همه چيز درباره اتم و ذرات بنيادي

[Borna66]

قيزيك ذرات بنيادي چيست؟
فيزيك ذرات بنيادي بخشي از فيزيك است. موضوع مورد مطالعه ي فيزيكدانان ذرات بنيادي اين است
كه بدانند جهان از چه ذراتي ساخته شده و اين ذرات چگونه در كنش با يكديگر هستند. اما اين ذرات چه هستند؟
http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-1-atom.gif در حدود سال 1900 تصور مي شد كه اتم سنگ بناي جهان است و غير قابل تجزيه مي باشد

http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-2-atom2.gif بزودي مشخص شد كه اتم از يك هسته ي مركزي با الكتريكي مثبت و
تعدادي الكترون كه در اطراف آن در گردشند، تشكيل شده است

http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-3-atom3.gif هنگاميكه هسته مورد مطالعه قرار گرفت، فيزيكدانان متوجه شدند كه هسته از پروتون با بار الكتريكي مثبت و نوترون كه از نظر الكتريكي حنثي است
تشكيل شده
و الكترونها در اطراف آن در گردشند

http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-4-SMmatter.gif ماده از چه ذراتي ساخته شده است؟ هرچه تحقيقات روي هسته بيشتر انجام مي شد، ذرات
جديدي كشف مي شدند. همچنين تحقيقات بيشتر نشان داد
كه پروتونها و نوترونها نيز از ذرات ديگري كه
كوارك ناميده شدند ساخته شده است
سرانجام فيزيكدانان ذرات سازنده ي ماده را به دو دسته
لپتونها و كواركها
تقسيم كردند
در اين تقسيم بندي هادرونها از جمله
پروتون و نوترون ذره ي بنيادي نيستند
و از كواركها ساخته شده اند


http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-5-Anti.gif پاد ماده يكي از كشفيات بسيار جالب، كشف پاد ماده است
براي هر ذره ي بنيادي يك ذره ديگري وجود دارد
كه آن را پا ماده ي آن مي نامند
به عنوان مثال پاد ماده ي الكترون، پوزيترون است
كه تنها از نظر الكتريكي با هم تفاوت دارند
ماده و پاد ماده يكديگر را جذب كرده و به انرژي تبديل مي شوند
بهمين دليل آنها را پاد ماده مي نامند
توجه شود كه پاد ماده تنها يك اصطلاح است
و از نظر فيزيكي هر دوي آنها ماده مي باشند


اسپين
اسپين يكي از خواص ذرات مانند جرم و بار است. اسپين اندازه ي حركت زاويه اي ذره است
و ساده ترين راه براي اندازه گيري اندازه حركت زاويه اي ذره بر اثر گردش آن است
در واقع سخن از گردش ذره درست نيست، بلكه اندازه حركت زاويه اي ذره يكي از خواص ذاتي ذرات است
اسپين نظير اندازه حركت و انرژي در تمام مراحل ثابت است
كواركها
شش كوارك و شش پاد كوارك وجود دارد كه كه سه دسته دوتايي تشكيل مي دهند. اين گروهها عبارتند از
up-down
بالا-پايين
charm-strange
عجيب-افسون
top-bottom
سر- ته

http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-14-MS.jpg http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-15-MS.jpg
يك خاصيت ديگر جالب كواركها اين است كه هيچگاه كواركها به تنهايي مشاهده نمي شوند
و آنها در كنار يكديگر قرار دارند و ذرات مركب را مي سازند
اين ذرات مركب هادرون ناميده مي شوند
كواركها نطير الكترون و پروتون داراي بار الكتريكي هستند. اما بار الكتريكي كواركها كسري از بار الكتريكي پايه 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
http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-6-proton.gif http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-7-neutron.gif http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-8-pion.gif

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
نيروهاي اساسي
نيروهاي اساسي طبيعت عبارتند از
نيروي الكترومغناطيسي
هسته اي ضعيف
هسته اي قوي
گرانش
http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-9-gb2.jpg همه ي اين نيروها توسط ذرات تبادلي حمل مي شوند
به عنوان مثال
ذرات تبادلي نيروي الكترومغناطيسي فوتون ناميده مي شود
الكترون و پروتون با انتشار و جذب فوتون همديگر را جذب مي كنند
همچنين نوترينو يك ذره بدون بار الكتريكي است، بنابراين فوتون منتشر يا جذب نمي كند


نيروي هسته اي ضعيف
همه ي اجسام پايدار موجود در جهان از يك نوع لپتون (الكترون) و دو كوارك (بالا-پايين) ساخته شده اند
كه تركيب اين دو كوارك بصورت پروتون و نوترون ظاهر مي شود
در هر صورت شش تاي آنها پيشگويي و مشاهده شده اند و شش تاي ديگر مشاهده نشده اند، زيرا
http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-10-decay.jpg كواركها و لپتونهاي سنگين به دليل وجود نيروي هسته اي ضعيف قابل مشاهده نمي باشند نيروي هسته اي ضعيف باعث مي شود كه
كواركها و لپتونهاي سنگين به كواركها و لپتونهاي سبكتر واپاشيده شوند
ذره ي حامل نيروي واپاشي لپتونها و كواركهاي سنگين
W+ and W-
هر كدام از اينها شامل يك ذره ي باردار و يك ذره ي خنثاي
Z
است

علاوه بر بار الكتريكي، كواركها داراي خاصيت ديگري هستند كه بار - رنگ ناميده مي شود
colour charge (http://www.hep.yorku.ca/yhep/colour.html)
http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-13-AtRep.jpg
نيروي بين درات بار - رنگب سيار قوي است كه آنرا نيروي قوي مي نامند

نيروي قوي بسيار سخت و جاذبه است كه

روي پروتونها و نوترونها اعمال مي شود

اين نيرو بر نيروي دافعه الكتريكي بين پروتونها غلبه مي كند

و موجب مي شود هسته پايدار بماند


http://pnu-club.com/Pic/cph04/L233-11-color.gif در واقع نيروي قوي بين كواركها اعمال مي شود ذره اي كه اين نيرو را حمل مي كند
گلوئون
gluon
ناميده مي شود



مدل استاندارد ذرات بنيادي

http://pnu-club.com/Pic/cph04/L223-12-SM.gif با توجه به مطالب بالا مدل استاندارد ذرات بنيادي به شرح زير است شش عدد كوارك
شش عدد لپتون
و چهار بوزون كه نيروها را حمل مي كنند
بطور كلي ذراتي كه ماده را مي سازند فرميون
و ذراتي كه نيرو ها را حمل مي كنند بوزون
ناميده مي شوند