ذرات بنیادی 

فیزیك ذرات بنیادی بخشی از فیزیك است. موضوع مورد مطالعه ی فیزیكدانان ذرات بنیادی این است كه بدانند جهان از چه ذراتی ساخته شده و این ذرات چگونه در كنش با یكدیگر هستند. اما این ذرات چه هستند؟

قیزیك ذرات بنیادی چیست؟

فیزیك ذرات بنیادی بخشی از فیزیك است. موضوع مورد مطالعه ی فیزیكدانان ذرات بنیادی این است كه بدانند جهان از چه ذراتی ساخته شده و این ذرات چگونه در كنش با یكدیگر هستند. اما این ذرات چه هستند؟

      در حدود سال 1900

تصور می شد كه اتم سنگ بنای جهان است و غیر قابل تجزیه می باشد      

      بزودی مشخص شد كه

اتم از یك هسته ی مركزی با الكتریكی مثبت و

تعدادی الكترون كه در اطراف آن در گردشند، تشكیل شده است

      هنگامیكه هسته مورد مطالعه قرار گرفت، فیزیكدانان متوجه شدند

كه هسته از پروتون با بار الكتریكی مثبت و نوترون كه از نظر الكتریكی حنثی است

تشكیل شده

و الكترونها در اطراف آن در گردشند

      ماده از چه ذراتی ساخته شده است؟

هرچه تحقیقات روی هسته بیشتر انجام می شد، ذرات

جدیدی كشف می شدند. همچنین تحقیقات بیشتر نشان داد

 كه پروتونها و نوترونها نیز از ذرات دیگری كه

 كوارك نامیده شدند ساخته شده است

سرانجام فیزیكدانان ذرات سازنده ی ماده را به دو دسته

 لپتونها و كواركها

 تقسیم كردند

 در این تقسیم بندی هادرونها از جمله

پروتون و نوترون ذره ی بنیادی نیستند

و از كواركها ساخته شده اند 

 

      پاد ماده

یكی از كشفیات بسیار جالب، كشف پاد ماده است

 برای هر ذره ی بنیادی یك ذره دیگری وجود دارد

 كه آن را پا ماده ی آن می نامند

 به عنوان مثال پاد ماده ی الكترون، پوزیترون است

 كه تنها از نظر الكتریكی با هم تفاوت دارند

 ماده و پاد ماده یكدیگر را جذب كرده و به انرژی تبدیل می شوند

 بهمین دلیل آنها را پاد ماده می نامند

 توجه شود كه پاد ماده تنها یك اصطلاح است

و از نظر فیزیكی هر دوی آنها ماده می باشند

 

اسپین

اسپین یكی از خواص ذرات مانند جرم و بار است. اسپین اندازه ی حركت زاویه ای ذره است

و ساده ترین راه برای اندازه گیری اندازه حركت زاویه ای ذره بر اثر گردش آن است

 در واقع سخن از گردش ذره درست نیست، بلكه اندازه حركت زاویه ای ذره یكی از خواص ذاتی ذرات است

 اسپین نظیر اندازه حركت و انرژی در تمام مراحل ثابت است

كواركها

شش كوارك و شش پاد كوارك وجود دارد كه كه سه دسته دوتایی تشكیل می دهند. این گروهها عبارتند از

up-down

بالا-پایین

charm-strange

عجیب-افسون

top-bottom

سر- ته

 

     

یك خاصیت دیگر جالب كواركها این است كه هیچگاه كواركها به تنهایی مشاهده نمی شوند

و آنها در كنار یكدیگر قرار دارند و ذرات مركب را می سازند

 این ذرات مركب هادرون نامیده می شوند

كواركها نطیر الكترون و پروتون دارای بار الكتریكی هستند. اما بار الكتریكی كواركها كسری از بار الكتریكی پایه است

 

Flavour Mass
(GeV/c2)
Electric Charge
(e)
u up 0.004 +2/3
d down 0.08 -1/3
c charm 1.5 +2/3
s strange 0.15 -1/3
t top 176 +2/3
b bottom 4.7 -1/3
                    

 

Leptons

Flavour Mass
(GeV/c2)
Electric Charge
(e)
  electron neutrino <7 x 10-9 0
  electron 0.000511 -1
  muon neutrino <0.0003 0
  muon
(mu-minus)
0.106 -1
  tau neutrino <0.03 0
  tau
(tau-minus)
1.7771 -1

نیروهای اساسی

نیروهای اساسی طبیعت عبارتند از

نیروی الكترومغناطیسی

هسته ای ضعیف

هسته ای قوی

گرانش

       

    همه ی این نیروها توسط ذرات تبادلی حمل می شوند

به عنوان مثال

ذرات تبادلی نیروی الكترومغناطیسی فوتون نامیده می شود

الكترون و پروتون با انتشار و جذب فوتون همدیگر را جذب می كنند

همچنین نوترینو یك ذره بدون بار الكتریكی است، بنابراین فوتون منتشر یا جذب نمی كند

 

نیروی هسته ای ضعیف

همه ی اجسام پایدار موجود در جهان از یك نوع لپتون (الكترون) و دو كوارك (بالا-پایین) ساخته شده اند

 كه تركیب این دو كوارك بصورت پروتون و نوترون ظاهر می شود

 در هر صورت شش تای آنها پیشگویی و مشاهده شده اند و شش تای دیگر مشاهده نشده اند، زیرا

          كواركها و لپتونهای سنگین به دلیل وجود نیروی هسته ای ضعیف قابل مشاهده نمی باشند

 نیروی هسته ای ضعیف باعث می شود كه

 كواركها و لپتونهای سنگین به كواركها و لپتونهای سبكتر واپاشیده شوند

ذره ی حامل نیروی واپاشی لپتونها و كواركهای سنگین

 W+ and W-

هر كدام از اینها شامل یك ذره ی باردار و یك ذره ی خنثای

 Z

است

علاوه بر بار الكتریكی، كواركها دارای خاصیت دیگری هستند كه بار - رنگ نامیده می شود

 colour charge

     

نیروی بین درات بار - رنگب سیار قوی است كه آنرا نیروی قوی می نامند

نیروی قوی بسیار سخت و جاذبه است كه

روی پروتونها و نوترونها اعمال می شود

این نیرو بر نیروی دافعه الكتریكی بین پروتونها غلبه می كند

 و موجب می شود هسته پایدار بماند

      

      در واقع نیروی قوی بین كواركها اعمال می شود

ذره ای كه این نیرو را حمل می كند

گلوئون

gluon

 نامیده می شود

   

 

مدل استاندارد ذرات بنیادی

 

      با توجه به مطالب بالا مدل استاندارد ذرات بنیادی به شرح زیر است

شش عدد كوارك

شش عدد لپتون

و چهار بوزون كه نیروها را حمل می كنند

بطور كلی ذراتی كه ماده را می سازند فرمیون

و ذراتی كه نیرو ها را حمل می كنند بوزون

نامیده می شوند