Đề tài Điện tích nhỏ nhất - Xưa và nay

ng 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 y