جدید ترین عناوین خبری امروز
مجله علمی کیهان‌شناس

توجه: کلمه عبور به آدرس ایمیل شما ارسال خواهد شد.

ذرات بنیادی چه چیزهایی هستند؟

ذرات بنیادی چه چیزهایی هستند؟

ذرات بنیادی کوچک‌ترین بلوک‌های سازنده‌ی جهان ما هستند. این ذرات، ساختار داخلی‌تری ندارند؛ به این معنی که از نظر محققان، آن‌ها ذراتی بی‌بعد (صفر بعدی) هستند که فضایی اشغال نمی‌کنند. از بین تمام ذرات بنیادی، الکترون‌ها برای ما شناخته‌شده‌تر هستند. اما بر اساس مدل‌ استاندارد فیزیک ذرات بنیادی، که تعامل میان تمام ذرات و تمامی نیروها را توصیف می‌کند، به طور کلی ۱۰ نوع ذره‌ی بنیادی شناخته شده است.

الکترون‌ها و ذرات مربوط به آن

الکترون‌‌ها، اجزای با بار منفی اتم‌ها هستند. اگر چه ما معتقدیم که این ذرات بی‌بعدند، اما الکترون‌ها توسط ابری از ذرات مجازی دیگر که دائما به وجود آمده و ناپدید می‌شوند، احاطه شده‌اند که در واقع مانند بخشی از الکترون عمل می‌کنند. طبق پیش‌بینی برخی از نظریات، الکترون‌ها دارای کمی قطب مثبت و کمی قطب منفی هستند. یعنی این ابرِ شامل ذرات مجازی، باید مقداری نامتقارن باشد.

در این صورت الکترون‌ها، ممکن است متفاوت از جفت‌های پاد‌ماده‌ی خود، یعنی پوزیترون‌ها، عمل کنند. در واقع بررسی این دو پدیده، بسیاری از رموز مربوط به ماده و پادماده را برای ما مشخص می‌سازد. با این حال زمانی که فیزیکدانان به صورت مرتب یک الکترون را مورد بررسی قرار دادند، متوجه شدند با دانشی که امروزه دارند به دست آوردن اطلاعات دقیق‌تر از الکترون به دور از دسترس است و در نتیجه معمای پادماده نیز بدون پاسخ باقی خواهد ماند.

الکترون‌ها دو هم‌خانواده‌ی سنگین‌تر نیز دارند که میون و تاو نامیده می‌شوند. میون‌ها، زمانی که تابش‌های کیهانی پر‌انرژی، با سطح بالایی جو زمین، برخورد می‌کنند به وجود می‌آیند و در نتیجه بارشی از ذرات، تولید می‌کنند. تاوها کمیاب‌تر بوده و سخت‌تر نیز به وجود می‌آیند؛ به این دلیل که آن‌ها ۳۴۰۰ برابر سنگین‌تر از الکترون‌ها هستند.
نوترینوها، الکترون‌ها، میون‌ها و تاوها زیرمجموعه‌ای از ذراتی بنیادی به نام لپتون‌ها هستند.

سیاه‌چاله چیست؟

کوارک‌ها و عجایب آن‌ها

کوارک‌ها که سازنده‌ی پروتون و نوترون‌ها می‌باشند، نوع دیگری از ذرات بنیادی هستند. لپتون‌ها و کوارک‌ها به کمک یکدیگر چیزی را که ما به عنوان ماده می‌شناسیم می‌سازند.

در زمان‌های گذشته، دانشمندان باور داشتند که کوچک‌ترین اجزای ماده، اتم‌ها هستند. حتی انتخاب کلمه‌ی اتم نیز ریشه در کلمه‌ی یونانی atomos دارد که به معنای غیر‌قابل تقسیم می‌باشد. در حدود اوایل قرن بیستم، هسته‌‌ی اتم که شامل پروتون و نوترون بود، کشف شد. بعدها طی دهه‌ی ۵۰ و ۶۰ میلادی، شتاب‌دهنده‌های ذرات دسته‌ای از ذرات زیر‌اتمی، مانند پایون‌ها و کائون‌ها را کشف کردند.

در سال ۱۹۶۴ میلادی، طبق یک گزارش تاریخی از آزمایشگاه شتاب‌دهنده‌‌ی ملی SLAC در کالیفرنیا، دو فیزیکدان به نام‌های ماری گلمن (Murray Gell-Mann) و جورج زویگ (George Zweig) به صورت مستقل، مدلی را پیشنهاد کردند که در آن کارکرد داخلی پروتون، نوترون و بقیه‌ی مجموعه ذرات را توضیح می‌دهد. درون پروتون‌ها و نوترون‌ها ذراتی به نام کوارک وجود دارند که به شش دسته یا طعم تقسیم می‌شوند: کوارک بالا، کوارک پایین، کوارک شگفت، کوارک افسون، کوارک ته و کوارک سر. ( دو مورد آخر گاهی با نام‌های کوارک زیبایی و کوارک حقیقت نیز خوانده می‌شوند.)

پروتون‌ها از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین تشکیل شده‌اند، در حالی‌که نوترون‌ها شامل دو کوارک پایین و یک کوارک بالا هستند. کوارک‌های بالا و پایین سبک‌ترین نوع کوارک‌ها هستند. از آن جایی که ذرات سنگین‌تر تمایل به واپاشی به ذرات سبک‌تر دارند کوارک‌های بالا و پایین رایج‌ترین انواع کوارک در جهان هستند. به همین دلیل بیشتر موادی که ما می‌شناسیم از نوترون و پروتون تشکیل شده‌اند.

برترین رویدادهای نجومی و کیهان‌شناسی سال ۱۳۹۷

در سال ۱۹۷۷ میلادی، فیزیکدانان توانسته بودند ۵ عدد از ۶ کوارک را، (کوارک بالا، کوارک پایین، کوارک شگفت، کوارک افسون و کوارک ته یا زیبایی) بیایند و در محیط آزمایشگاهی به صورت جداگانه نگهداری کنند، اما کوارک سر یا حقیقت در سال ۱۹۹۵ در آزمایشگاه شتاب‌دهنده‌ی ملی فرمی‌لب (Fermilab) در ایالت ایلینویز آمریکا کشف شد. تلاش برای یافتن کوارک حقیقت نیز همانند جستجوهای بوزون هیگز پرزحمت بود. تولید کوارک حقیقت بسیار سخت است؛ زیرا این کوارک ۱۰۰ تریلیون بار سنگین‌تر از کوارک بالاست و در نتیجه به انرژی بسیار زیادی برای تولید آن درون شتاب‌دهنده نیاز داریم.

ذرات بنیادی در طبیعت

نیروی الکترومغناطیس، نیروی گرانش، نیروی هسته‌ای قوی و نیروی هسته‌ای ضعیف، چهار نیروی اساسی و بنیادین طبیعت هستند. هرکدام از این نیروها به یک ذره‌ی بنیادین مربوط می‌شوند.

از میان ذرات بنیادین طبیعی، فوتون‌ها از همه شناخته‌شده‌تر هستند و نیروی الکترومغناطیسی را با خود حمل می‌کنند. گلوئون‌ها، حامل نیروهای هسته‌ای قوی می‌باشند که به همراه کوارک‌ها درون پروتون و نوترون‌ها ساکن می‌شوند. نیروی هسته‌ای ضعیف که واکنش‌های هسته‌ای خاصی را سبب می‌شود، توسط دو ذره‌ی بنیادی بوزون W و Z تولید می‌شود. نوترینوها که تنها تحت‌تاثیر نیروهای هسته‌ای ضعیف و گرانش قرار می‌گیرند، به این بوزون‌ها واکنش نشان می‌دهند و فیزیکدانان حاضر در سرن (CERN) توانستند به کمک نوترینوها وجود این بوزون‌ها را ثابت کنند.

از آن‌جا که گرانش با مدل استاندارد سازگاری ندارد، فیزیکدانان معتقدند که ممکن است گرانش نیز ذره‌ی بنیادین مربوط به خود را به نام گراویتون داشته باشد. اگر گراویتون‌ها وجود داشته باشند، ممکن است بتوانیم آن‌ها را در برخورد‌دهنده‌ی بزرگ هادرونی (LHC) ژنو در سوئیس به وجود آوریم. اما به گفته‌ی محققان سرن، آن‌ها به سرعت در ابعاد دیگری ناپدید می‌شوند و از خود فضایی خالی به جا می‌گذارند. تا به امروز LHC شواهدی از گراویتون‌ها یا ابعاد بالاتر را مشاهده نکرده است.

جهان‌های موازی : نظریه‌ها و شواهد
در این شبیه‌سازی‌ از رفتار ذرات بنیادی، تولید بوزون هیگز در برخورد دو پروتون با یکدیگر درون برخورد‌دهنده‌ی بزرگ هادرونی نشان داده شده است. بوزون هیگز به سرعت به چهار میون که نوعی از الکترون‌های سنگین است، واپاشی می‌کند. این میون‌ها توسط آشکارساز جذب نمی‌شوند. مسیر میون‌ها با رنگ زرد نشان داده شده است. اعتبار تصویر: Lucas Taylor/CMS
در این شبیه‌سازی‌ از رفتار ذرات بنیادی، تولید بوزون هیگز در برخورد دو پروتون با یکدیگر درون برخورد‌دهنده‌ی بزرگ هادرونی نشان داده شده است. بوزون هیگز به سرعت به چهار میون که نوعی از الکترون‌های سنگین است، واپاشی می‌کند. این میون‌ها توسط آشکارساز جذب نمی‌شوند. مسیر میون‌ها با رنگ زرد نشان داده شده است. اعتبار تصویر: Lucas Taylor/CMS

بوزون هیگز گریزان

در آخر به بوزون هیگز می‌پردازیم که برترین ذرات بنیادی و مسئول جرم دهی به باقی ذرات است. شکار بوزون هیگز، برای دانشمندانی که می‌خواستند نظریه‌ی مدل استاندارد را تکمیل کنند، تلاشی عظیم بود. زمانی‌که بوزون هیگز در نهایت در سال ۲۰۱۲ مشاهده شد، فیزیکدانان بسیار هیجان‌زده شدند اما نتایج به دست آمده، دوباره آن‌ها را در موقعیت سختی قرار داد.

بوزون هیگز دقیقا شبیه به همان چیزی بود که دانشمندان انتظار دیدنش را داشتند. اما آن‌ها امیدوار بودند چیز بیشتری از این ذره دریابند. همان‌طور که می‌دانیم مدل استاندارد، یک نظریه‌ی ناقص است. به عنوان مثال، این نظریه توضیحی برای گرانش ندارد و دانشمندان تصور می‌کردند، مشاهده‌ی بوزون هیگز می‌تواند منجر به ارائه‌‌ی نظریات دیگری شود که بتواند جایگزین مدل استاندارد باشد؛ اما تا به امروز در این زمینه موفق نشده‌اند.

منبع: livescience.com

 دسته‌ها:
avatar
  Subscribe  
Notify of

رصد و اکتشافات فضایی

ماه‌گرفتگی چیست
ماه‌گرفتگی چیست و ماه‌گرفتگی بعدی چه زمانی اتفاق می‌افتد؟
35
کشف ماده ژله‌ای در ماه
کشف ماده ژله‌ای توسط کاوشگر چینی در قسمت پنهان ماه
99
گذر کاوشگر خورشیدی پارکر
سومین گذر کاوشگر خورشیدی پارکر از نزدیکی خورشید
65
بارش شهابی برساووشی
چرا بارش شهابی برساووشی سالی یک‌بار اتفاق می‌افتد؟
47
سیاره پرجرم
دومین سیاره پرجرم در مدار ستاره‌ی همسایه‌مان پیدا شد
66

ذرات بنیادی

کار برخورددهنده هادرونی بزرگ
تاریخچه سرن (قسمت ۱۷): آغاز به کار برخورددهنده هادرونی بزرگ
23
بزرگترین آهنربا ابررسانا در سرن
تاریخچه سرن (قسمت ۱۶): بزرگترین آهنربا ابررسانا در سرن
17
50 سالگی سرن
تاریخچه سرن (قسمت ۱۵): افتتاح ساختمان کروی و جشن ۵۰ سالگی سرن
16
تحقیقات سرن
تاریخچه سرن (قسمت ۱۴): تحقیقات سرن گسترش می‌یابد
17
پادهیدروژن
تاریخچه سرن (قسمت ۱۳): پادهیدروژن در سرن ساخته می‌شود
40