فيزيك ذرات بنيادي

[Borna66]

.wysiwyg { PADDING-RIGHT: 0px; PADDING-LEFT: 0px; BACKGROUND: #f5f5ff; PADDING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 5px 10px 10px; FONT: 10pt tahoma; COLOR: #000000; PADDING-TOP: 0px } .wysiwyg A:link { COLOR: #22229c } .wysiwyg_alink { COLOR: #22229c } .wysiwyg A:visited { COLOR: #22229c } .wysiwyg_avisited { COLOR: #22229c } .wysiwyg A:hover { COLOR: #ff4400 } .wysiwyg A:active { COLOR: #ff4400 } .wysiwyg_ahover { COLOR: #ff4400 } P { MARGIN: 0px } .inlineimg { VERTICAL-ALIGN: middle }

امروزه مدت زيادي نگذشته كه ثابت شده تمامي مواد از مولكول ها، مولكول ها هم از اتم ها، اتم ها از هسته ها و الكترون ها و هسته ها از پروتون ها و نوترون ها تشكيل شده اند اما پروتون ها و نوترون ها والكترون ها از چه چيزي تركيب يافته اند؟ اين ذزات ، ذرات بنيادي يعني ذرات غير قابل تجزيه نام دارند. با فرض اينكه تجزيه بيشتر آنها باعث مي شود كه به ذرات ديگري تبديل شود.

تاريخچه

در اواخر قرن بيستم دانشمندان درباره ساختمان پنهاني ذرات بنيادي به يك مطالعه سيستماتيك و مداوم پرداختند. اين مطالعه ابتدا از نوكلئون ها (اجزاي هسته ) يعني پروتون ها و نوترون ها شروع شد. عموما در فيزيك هسته اي اين كار مي توانست دردوخط اصلي ادامه يابد.

بررسي پديده هاي شامل ذرات بنيادي با فيزيك هسته اي

كوشش براي شكستن يا خرد كردن يك ذره بنيادي در صورت امكان و تبديل آن به اجزا تشكيل دهنده اش اگر اجزا تشكيل دهنده اي داشته باشد. براي اين منظور ذرات مشابه ديگر را با سرعت هاي حتي المقدور نزديك به سرعت نور شتاب داده و اين گلوله هاي شتاب دار را به ذرات بنيادي موجود در اتم هاي ديگر برخورد مي دهند. براي مثال براي بمباران هيدروژن يونيزه شده (يعني پروتون) از پروتون هاي شتابدار يا براي بمباران پروتون و ذرات آلفا از پروتون و ذرات آلفا ي ديگر استفاده گردد.

انرژي لازم براي اين عمل فقط مي تواند به كمك شتابدهنده هاي قوي ذرات باردار فراهم شود توليد ذرات باردار شتابدار براي دسترسي به انرژي هاي دهها ميليون و بالاخره دهها هزار ميليون الكترون ولت زماني يك كار بزرگ تلقي مي شد.

بررسي ساختمان ذرات بنيادي

اين روش بر اساس پديده آشناي نوري قرار داشت. هر چه ماده مورد مشاهده كوچكتر باشد طول موج نور تابانده شده به اين ماده بايستي كوتاهتر گردد. اگر طول موج نور از طول جسم بزرگتر باشد موج به آساني از اطراف جسم عبور كرده و چيزي ديده نمي شود. و اگر از طول جسم كوچكتر باشد موج منعكس شده بازتاب نور) و جسم روشن شده و قابل رويت مي گردد.

ديدگاه موجي ذرات

دوبروي (De Broglie) كشف كرد كه هر چه ذرات سريعتر حركت كنند خواص موجي بيشتري از خود نشان مي دهد. پس از اين كشف تهيه نوعي ميكروسكوپ الكتروني ممكن گرديد كه در آنها الكترون با انرژي 100Kev شتاب داده مي شد. اين ميكروسكوپ رويت اجسام با قطر چند انگستروم را ميسر مي سازد. كه هر آنگستروم برابر 8- ^ 10 سانتيمتر مي باشد.

مطابق نظريه دوبروي هرچه ذرات سنگين تر بوده و سريعتر حركت كند ، طول موج معادل آن كوتاهتر خواهد بود. اين مطالب نشان مي دهد اگر الكتروني تا انرژي چند صد ميليون الكترون ولت شتاب داده شود طول موجش آنقدر كوچك مي شود كه متناسب با اندازه ذرات هسته اي شده و مي تواند براي بررسي ساختمان هسته اتمي بكار رود.

ساختار فيزيك ذرات بنيادي

- از بازتاب و پخش اين فيزيك امواج براي اندازه گيري ذرات داخل هسته استفاده مي شود. اگر الكتروني تا انرژي يك يا دو هزار ميليون الكترون ولت شتاب يابد طول موج الكترون چندين مرتبه كوچكتر از قطر ذرات هسته اي مي شود. اين فيزيك امواج تحقيق ساختمان پروتون هاو نوترون ها را ممكن مي سازد از روزي كه دانشمندان به يك "توپخانه اتمي قوي" مسلح شدند.ذرات جديد اتمي يكي پس از ديگري كشف گرديد.

- انرژي معادل با يك ميليون الكترون ولت موجب كشف الكترون مثبتي به نام پوزيترون شد. شتاب دهنده هايي با صدها ميليون الكترون ولت تهيه مصنوعي مزون ها را ممكن ساخت. مزون ها اولين بار در پرتوهاي كيهاني كشف شدند.توسعه شتابدهنده هاي با انرژي بسيار زياد موجب كشف ضد ذرات گرديد.ضد ذرات تشكيل دهندگان اصلي ضد ماه مي باشد كه عمده ترين انها عبارتند از: ضد پروتون ، ضد نوترون و غيره.

- بسياري از ذرات كشف شده ، ذرات ناپايدارند آنها پس از يك دوره زماني بسيار كوتاه تجزيه شده و به تعدادي ذرات كوچكتر و پايدارتر تبديل مي شود اين ذرات كوچكتر پايدارتر شامل : الكترون ها ، نوترون ها ، اشعه گاما و يا نوترينو ها مي باشند.

- ذرات ناپايدار ممكن است به ضد ذرات معادل خود كه اصولا پايدارترند ، تبديل مي گردند.

- همانگونه تا بحال معلوم شده هيچيك از ذرات بنيادي شناخته شده نمي توانند به اجزا كوچكتر شكسته شوند. آنها همگي به نام ذرات بنيادي معرفي شده است به همين دليل نشان مي دهد كه ساختماني ندارند.

تقسيم بندي ذرات ناپايدار :

ذرات ناپايدار بدو گروه به صورت زير تقسيم مي شوند:

- يك دسته از آن شامل ذرات سنگين تر از الكترون ولي سبك تر از پروتون است كه مزون (Meson) نام دارند.

- گروه ديگر شامل ذرات سنگين تر از پروتون است كه هيپرون(Hyperon) خوانده مي شوند. هيپرون ها فقط به ذرات هسته اي از جمله پروتون ها و نوترون ها تجزيه مي شوند.

[moo2010]

تعریف ذرات بنیادی واقعی:

ذرات بنیادی به لحاظ نیم عمرشان و نیز پایداریشان و ظاهر شدن در واکنش ها و پدیده های میکروسکوپیک و در کل خواص شیمیایی و فیزیکی خودشان در خانواده های مختلف دسته بندی و بررسی می شوند عده ای از این ذرات با فراوانی بیشتر در اغلب اوقات ظاهر می شوند و پدیده های میکرو سکوپیک را کنترل می کنند، به ذرات بنیادی واقعی معروف هستند.
هیپرون ها:


اساسا چهار دسته هیپرون وجود دارد که عبارتند از:

• هیپرون لاندا
• هیپرون سیگما
• هیپرون کسی
• هیپرون امگا

تمام هیپرون ها به ذرات هسته ای تجزیه می گردند.هر هیپرون دارای یک ضد ذره با علامت مخالف است.دنیای ذرات بنیادی هم از نظرتنوع ذرات و هم از نظر نوع تاثیرات و تبدیلات متقابل ، دنیای غنی محسوب می شود .

هادرون ها:


تحقیقاتی که با شتابدهنده ها یی بزرگ انجام شده اند بطور قوی به دانش ذرات بنیادی کمک کرده اند قبل از همه اشاره ها به بزرگترین خانواده ذرات هادرون ها یعنی ذرات شرکت کننده در برهمکنش های قوی هسته ای است ، اشاره می کنیم.

در حال حاضر چند صد از این گونه ذرات از جمله باریون ها و پاد باریون ها و مزون ها شناخته شده اند.بیشتر این ذرات در نتیجه اندرکنش ها قوی هسته ای به هادرون های دیگر وامی پاشند آنها عمر کوتاهی دارند که در فرایند های هسته ای معمول چنین زمانی ( ثانیه 23-10) را نمی توان مستقیما اندازه گرفت.اما هادرون هایی با عمر 13-10 تا 8-10 ثانیه نیز وجود دارند. برد واپاشی این ذرات با عمر دراز اندرکش های ضعیف ما کم هستند.

تعداد خیلی زیادی از هادرون ها کشف شده و گروه بندی آنها در رده ها و خانواده های مختلف ، طبیعت بنیادی آنها را مبهم جلوه می دهد.مدل کوارکی ساختار هادرون ها گروه بندی هادرون ها را در خانواده و طبیعت و ساختار این خانواده ها و همچنین دیگر خواص ساده هادرون ها را بطور خیلی طبیعی توضیح می دهد.

اصول بنیادی این مدل را می توان به شرح زیر فرمول بندی کرد:

• هادرون ها را به معنای درست کلمه نمی توان جز ذرات بنیادی به شمار آورد آنها ساختار درونی پیچیده ای دارند و مانند هسته های اتمی دستگاه های مقید و متشکل از ذرات به راستی بنیادی یا اساسی اند. عناصر اصلی ساختارهادرون ها کوارک نام دارد .

• نظام هادرونی امکان می دهد که اظهار کنیم کلیه باریونهای شناخته شده از سه کوارک و پاد باریونها از سه پاد کوارک تشکیل شده اند. در حالی که تمام مزون ها از یک کوارک و یک پاد کوارک تشکیل شده است .

کوارک ها:


دست کم شش نوع کوارک وجود دارد که هر کدام آنها حاصل عدد کوانتومی جدید یعنی طعم هادرونی است و به صورت زیر تقسیم بندی می شوند:

• کوارک b (کوارک زیبا)
• کوارک c (کوارک افسون)
• کوارک d (کوارک پایین)
• کوارک s (کوارک شگفت)
• کوارک t (کوارک درست)
• کوارک u (کوارک بالا)

لپتون ها:


لپتونهای متنوعی کشف شدهاند که آنها براساس خواص فیزیکی و کوانتومی ویژه خود «جرم ، بار ، اسپین و غیره) به صورت زیر تقسیم بندی می شوند:

• لپتون های الکترون (e): اینها به نوبه خود دو دسته اند:
  
  • الکترون ها
  • نوترینوی الکترون

• لپتون های موئون: اینها نیز به نوبه خود دو دسته اند:
  
  • موئون
  • نوترینو موئون

• لپتون های تو (T): اینها نیز دو دسته اند:
  
  • لپتون های تو منفی
  • نوترینو تو

فوتون ها:


فوتون ها جرم در حال سکونشان برابر صفر است و اسپینی برابر یک دارند.

گلوئون ها:


گلوئون ها جرم در حال سکونشان مساوی صفر است. و اسپینی مساوی یک دارند. گلوئون ها درون هادرون ها هستند ودر حالت آزاد مشاهده نشده اند .

بوزون ها:

• در فیزیک ذرات برهمکنش های ضعیف هسته ای نیز نقش مهمی ایفا می کنند اینها تنها اندرکشی هستند که می توانند شخصیت ذرات پایه را عوض کنند. و ضمن پیروی از قوانین بقای بارهای لپتونی و باریونی موجب تبدیل های متقابل آنها شود.

• ساز و کار نیروهای برهمکنش ضعیف هسته ای مدتهای مدید نظر پژوهشگران را بسوی خود جلب کرده بود. فرضیه ای مطرح شده است که مطابق آن این نیروها از تعادل نوع خاصی کوانتوم های میدان نیروی برهمکنش ضعیف هسته ای به نام بوزون ها ی میانی ناشی می شود.

• برخلاف گلوئون ها ، بوزون های میانی مثل فوتون ها باید در حالت آزاد وجود داشته باشند. نظریه امکان وجود ، سه تا از این بوزون های میانی را پیش بینی می کند.چند تا از این ذرات (بوزون های میانی) سرانجام در سال 1982 کشف شدند.

منبع : http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=ذرات+بنیادی+واقعی&SS OReturnPage=Check&Rand=0