ذرات و اندرکنش ها - بخش اول
جهان، بزرگ‌ترین مجموعه ممکن است که از ذرات بنیادی شکل یافته است.
در مطالب قبل با ذرات بنیادی و پاد ذرات آشنا شده اید و دانستید که این ذرات توسط نیروهای گرانشی، الکترومغناطیسی و هسته‌ای به هم پیوند یافته‌اند. سلسله مراتب ساختمانی آن در فضا ( از هسته‌های اتم گرفته تا ابر کهکشان ها) و سیر تکاملی آن (از گوی آتشین تا اشکال کنونی) توسط ویژگی های ذرات بنیادی و برهمکنش آنها اداره می‌شود. بنابراین، تشریح ساختمان جهان و تکامل آن بر اساس خواص و برهمکنش ذرات بنیادی صورت می‌گیرد.
اندرکنش‌های بنیادی در فیزیک که (گاهی آنها را نیروهای تعاملی نیز می‌نامند) روشی هستند که به وسیلهٔ آنها ساده‌ترین ذرات در جهان هستی می‌توانند با یکدیگر اندرکنش داشته باشند. یک اندرکنش را زمانی می‌گوییم بنیادی است که نتوان آن را بوسیلهٔ دیگر نیروها توضیح داد. چهار نیروی بنیادی شناخته شده در جهان عبارتند از: نیروی هسته‌ای ضعیف، نیروی هسته‌ای قوی، الکترومغناطیس و گرانش.
نیروهای هسته‌ای قوی و هسته‌ای ضعیف را به ترتیب با نام‌های قوی و اندرکنش ضعیف هم می‌شناسند احتمالاً به جز نیروی گرانشی، بقیه این نیروها به وسیله یک سری محاسبات تقریبی که به نظریه اختلال معروف است، قابل توصیف می باشند. گویی اعمال نیروی بنیادی معادل تبادل بوزون بین ذرات است. با این حال مواردی وجود دارد که نظریه اختلال نمی‌تواند به خوبی پدیده مشاهده شده را توصیف کند. مانند حالت پیوند و تک موج.
گرانش
گرانش نسبت به چهار نیروی بنیادی دیگر از همه ضعیف‌تر است، بنابراین وقتی آن را در ابعاد ذرات بررسی می‌کنیم، قابل صرف‌نظر کردن است. مثلاً اگر یک سوزن را به یک آهن‌ربا نزدیک کنیم به راحتی می‌بینیم که میزان ربایش آهن‌ربا بیشتر از میزان گرانش کل زمین نسبت به آن سوزن است و سوزن به سمت زمین سقوط نمی‌کند.
با این حال گرانش برای اجسام بزرگ (کلان) و فاصله‌های زیاد بسیار مهم است؛ دلایل این مطلب عبارتند از:
گرانش تنها اندرکنشی است که بر تمام ذراتی که جرم دارند اثر می‌کند.گرانش مانند الکترومغناطیس محدوده‌اثر بی نهایت دارد، درحالی که برای اندرکنش‌های ضعیف و قوی این طور نیست.
گرانش قابل جذب یا تبدیل شدن نیست و چیزی نمی‌تواند مقابل آن حائل شود.
گرانش همواره می‌رباید و هرگز نمی‌راند.
امروزه بر این باور هستند که تمامی انواع پدیده هایی که در عالم در کلیه سطوح (یعنی در دنیای زیر اتمی، روی زمین، ستارگان و کهکشان ها) رخ می دهند درست از روی چهار اندرکنش معین می شوند. دو تا از این اندرکنش ها را از فیزیک کلاسیک می شناسیم. آنها اندرکنش های گرانشی (گرانش عمودی) و الکترومغناطیسی می باشند. دو نوع اندکنش دیگر، یعنی اندرکنش هسته ای (که بیشتر اشاره به اندکنش قوی دارد) و اندکنش ضعیف بردشان کوتاه است و در نتیجه چه در حرکت اجسام بزرگ مقیاس و چه در خواص اتم ها و مولکول ها مستقیما ظاهر نمی شوند.
آخرین انواع اندرکنش ها فقط در پدیده های هسته ای و در تبدیل ذرات بنیادی ظاهر می شوند. اندکنش ضعیف نوع خاصی اندرکنش است که در کلیه فرایندهای مربوط به نوترینو، مثل گیراندازی نوترینو توسط هسته ها، واپاشی بتا و واپاشی مزون های** و موئون ها ظاهر می شود. **
نیروی اندرکنش میان دو ذره را می توان با انرژی پتانسیل نزدیک شدن آنها تا فاصله خاصی مشخص کرد. اینک انرژی اندرکنش های قوی، الکترومغناطیسی، ضعیف و گرانشی بین دو پروتون در فاصله* را، که در آنجا اندرکنش قوی عملا تمام و کمال ظاهر می شود، با یکدیگر مقایسه می کنیم. *
انرژی اندکنش های ضعیف میان این ذرات از مرتبه 10-6eV است. برای محاسبه انرژی پتانسیل اندکنش گرانشی میان پروتون ها، باید فرمول W=-Gm2p/r استفاده کرد در این صورت:
این انرژی فوق العاده پایین است و در دنیای زیر اتمی تا کنون تظاهر گرانشی چنین کوچکی کشف نشده است. پسف نسبت انرژی اندکنش های بنیادی به این ترتیب می باشد:
1:10-2:10-14:10-38 =گرانشی: ضعیف: الکترومغناطیسی: قوی
مفهوم مشخصه زمانی بعضی از پدیده ها نقش مهمی در فیزیک ذرات بنیادی ایفا می کنند. قبل از همه مقیاس زمانی فرایندهای درگیر در اندرکنش های قوی را مورد توجه قرار می دهیم. برای براورد این مقیاسف بر خورد هسته ای میان ذرات تند (دارای سرعتی قابل مقایسه با سرعت نور c) را در نظر می گیریم.
چون برد نیروهای هسته ای 10-13 سانتی متر تا * است، زمان این اندکنش قوی با مقدار 10-23s تا** مشخص خواهد شد.
منبع: https://fa.wikipedia.org
مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان
