مقاله : ذرات بنیادی بسیار ریز

ذرات بنیادی بسیار ریز ١

ذرات تشکیل دهنده پروتون

در  مطالب قبل به آفرینش جهان اشاره شد، نمایی کلی از این حادثه را در شکل زیر می بینید. روی شکل کلیک کنید تا به طور واضح، اتفاقاتی را که بعد از انفجار بزرگ افتاده است، ببینید.

 

دموکریت، فیلسوف یونانی( 370-460 قبل از میلاد)  عقیده داشت:

همه چیز، حتی بدن انسان از ذرات بسیار ریزی به نام اتم ساخته شده است.

در قرن نوزدهم، بیش تر دانشمندان بدون این که اتم را دیده باشند، وجود آن را پذیرفتند و ما امروزه تنها به کمک میکروسکوپ هایی خاص می توانیم از تک تک اتم ها عکس بگیریم و می دانیم که اتم ها از ذرات ریزتری به نام پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده اند.

داستان در همین جا پایان نمی یابد؛ در دهه ١٩٦٠ میلادی بود که دانشمندان اعلام کردند که همین ذرات ریز از ذرات بسیار ریزتری ساخته شده اند ؛ بعضی از آن ها، " کوارک" نام گرفته اند. شاید به زودی بتوانیم از کوارک ها نیز عکس بگیریم!!!

به نظر شما با این توصیف های بالا، درست نیست که بگوییم :

 <<هر جرمی که بُعد داشته باشد، تقسیم شدنی است>> ؟!

اما کوارک ها  تنها اجزای اصلی مواد نیستند. ذرات بسیار ریز دیگری به نام " لپتون ها" نیز به همراه کوارک ها مواد را می سازند.

 

ذرات ریز دیگری نیز وجود دارند که می توان آن ها را" عامل انرژی" و نیرو  دانست. این ذرات به فراوانی در طبیعت یافت شده ونام آن ها "بوزون" است  که به شکل موج  ظاهر شده  و چهار  نیروی  شناخته  شده  فیزیک هسته ای را تولید می کنند. روی تمامی شکل های زیر کلیک کنید تا دقیق تر ببینید.

هسته های اتمی و نیروهای آن ها

این نیروها عبارتند از:

نیروی ضعیف هسته ای، نیروی قوی هسته ای، نیروی گرانشی و نیروی الکترومغناطیسی.

بوزون ها به دو گروه عمده تقسیم می شوند:

بوزون هایی که از کوارک ساخته شده اند و بوزون هایی که از کوارک ساخته نشده اند.

بوزون هایی که از کوارک ساخته نشده اند، عبارتند از:

فوتون ها، گراویتون ها، گلوئون ها و بوزون های حامل.

در مورد فوتون ها در مطلب قبلی اندکی اطلاعات به دست آوردید؛ همان گونه که گفتیم، فوتون ها در دماهای میلیاردها درجه ای طبیعت به وجود آمده اند، نه تنها دارای عمر ابدی هستند، بلکه فراوان ترین ذرات موجود در جهان نیز هستند؛ به طوری که به ازای هر یک اتم، یک میلیارد فوتون وجود دارد. انسان نیز توانسته است به هنگام شکافتن هسته اتم (در انفجار اتمی) و در اتصال هسته اتم (انفجار هیدروژنی)، با تبدیل ماده به انرژی، مقادیر عظیمی از فوتون های پر انرژی مانند فوتون های رادیواکتیو (اشعه گاما) و ... را به وجود آورد. میزان انرژی به دست آمده از مقدار معینی از ماده را با فرمول مشهور انیشتین می توان اندازه گرفت:

E = mC²

در این معادله، E مقدار انرژی به دست آمده، m جرم ماده و c سرعت نور در خلأ است.

بوزون هایی که از کوارک ساخته نشده اند

 

فوتون ها در واکنش های گوناگون مانند تبدیل ذرات ریز به یکدیگر، نقش اساسی دارند. دفع شدن دو ذره بنیادی با بار مشابه از هم و جذب دو ذره بنیادی با بارهای متضاد به یکدیگر، با مبادله فوتون میان آن ها صورت می گیرد.

مسیر برخورد فوتون ها در اتاقک ابر

زمانی که یک الکترون، یک فوتون با انرژی کافی را جذب یا دفع کند، به "پوزیترون" یا "پاد الکترون" تبدیل می شود. اگر یک الکترون با پوزیترون برخورد کند،  هر دو نابود می شوند  و یک فوتون  ایجاد می شود. این پدیده نیز معادله انیشتین را تأیید می کند و نشان دهنده تبدیل ماده به انرژی است.

مقایسه ابعاد ذرات ریز درون اتم

اگر به اطلاعات دقیق تری راجع به بقیه ذرات مانند گلوئون، گراویتون و بوزون های حامل علاقه دارید، می توانید به کتاب "دهر" نوشته دکتر حسین سالاری  مراجعه نمایید.

ذرات بنیادی بسیار ریز ٢

 

در مطلب قبلی به انواعی از ذرات ریز که مواد  موجود در جهان از  آن ها پدید می آیند، اشاره کردیم. در این مطلب نیز می خواهیم به ادامه معرفی این ذرات بپردازیم.

 

در مطلب قبل خواندیم که بوزون ها دو دسته اند و به معرفی بوزون هایی که از کوارک ساخته نشده اند، پرداختیم. در این جا با بوزون هایی آشنا می شویم که از کوارک ساخته شده اند.

این نوع از بوزون ها نوع دیگری از خُرد ذره های انرژی دار هستند که از ذرات ریزتر کوارک تشکیل شده اند و " مزون" نیز نامیده می شوند (تبدیل ذرات ریز ماده به ذرات ریز انرژی).

مزون ها به دو دسته پیون ها و کئون ها تقسیم می شوند. پیون ها، ایجاد کننده "نیروی هسته ای قوی" هستند. این نیروی قوی باعث می شود در هسته اتم، پروتون ها که همگی دارای بار مثبت هستند، یکدیگر را دفع نکنند؛ بلکه در کنار همدیگر باقی بمانند و هسته اتم از هم نپاشد. خود پیون ها، بارهای مثبت، منفی و یا خنثی دارند و جرم آن ها با یکدیگر متفاوت است.

جرم پیون مثبت، 139/6  الکترون ولت، جرم پیون منفی ، 186/6  میلیون الکترون ولت و جرم پیون خنثی، ١٣٥ میلیون الکترون ولت است. جرم تمام این مزون ها بسیار کوتاه است.

وقتی یک پروتون و یک نوترون، یک پیون با هم مبادله می کنند، هر یک از آن ها به دیگری تبدیل شده و "نیروی هسته ای قوی" به وجود می آید.

کئون ها همان مزون های خنثای K هستند، عمر بسیار کوتاه دارند و در ساختار ماده معمولی شرکت ندارند. اما در آزمایش هایی که منجر به گسترش فیزیک اتمی شد، نقش مهمی ایفا می کنند. جرم کئون ها بیش تر از جرم پیون هاست.

فرمیون ها:

فرمیون ها بیش تر به صورت دایره ای حرکت می کنند و شامل کوارک ها، لپتون ها و باریون ها هستند.

کوارک ها:

می توان گفت کوارک ها اصلی ترین اجزای تشکیل ماده اند. اتصال دو کوارک با هم، انواع مزون را پدید می آورد و اتصال سه کوارک با هم، انواع باریون ها را به وجود می آورد.

انواع کوارک ها

تا کنون شش نوع کوراک شناخته شده اند که عبارتند از:

کوارک های بالا، پایین، عجیب، افسونگر، رأس (حقیقت) و قاعده (زیبایی).

لپتون ها:

این نوع فرمیون ها ذرات سبکی هستند که از الکترون ها، میون ها و نوترینوها تشکیل شده اند.

انواع ذرات بنیادی

الکترون ها:

الکترون ها ذرات سبک پایداری هستند که بار منفی (-١)  دارند و در روی یک یا چند مدار به دور هسته اتم با سرعت ٦٠٠ کیلومتر در ثانیه می چرخند. الکترون ها در تمامی ذره ها یافت می شوند و واکنش های آن ها باعث به وجود آمدن روابط شیمیایی می شود. حرکت الکترون ها جریان برق را به وجود می آورد و کم و زیاد شدن آن ها باعث به وجود آمدن الکتریسیته ساکن می شود. جرم یک الکترون، 9 * 10^-28  گرم یا معادل 511/0 میلیون الکترون ولت انرژی بوده و بسیار سبک است. الکترون دارای پادذره ای است که "پوزیترون" نامیده می شود و همان گونه که از نامش پیداست، دارای بار مثبت (+١)  بوده و می توان آن را تصویر آینه ای الکترون نامید. پوزیترون اولین پاد ذره ای است که در سال ١٩٣١ میلادی ابتدا توسط "موریس دیراک" حدس زده شد و به صورت کاملا اتفاقی در سال ١٩٣٢ توسط "کارل دیوید اندرسون" کشف گردید.

نوترینوها:

نام این ذرات نشان می دهد که باید مثل نوترون ها بار نداشته باشند. جرم این ذرات، یک ده هزارم جرم یک الکترون و سرعت حرکت آن ها نزدیک سرعت نور است. در منظومه شمسی ما منشأ این ذرات، خورشید است. روزانه حدود ١٠ میلیارد نوترینو به هر سانتی متر مربع زمین تابیده می شود که از یک سو به زمین وارد شده و از طرف مقابل آن خارج می شوند. نوترینوها از همه چیز به جز سیاه چاله های فضایی رد می شوند.

 

نوترون ها و پروتون ها نیز جزو باریون ها هستند