ذرات اتم
ذرات اتم
ذره زیر اتمی به بخشی از ذرات بنیادی و ذرات ترکیبی گفته میشود که کوچکتر از اتم هستند. فیزیک ذرات و فیزیک هستهای بخشی از فیزیک هستند که به مطالعه این ذرات میپردازند.
معروفترین ذرات زیر اتمی الکترونها، پروتونها و نوترونها هستند. پروتون و نوترون ذرات ترکیبی هستند که از کوارک تشکیل شدهاند. یک پرتون از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین تشکیل شده است، ولی نوترون از یک کوارک بالا و دو کوارک پایین تشکیل شده است؛ کوارکها به وسیله گلوئون به هم میچسبند. شش نوع کوارک متفاوت داریم، دیگر ذرات زیر اتمی فوتون و نوترینو هستند که توسط خورشید ایجاد میشود. بیشتر ذرات زیر اتمی از طریق بررسی پرتو کیهانی کشف شدند، از آنها در شتاب دهندهها استفاده میشود.
فیزیك ذرات بنیادی
فیزیك ذرات بنیادی بخشی از فیزیك است. موضوع مورد مطالعهی فیزیکدانان ذرات بنیادی اینست كه بدانند جهان از چه ذراتی ساخته شده و این ذرات چگونه در حال واكنش با یكدیگر هستند. در حدود سال 1900 میلادی تصور میشد كه اتم سنگ بنای جهان است و غیر قابل تجزیه میباشد بزودی مشخص شد كه اتم از یك هستهی مركزی با الكتریكی مثبت و تعدادی الكترون كه در اطراف آن در گردشند، تشكیل شده است.
هنگامی كه هسته مورد مطالعه قرار گرفت، فیزیکدانان متوجه شدند كه هسته از پروتون با بار الكتریكی مثبت و نوترون كه از نظر الكتریكی خنثی است تشكیل شده و الكترونها اطراف آن در گردشند. هرچه تحقیقات روی هسته بیشتر انجام میشد، ذرات جدیدی كشف میشدند. همچنین تحقیقات بیشتر نشان داد كه پروتونها و نوترونها نیز از ذرات دیگری كه كوارك نامیده شدند ساخته شده است. سرانجام فیزیکدانان ذرات سازندهی ماده را به دو دسته لپتونها و كواركها تقسیم كردند. در این تقسیم بندیها پروتون و نوترون ذرهی بنیادی نیستند و از كواركها ساخته شدهاند.
پاد ماده
یكی از كشفیات بسیار جالب، كشف پاد ماده است. برای هر ذرهی بنیادی یك ذره دیگری وجود دارد كه آن را پاد مادهی آن مینامند. به عنوان مثال پاد مادهی الكترون، پوزیترون است كه تنها از نظر الكتریكی با هم تفاوت دارند. ماده و پاد ماده یكدیگر را جذب كرده و به انرژی تبدیل میشوند. به همین دلیل آنها را پاد ماده مینامند. توجه شود كه پاد ماده تنها یك اصطلاح است و از نظر فیزیكی هر دوی آنها ماده میباشند.
اسپین
اسپین یكی از خواص ذرات مانند جرم و بار است. اسپین اندازهی حركت زاویهای ذره است و سادهترین راه برای اندازه گیری اندازه حركت زاویهای ذره بر اثر گردش آن است. در واقع سخن از گردش ذره درست نیست، بلكه اندازه حركت زاویهای 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 سه دسته دوتایی تشكیل میدهند. این گروهها عبارتند از:
بالا-پایین (up-down) ربایشی- غیر ربایشی (charm-strange) و سر- ته (top-bottom). یك خاصیت جالب كواركها این است كه هیچگاه كواركها به تنهایی مشاهده نمیشوند؛ آنها در كنار یكدیگر قرار دارند و ذرات مركب را میسازند. این ذرات مركب هادرون نامیده میشوند. كواركها نظیر الكترون و پروتون دارای بار الكتریكی هستند؛ اما بار الكتریكی كواركها كسری از بار الكتریكی پایه است.
در شکل زیر کوارکهای پروتون و نوترون برای نمونه نشان داده شده است.
بوزون
ذراتی هستند كه داری اسپین صحیح هستند. اكثر بوزونها میتوانند تركیبی باشند اما گروه بوزونهای شاخص از نوع تركیبی نیستند. در مدل استاندارد بوزونها ذراتی برای انتقال نیرو هستند كه شامل فوتونها (انتقال دهنده ی الكترومغناطیس) و گراویتون (انتقال دهندهآی گرانش) نیز میشوند. اتمها نیز میتوانند بوزون باشند. برای مثال هلیم – 4 یك بوزون با اسپین گویا است. تفاوت زیادی بین استاتیك فرمیونی (اسپین نیمه صحیح) و بوزونی وجود ندارد مگر در مورد اجرام با چگالی بالا كه این مورد نیز پیرواستاتیك ماكسول – بولتزمن میباشد. بر همین مبنا هم بوزونها و هم فرمیونها ذراتی كلاسیك شناخته میشوند.
هادرونها
ذرات زیر اتمی هستند که از فرمیونهایی چون کوارک و آنتی کوارک و بوزونهایی چون گلوئن تشکیل شدهاند. این ذرات نیروی قوی هستهای اعمال میکنند. هادرونها مانند دیگر ذرات دارای عدد کوانتومی هستند. این ذرات ممکن است در دما یا فشار بسیار پایین خود به خود از بین بروند.
گلوئن
ذراتی بدون جرم و خنثی از خانواده بوزونهای شاخص هستند و دارای اسپین 1 هستند. این ذرات زیر اتمی باعث پایدار بودن کوارکها در هسته اتم (پروتونها و نوترونها) کنار همدیگر میشوند. البته جرم این ذرات بسیار کم است (MeV) و از آن صرف نظر میشود.
به طور کلی مدل استاندارد ذرات بنیادی به شرح زیر است : شش عدد كوارك، شش عدد لپتون و چهار بوزون كه نیروها را حمل میكنند. به طور كلی ذراتی كه ماده را میسازند فرمیون و ذراتی كه نیروها را حمل میكنند بوزون نامیده میشود.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: مرتضی عرفانیان
تنظیم: مریم فروزان کیا