ذرات بنیادی و دانستنی های جالب درباره آن ها

جالب است بدانید مدت زمان زیادی نگذشته که ثابت شد تمامی مواد از مولکول ها، مولکول ها هم از اتم ها، اتم ها از هسته و الکترون، هسته ها از پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده اند اما سوال این است که پروتون ها، الکترون ها و نوترون ها از چه چیزی تشکیل شده اند و می توان در پاسخ گفت ذرات تشکیل دهنده این مواد ذرات بنیادی نامیده می شوند که با قابلیت تجزیه بیشتر می توانند به ذرات دیگری تبدیل شوند.

آشنایی با ذرات بنیادی

بهتر است بدانید که ذرات بنیادی یا همان فیزیک انرژی های بالا در واقع یکی از شاخه های دانش فیزیک محسوب می شوند که معمولا به بررسی ماهیت اجزای تشکیل دهنده مواد دارای جرم و تابش یا همان مواد بدون جرم می پردازد. اگرچه واژه ذره می تواند مرتبط به انواع مختلفی از اجسام کوچک مانند فوتون ها، گردو غبار و حتی ذرات گاز باشد اما فیزیک تنها ذراتی را مورد بررسی قرار می دهد که به اندازه ای کوچک هستند که قابل تقسیم بیشتر نمی باشند. همچنین فیزیک میدان های نیروی بنیادی را که برای توضیح این ذرات لازم می باشند را نیز بررسی می کند. تا امروز کشف شده است که این ذرات بنیادی برانگیختگی میدان های کوانتومی هستند که بر کنش های میان خود نیز حاکم می باشند. نظریه کنونی که این ذرات و میدان های بنیادی و دینامیک حاکم بر آن ها را توصیف می کند مدل استاندارد نام دارد و به همین خاطر فیزیک ذرات نوین بیشتر که مدل استاندارد هستند گسترش های امکان پذیر آن ها را بررسی می کنند. توجه داشته باشید که ذرات مورد بررسی در این شاخه را می توان توسط آشکارساز های ذرات نشان داد زیرا نمی توان این ذرات را به صورت مستقیم آزمایش کرد و معمولا برای بررسی آزمایشگاهی بر روی آن ها از اثرات خودشان استفاده می شود. در واقع ذرات بنیادی ممکن است در ابتدا کلمه ای سخت و پیچیده به نظر بیاید اما اگر بدانید تمامی مواد اطرافتان از ذره های بنیادی تشکیل شده اند و بلوک های اصل ساختار مواد ذرات بنیادی هستند شایع موضوع برایتان کمی ملموس تر شود. این ذرات در واقع شامل دو گروه اصلی کوارک و لپتون می باشند که هر یک به شش جفت ذره قابل تقسیم شدن است. معمولا سبک ترین و پایدار ترین حالت این ذرات را به عنوان نسل اول و حالت های سنگین تر و ناپایدار را به عنوان نسل دوم و سوم معرفی می کنند.

ساختمان ذره های بنیادی:

به طور کلی این روش بر اساس پدیده آشنای نوری قرار می گیرد و هر چه که ماده مورد مشاهده کوچک تر باشد طول موج ماده تابانده شده نیز به این ماده باید کوتاه تر شود. اگر طول موج نور از طول جسم بزرگ تر باشد موج به آسانی از اطراف جسم عبور کرده و چیزی دیده نخواهد شد اما اگر از طول جسم کوچک تر باشد موج منعکس شده بازتاب نور و جسم روشن شده قابل روبت خواهد شد.

فیزیک ذره های بنیادی:

به صراحت می توان گفت که ذره های بنیادی در واقع بخشی از فیزیک محسوب می شوند و موضوع مورد مطالعه بسیاری از فیزیک دانان این است که بدانند جهان از چه ذراتی ساخته شده و این ذرات چگونه در کنش با یکدیگر ارتباط دارند. حدود سال ۲۹۰۰ تصور می شد که ساختار اتم سنگ بنای جهان است و غیر قابل تجزیه است اما به زودی مشخص شد که اتم از یک هسته مرکزی با بار الکتریکی مثبت و تعدادی الکترون که در اطراف آن در گردش هستند تشکیل شده است و هنگامی که هسته مورد مطالعه قرار گرفت فیزیک دانان متوجه شدند که هسته از پروتون با بار الکتریکی مثبت و نوترون که از نظر الکتریکی خنثی می باشد تشکیل شده است. جالب است بدانید که هر چه تحقیقات بیشتری بر روی هسته انجام می شد ذرات جدید تری کشف می شدند. همچنین تحقیقات نشان داده که پروتون ها و نوترون ها نیز از ذرات دیگری که کوارک نامیده می شوند ساخته شده اند و بدین ترتیب فیزیک دانان ذرات سازنده ی ماده را به دو دسته لیتون ها و کوارک ها تقسیم کردند. توجه داشته باشید که بر اساس این تقسیم بندی موادی مانند پرتون و نوترون جز ذره بنیادی محسوب نمی شوند و از کوارک ها ساخته شده اند. همچنین بهتر است بدانید که پاد ماده ای است که از کشفیات بسیار جالب به دست آمده و نشان می دهد هر ذره ی بنیادی دارای یک ذره دیگر می باشد که آن را با ماده ی آن می نامند. برای مثال پاد ماده ی الکترون و پوزیترون است که تنها از نظر الکتریکی با هم مغایرت دارند زیرا ماده و پاد مواد یکدیگر را جذب می کنند و به انرژی تبدیل می شوند که به همین خاطر آن را پاد ماده می نامند. البته دقت داشته باشید که پاد ماده تنها یک اصطلاح است و از نظر فیزیکی هر دوی آن ها ماده محسوب می شوند.

اقسام فرمیون های بنیادی:

بهتر است بدانید که فرمیون های بنیادی معمولا به دو گروه اصلی لپتون و کوارک تقسیم می شوند که در ادامه به بیان آن ها پرداخته ایم:

لپتون:

ذراتی که تنها نیروی هسته ای قوی بر روی آن ها تاثیری نگذارد لپتون نامیده می شوند.

الکترون و الکترون نوترینو

تاو و تاو نوترینو

میون و میون نوترینو

کوارک:

کوارک ها در واقع ذراتی هستند که هر چهار نیروی بنیادی بر روی آن ها تاثیرگذار است.

کوارک بالا و کوارک پایین

کوارک سر و کوارک ته

کوارک شگفت و کوارک افسون

مدل استاندارد ذرات بنیادی:

توجه داشته باشید که مدل استاندارد ذره های بنیادی بر اساس نظریه ای مربوط به نیروهای الکترومغناطیس، هسته ای ضعیف و هسته ای قوی و همچنین طبقه بندی های ذرات زیراتمی شناخته شده اند. این مدل در واقع در نیمه دوم قرن بیستم با نتیجه تلاش های مشارکت آمیز دانشمندان در عرصه جهانی شکل گرفت. بهتر است بدانید که در این مدل جهان و نیروهای بنیادی به جز گرانش از ۶۱ ذره بنیادی تشکیل شده اند. در واقع مدل استاندارد آن در حال حاضر نظریه اصلی و مورد پذیرش جامعه علمی در مورد ذرات بنیادی می باشد. جالب است بدانید که در ساختار اصلی مدل استاندارد نیروهای گرانش بررسی نمی شوند اما در برخی از تعمیم های مدل استاندارد نیروی گرانش توسط ذره ای به نام گراویتون توضیح داده می شود.

منبع : آرگا