ذرات و اندرکنش ها (2)

چون یک اندرکنش باعث ایجاد ربایش یا رانش در بین فرمیون‌ها می‌شود، به‌جای اندرکنش می‌توان از عبارت عمومی‌تر نیرو استفاده کرد.

پیشتر دانستید که آخرین انواع اندرکنش ها فقط در پدیده های هسته ای و در تبدیل ذرات بنیادی ظاهر می شوند. حال به ادامه بررسی اندرکنش ها می پردازیم.

از چهار اندرکنش شناخته شده (گرانشی، ضعیف، الکترومغناطیسی و قوی)، فقط اندرکنش گرانشی عمومی است زیرا به کلیه ذرات، بدون استثنا نیروهای گرانشی اثر می کنند.

اندرکنش ضعیف

اندرکنش ضعیف یا نیروی هسته‌ای ضعیف مسئول برخی پدیده‌های هسته‌ای مانند واپاشی بتا است. الکترومغناطیس و نیروی ضعیف امروزه به عنوان دو جنبه از کهربایی‌ضعیف یکپارجه درنظر گرفته می‌شوند. این کشف اولین قدم به سمت تئوری اتحاد معروف به مدل استاندارد است.

اندرکنش قوی

اندرکنش قوی یا نیروی هسته‌ای قوی، پیچیده‌ترین اندرکنش بنیادی است، بیشتر به این دلیل که با تغییر فاصله مقدار آن نیز تغییر می‌کند. در فاصله‌های بیشتر از ۱۰ فتومتر، نیروی قوی عملاً غیرقابل جذب است، هم‌چنین این نیرو تنها در هستهٔ اتم عمل می‌کند. زمانی که هستهٔ اتم در سال ۱۹۰۵ کشف شد، واضح بود که به نیروی دیگری نیاز است تا در مقابل نیروی رانشی الکتروستاتیک که ناشی از حضور بارهای مثبت در درون هسته است مقاومت کند. اگر این نیرو وجود نداشت هستهٔ اتم هرگز تشکیل نمی‌شد.

بنابر نوع اندرکنش، ذرات شرکت کننده در آنها به چند گروه تقسیم می شوند:

گروه اول شامل فقط یک ذره، یعنی فوتون است. فوتون با بارهای الکتریکی اندرکنش می کند (گسیل یا جذب می شود)، یعنی اندکنش الکترومغناطیسی نشان می دهد. اندرکنش های قوی و ضعیف در ذرات فوتون نیست.

گروه دوم تشکیل شده است از به اصطلاح لپتون ها، یعنی الکترون، موئون نوترینو و پادذرات آنها. خاصیت مشترک لپتون ها ( واژه لپتون از ریشه کلمه یونانی Leptons به معنای سبک است.)  این است که اندکنش ضعیف نشان می دهند و در اندرکنش های قوی شرکت نمی کنند. لپتون های باردار (الکترون و موئون) طبعا در معرض اندکنش الکترومغناطیسی (بنابر نظریه های جدید، اندرکنش های الکترومغناطیسی و ضعیف نمودهای متفاوت اندکنش خیلی کلی الکترو ضعیف اند.) می باشند.

الکترومغناطیس نیرویی است که بین ذرات باردار الکتریکی اثر می‌کند. این پدیده شامل دو قسمت است:

نیروی الکتریسیته ساکن که در بین ذرات باردار ساکن وجود دارد.

 نیرویی که حاصل اثر مرکب نیروهای الکتریسیته و مغناطیس بین ذرات باردار متحرک نسبت به یکدیگر است.

الکترومغناطیس مانند گرانش محدوده اثر بی نهایت دارد ولی بسیار وسیع‌تر، بنابراین در بسیاری از پدیده‌هایی که روزانه تجربه می‌کنیم می‌توان اثر الکترومغناطیس را یافت مانند: نفوذ ناپذیری مواد جامد، اصطکاک، رنگین کمان، آذرخش و تمام ساخته‌های بشر که در آنها از جریان الکتریکی استفاده می‌شود مانند: تلویزیون، لیزر و رایانه.

الکترومغناطیس به صورت بنیادی بسیاری از ویژگی‌های شیمیایی عناصر و هم چنین پیوندهای شیمیایی در سطح کلان (ماکروسکوپیک) و سطح اتمی را تعیین می‌کند.

برای اینکه بهتر بتوانید تصور کنید که قدرت نیروی الکتریکی چقدر است از مثال زیر استفاده می‌کنیم: در یک گالن آب (حدود ۴ لیتر)، تقریباً ۴۰۰۰ گرم آب وجود دارد، در این میزان آب مقدار بار الکترون موجود  در آن به قرار زیر است:

حال اگر همین میزان آب را در فاصلهٔ ۱ متری از ظرف آب مشابه قرار دهیم، اگر الکترون‌های موجود در آب بخواهند به یکدیگر نیرو وارد کنند این نیرو برابر خواهد بود با:

نیروی بدست آمده از وزن کره زمین اگر قرار بود روی سطح کره دیگری مانند خودش قرار داشته باشد بیشتر است. همچنین هسته های موجود در یکی از ظرف‌های آب هسته‌های دیگری را نیز با همین  نیرو می‌راند، اما این نیروهای رانشی توسط نیروی ربایشی موجود بین هسته‌های یک ظرف و الکترون‌های ظرف دیگر و برعکس، بی‌اثر می‌شود، بنابراین نیروی خالص صفر خواهد بود. آشکار است که نیروی الکترومغناطیس بسیار قوی‌تر از گرانشی است ولی به دلیل وجود این ویژگی که نیروهای الکترومغناطیسی می‌توانند یکدیگر را خنثی کنند، در اجرام بزرگ، تنها اثر نیروی گرانش حاکم است.

باید بدانیم که گرانش اولین اندرکنشی بود که به وسیله ریاضی توضیح داده شد. در زمان باستان آریستول فرض کرد که اجسام با جرم‌های متفاوت با شتاب‌های متفاوت سقوط می‌کنند. در طول انقلاب علمی، گالیله به‌وسیلهٔ آزمایش دریافت که این فرض درست نیست؛ با صرف نظر از اصطکاک هوا، تمام اجسام با شتاب ثابت در یک لحظه به سمت زمین سقوط می‌کنند. قانون گرانش نیوتن نمونهٔ خوبی برای تقریب رفتار گرانش است. دریافت امروزهٔ ما از گرانش برگرفته از تئوری نسبیت عام اینشتین در سال ۱۹۱۵ است، که یک بیان دقیق‌تر گرانش با رویکرد هندسهٔ فضا زمانی (بخصوص برای اجرام و  فاصله‌های کیهانی) است.

منبع: https://fa.wikipedia.org

مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان