark đỉnh, và bằng -1 cho phản hạt tương ứng. Số đỉnh sẽ bằng 0 so với các số khác. III.5 Điện tích: Q = 2/3 e: quark up, quark charm, quark top t. Q = -1/3e: quark down, quark strange, quark bottom. Các quark tương tác với nhau bởi lực màu (color force), mỗi quark đều có phản hạt và tồn tại ở 6 hương. Hệ Tên/Hương Điện tích Khối lượng (MeV) Phản quark 1 Trên (u) +⅔ 1.5 đến 4 Phản quark trên: Dưới (d) −⅓ 4 đến 8 Phản quark dưới: 2 Lạ (s) −⅓ 80 đến 130 Phản quark lạ: Duyên (c) +⅔ 1,150 đến 1,350 Phản quark duyên: 3 Đáy (b) −⅓ 4,100 đến 4,400 Phản quark đáy: Đỉnh (t) +⅔ 178,000 ± 4,300 Phản quark đỉnh: Thí nghiệm vật lý kì lạ khám phá cấu trúc proton: Quark là các hạt nhỏ dưới mức nguyên tử, hình thành các khối tạo nên nguyên tử. Các hạt quark lắp ráp với nhau như thế nào để thành proton và nơtron và cái gì đã gắn kết chúng với nhau hiện nay còn chưa rõ. Thí nghiệm mới này góp một phần vào việc giải đáp vấn đề. Thí nghiệm, được gọi là Thí nghiệm G-Zero, được thực hiện tại Cơ sở Máy gia tốc Quốc gia Thomas Jefferson ở Newport News. Được thiết kế để thử nghiệm cấu trúc của proton, đặc biệt là sự đóng góp của các hạt quark kỳ lạ, thí nghiệm đã thu hút một nhóm 108 nhà khoa học của quốc tế từ 19 cơ sở khác nhau. Steve Williamson, nhà vật lý thuộc trường Đại học Illinois ở Urbana - Champain, là người điều phối thí nghiệm này.  Theo Doug Beck, Nhà Vật lý ở Illinois và là Người phát ngôn của Thí nghiệm, Thí nghiệm G-Zero đưa ra một cách nhìn bao quát hơn nhiều về cấu trúc của proton ở quy mô nhỏ. Trong khi các kết quả thí nghiệm nhất quán với gợi ý của các thí nghiệm trước đây, phát hiện mới có quy mô lớn hơn nhiều và đưa ra một bức tranh rõ hơn nhiều. Beck sẽ trình bày các kết quả thí nghiệm tại hội thảo của Cơ sở Jefferson. Cấu phần cơ bản của Thí nghiệm G-Zero là nam châm siêu dẫn hình bánh rán đường kính 14 feet, được các nhà vật lý ở Illinois thiết kế và thử nghiệm. Để chế tạo nam châm nặng 100.000 pound này mất 3 năm. Trong thí nghiệm, một chùm nhiều electron phân cực được tán xạ từ đối tượng hydro lỏng chứa trong lõi của nam châm. Các máy dò, được lắp ráp xung quanh chu vi của nam châm, ghi lại số lượng và vị trí của các hạt phát tán. Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng mô hình toán học để theo dõi đường đi của các hạt để xác định momen của chúng. Beck cho biết, có rất nhiều năng lượng trong proton. Một phần năng lượng này có thể thay đổi tới lui liên tục vào các hạt gọi là hạt quark kỳ lạ. Không giống như ba loại hạt quark (hai loại "lên" và một loại "xuống") luôn luôn tồn tại trong proton, các hạt quark kỳ lạ này có thể thoắt tồn tại và không tồn tại. Beck cho biết, do sự tương tự về khối lượng và năng lượng, các trường năng lượng trong proton đôi khi có thể tự biểu hiện như các hạt quark "một phần thời gian" này. Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học quan sát thấy các hạt quark kỳ lạ trong trường hợp này và cũng là lần đầu tiên các nhà khoa học trắc lượng được tần suất năng lượng này thể hiện như hạt ở điều kiện bình thường. Các kết quả này hỗ trợ các nhà khoa học hiểu rõ hơn cách thức các cấu phần nhỏ của Mô hình chuẩn lắp ghép với nhau như thế nào. Mô hình chuẩn thống nhất ba lực: điện từ trường, tương tác hạt nhân yếu và tương tác hạt nhân mạnh. Theo Beck, Thí nghiệm G-Zero giúp hiểu rõ hơn về lực tương tác mạnh - cách thức các proton và nơtron gắn kết với nhau. Tuy nhiên, còn cần nghiên cứu nhiều hơn nữa. TÀI LIỆU THAM KHẢO www.vista.gov.vn/portal/page?_pageid=33,28752... bacbaphi.com.vn/.../showthread.php?t=110450 Benjamin Franklin Joseph J. Thomson ịch sử ra đời của các hạt sơ cấp V PHỤ LỤC: V.1 Tiểu sử Thomson: Joseph J. Thomson sinh năm 1856 trên đồi Cheetham_Manchester tại Anh, trong gia đình người Scotland. Cha chết khi ông được 16 tuổi. Năm 1870, ông nghiên cứu kỹ thuật tại Trường Đại học Manchester được gọi là trường Cao đẳng Owens tại thời điểm đó, và chuyển vào Trinity College, Cambridge in 1876. Trong 1884, ông trở thành giáo sư Vật lý. Một trong những học sinh của ông là Ernest Rutherford, người sau này sẽ thành công trong lĩnh vực vật lý. Năm 1890, ông lập gia đình với Rose Elisabeth Paget, con gái của ngài George Edward Paget, một bác sĩ và sau đó là giáo sư vật lý ở Cambridge. Ông là cha của một con trai, George Paget Thomson, và một đứa con gái, Joan Paget Thomson. Năm 1906 ông được trao giải thưởng Nobel Prize. Ngày 30/8/1940 ông mất và được chôn tại Westminster Abbey, gần Ngài Isaac Newton. Thomson được bầu là Uỷ viên của Royal Xã hội ngày 12 tháng 6 năm 1884 và sau đó trở thành Chủ tịch của Royal Xã hội từ 1915 đến 1920. V.2 Tiểu sử Millikan: Giáo sư Robert Andrews Millikan (22/ 3/1868 – 19/12/1953) là một nhà vật lý thực nghiệm người Mỹ. Ông đã giành Giải Nobel Vật lý vào năm 1923 về phương pháp đo chính xác điện tích điện tử và và nghiên cứu của ông về hiệu ứng quang điện. Ông cũng là người nghiên cứu về các bức xạ vũ trụ. Ông mất do bệnh đau tim tại San Marino, California, Hoa Kỳ. Millikan nhận bằng cử nhân hạng nhất từ trường Đại học Oberlin năm 1891 và bằng tiến sỹ vật lý của trường đại học Columbia năm 1895 – ông là người đầu tiên nhận được học vị tiến sỹ từ trường này. V.3 Tiểu sử Ernest Rutherford: Ernest Rutherford (1871 - 1937) là một nhà vật lý người New Zealand hoạt động trong lĩnh vực phóng xạ và cấu tạo nguyên tử. Ông được coi là "cha đẻ" của vật lý hạt nhân; sau khi đưa ra mô hình hành tinh nguyên tử để giải thích thí nghiệm trên lá vàng. Ernest Rutherford sinh ngày 30 tháng 8 năm 1871 ở Nelson, New Zealand. Rutherford đã nghiên cứu hiện tượng phóng xạ từ đầu thập niên 1900. Ông đã phát hiện ra ba dạng tia phát ra từ các chất phóng xạ. Ông (cùng với Soddy) đã đưa ra thuyết phân rã phóng xạ; đã chứng minh sự tạo thành heli trong quá trình phóng xạ, đã phát hiện ra hạt nhân nguyên tử và nghiên cứu mô hình của hạt nhân nguyên tử, đặt cơ sở cho thuyết hiện đại về cấu tạo nguyên tử. Năm 1907, ông là giáo sư vật lý ở trường Đại học Manchester. Năm 1908, ông được tặng giải thưởng Nobel hóa học cho các công trình chứng minh rằng các nguyên tử bị phân rã trong hiện tượng phóng xạ. Từ năm 1919, ông làm việc ở Cambridge và Luân Đôn. Tại đây, ông đã thực hiện sự chuyển hóa nhân tạo đầu tiên giữa các nguyên tố bền (còn gọi là kỹ thuật giả kim thuật). Cụ thể là ông đã biến nitơ thành ôxy bằng cách dùng các hạt alpha bắn phá vào chúng. Ngoài giải thưởng Nobel hóa học, Ernest Rutherford đã được nhận nhiều vinh danh khác. Ông đã được bầu làm viện sĩ danh dự của Viện hàn lâm Khoa học Liên Xô (nay là Viện hàn lâm Khoa học Liên bang Nga). V.4 Tiểu sử James Chadwick: James Chadwick (20 tháng 10 1891 – 24 tháng 7 1974) là một nhà vật lý người Anh. Ông được nhận Giải Nobel Vật lý năm 1935 vì đã khám phá ra neutron. James Chadwick sinh ra tại Cheshire của Anh, ông là con trai của John Joseph Chadwick và Anne Mary Knowles. Ông học ở trường Trung học Manchester, nghiên cứu tại học Đại học Manchester và Đại học Cambridge. Năm 1913 Chadwick đến Học viện kỹ thuật Berlin và làm việc với Hans Geiger ở đó. ông cũng làm việc cùng Ernest Rutherford. Ở Đức, vào thời gian đầu của cuộc Chiến tranh Thế giới lần thứ nhất, ông bị vào tù tận khi phòng thí nghiệm của Geiger can thiệp để thả ông. Sau chiến tranh, Chadwick trở lại Cambridge nơi ông làm việc với Ernest Rutherford để kiểm tra, nghiên cứu sự phát xạ của tia gamma từ các vật liệu phóng xạ. Họ cũng nghiên cứu sự biến đổi của nguyên tố khi bắn phá chúng bằng các hạt alpha, và khám phá về bản chất của hạt nhân nguyên tử. V.5 Tiểu sử Gell – Mann: Murray Gell-Mann (sinh 15/9/1929) là một nhà vật lý người Mỹ. Năm 1969, ông nhận được Nobel Prize trong lĩnh vực vật lý cho các hoạt động trên lý thuyết của các hạt nhỏ. Một trong số rất nhiều thành tựu của ông là ông đã xây dựng thành công mô hình Quark của hạt cơ bản, và xác định cấu trúc, hương vị của hạt quarks. Ông đã khám phá ra lý thuyết của VA chiral neutrinos phối hợp với Richard Feynman. Ông đã tạo ra hiện thời đại số trong những năm 1960 như là một cách để rút ra các mô hình dự báo Quark từ khi các lý thuyết cơ bản vẫn còn âm u, mà dẫn tới mô hình độc lập tổng quy tắc xác nhận của thử nghiệm. Gell-Mann, cùng với Levy, khám phá ra mô hình hạt cơ bản sigma, trong đó mô tả năng lượng thấp tương tác của hạt cơ bản.. Sửa đổi các nguyên tính của Quark mô hình Hàn và Nambu, Fritsch và Gell-Mann đã là người đầu tiên viết xuống hiện đại, chấp nhận lý thuyết về QCD (quantum chromodynamics) mặc dù họ không dự đoán asymptotic quyền tự do ngôn luận. V.6 George Zweig: George Zweig (sinh ngày 30 tháng 5 năm 1937 tại Mat-xcơ-va, Nga, vào một gia đình Jewish). Đến năm 1959 tốt nghiệp của Trường Đại học Michigan, Zweig đề nghị sự tồn tại của Quarks trong khi một học sinh tốt nghiệp trong Vật lý tại Viện công nghệ California năm 1964 (độc lập của Murray Gell-Mann). Zweig gọi chúng là "aces", Gell-Mann gọi là quarks. Trong năm sau, khi lý thuyết Quark đã được thành lập như là tiêu chuẩn mô hình phân tử trong vật lý, các Ủy ban Nobel dường như họ không nhận ra Zweig như các nhà khoa học người đầu tiên viết ra các lý thuyết của tác động một cách chi tiết. Mặc dù Zweig's seminal đóng góp cho lý thuyết từ trung ương đến vật lý hiện đại, nhưng ông đã không được trao giải thưởng Nobel Prize. Zweig sau đó chuyển vào neurobiology, và nghiên cứu các tín hiệu của âm thanh vào xung điện thần kinh trong của tai con người. Năm 1975, trong khi nghiên cứu tai, ông đã khám phá ra liên tục chuyển đổi wavelet. Trong 1981, Zweig đã nhận được một MacArthur Prize Fellowship. Năm 1996, Zweig đã được bầu vào quốc gia của Học viện Khoa học. Zweig bây giờ làm việc cho các công nghệ Renaissance trên Long Island, NY. V.7 Tiểu sử Beniamin Franklin: Benjamin Franklin (17/1/1706 – 17/ 4/1790) là một trong những người thành lập đất nước nổi tiếng nhất của Hoa Kỳ. Ông là một chính trị gia, một nhà khoa học, một tác giả, một thợ in, một triết gia, một nhà phát minh, nhà hoạt động xã hội, một nhà ngoại giao hàng đầu. Trong lĩnh vực khoa học, ông là gương mặt điển hình của lịch sử vật lý vì những khám phá của ông và những lý thuyết về điện, ví dụ như các khám phá về hiện tượng sấm, sét. Ông cũng là người đã phát minh ra cột chống sét. Sinh ra ở Boston, Massachusetts, Franklin đã học nghề in từ anh trai của ông và trở thành một chủ biên tập báo, một thọ in và một thương gia rất giàu có ở Philadelphia. Franklin rất quan tâm tới khoa học và kỹ thuật, ông đã thực hiện những thí nghiệm và phát minh điện nổi tiếng— ngoài cột thu lôi — bếp lò Franklin, ống thông tiểu, chân nhái, harmonica, và kính hai tròng. Ông cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thành lập Đại học Pennsylvania và Trường Franklin và Marshall. Ông đã được bầu làm chủ tịch đầu tiên của Hội Triết học Mỹ, hội học thuật đầu tiên tại Hoa Kỳ, năm 1769. Franklin nói thành thạo năm thứ tiếng. Ông thường được công nhận là người đa tài. Để ghi nhận những nghiên cứu trong lĩnh vực điện của ông, Franklin đã nhận được Huy chương Copley của Royal Society năm 1753, và vào năm 1756 ông trở thành một trong số ít người Mỹ ở thế kỷ mười tám được bầu làm Fellow of the Society. Đơn vị cgs của electric charge đã được đặt theo tên ông: một franklin (Fr) tương đương một statcoulomb. Năm 1753, cả Đại học Harvard và Đại học Yale đều trao bằng danh dự cho ông. Ông cũng tham gia Hội Mặt trăng (Lunar Society) có nhiều ảnh hưởng tại Birmingham, ông thường trao đổi với hội này và thỉnh thoảng lui tới trụ sở hội tại West Midlands mỗi khi tới thăm Birmingham.