منو

دنیای شگفت انگیز ذرات

: دنياي شگفت انگيز ذرات :

دنياي شگفت انگيز ذرات

احتمالا از دبيرستان به ياد داريد كه مواد اطراف ما از الكترون ، پروتون و نوترون تشكيل شده اند. در نگاه اول اين حرف درست است : اتمهايي كه مواد اطراف ما را تشكيل داده اند ، نه فقط روي زمين ؛ بلكه در ديگر نقاط عالم از يك هسته تشكيل شده اند كه تعداد مشخصي الكترون در مناطق بخصوصي حول آن مي چرخند. در هسته نيز تعداد مشخصي پروتون و نوترون وجود دارد و تفاوت عناصر مختلف در تعداد پروتون هاي موجود در هسته است ؛ اما فهميدن اين موضوع خيلي طول كشيد. اولين ذره اتمي در سال 1895 كشف شد ، زماني كه لامپهاي كاتدي موضوع روز بودند. در آن زمان تابش كاتدي با بار الكتريكي منفي شناسايي شد كه بعدها مشخص شد خاصيت ذره اي دارد و به همين دليل ، اين ذره را الكترون ناميدند. در سال 1896 ، تابش X و مواد راديو اكتيو شناسايي شدند. در سال 1899 ، ذرات آلفا شناسايي شدند و بعدها مشخص شد اين ذرات ، درواقع اتمهاي هليوم هستند كه الكترون هاي خود را از دست داده اند. به عبارت ديگر، ذرات آلفا هسته اتم هليوم هستند كه از 2پروتون و 2نوترون تشكيل شده است .

اما در سال 1911 ، مدل اتمي نيلز بوهر ارائه شد كه براساس آن هسته اي سنگين با بار مثبت در مركز اتم قرار داشت و الكترون هاي سبك در مدارهاي شخصي حول آن مي چرخيدند. اين مدل بسياري از خواص اتمها را توجيه مي كند. در همين سال ، آزمايش ديگري با استفاده از قطرات ريز روغن صورت گرفت و رابرت ميليكان توانست بار الكترون را اندازه گيري كند. در سال 1932 ، آخرين ذره اتم يعني نوترون به طور مستقل كشف شد و بدين سان ، دانش دبيرستاني ما در مورد اجزاي تشكيل دهنده ماده شكل گرفت . اما اين آغاز ماجرا بود. در سال 1928 ، دانشمندي انگليسي به نام پل ديراك ، با تلفيق نظريه نسبيت خاص اينشتين و معادلات مكانيك كوانتوم ، معادله جديدي به دست آورد كه به معادله ديراك مشهور شد. اين معادله وجود ذره اي مشابه الكترون را پيش بيني مي كرد كه فقط بار الكتريكي مخالف الكترون داشت (يعني بار الكتريكي مثبت). نام اين ذره خيالي را پوزيترون نهادند؛ ولي هنگامي كه در سال 1932 وجود اين ذره طي يك آزمايش به اثبات رسيد، مسير دنياي علم تغيير كرد. پل ديراك هم مانند ديگر دانشمنداني كه اكتشافات مذكور را به عمل آوردند، مفتخر به دريافت جايزه نوبل فيزيك شد.

پوزيترون ، نخستين پادماده اي بود كه كشف شد و درك ما را نسبت به جهان متحول كرد. اگر ذره اي با پادذره اش برخورد كند، هر دو نابود مي شوند و انرژي آزاد مي كنند. مقدار انرژي آزاد شده و جرم ذره و پادذره با دقت تمام از رابطه E=mc2 مي آيند. تاكنون ذره اي كشف نشده كه فاقد پادذره باشد. در سال 1937 ، اولين ذره جديد كشف شد. ميون ، ذره اي مشابه الكترون ولي با جرم بيشتر و بالطبع ناپايدارتر از آن . در سال هاي بعد نيز ذرات بيشتري كشف شدند، مانند فرون هاي پاي ، با ريون لامبدا ، فرون K ، نوترينوها و انبوهي ديگر از ذرات . تعداد ذرات بسيار بسيار زياد شده بود و همه در تلاش بودند نظريه اي ارائه كنند تا اين جمعيت زياد را منظم كند . در سال 1963 ، هوري گلمان نظريه اي ارائه كرد مبني بر آن كه ذراتي مانند پروتون و نوترون ، از ذرات كوچكتري تشكيل شده اند كه بارشان مضربي از ثلث بار الكترون است . اين نظريه بسيار عجيب بود ولي به مرور زمان كارايي خود را نشان داد ، تا جايي كه موفقيت هاي آن جايزه نوبل را براي گلمان به ارمغان آورد .

امروزه مدل استاندارد ذرات ، انواع مختلف ذرات بنيادي و واكنش هاي آن را بخوبي تفسير مي كند. طبق اين مدل ، مواد اطراف ما از 2گروه اصلي تشكيل شده اند: لپتون ها و هادرون ها. در حال حاضر 6لپتون شناخته شده است كه به همراه پاد ذرات آنها 12عدد مي شود! 6 لپتون عبارتند از : الكترون ، ميون ، تاو، نوترينوي الكترون ، نوترينوي ميون و نوترينوي تاو. به نظر مي رسد لپتون ها از چيز ديگري تشكيل نشده باشند. اما هادرون ها، انواع ذراتي هستند كه از كوارك ها تشكيل شده اند. طبق مدل استاندارد، 6كوارك داريم كه همراه با پادكوارك ها ، 12ذره بنيادي ديگر را تشكيل مي دهند. اين كوارك ها به ترتيب اكتشاف عبارتند از: بالا (Top) ، پايين (down) ، شگفت (Strange) ، افسون (charm) ، ته (bottom) و سر (top) شايد از خودتان بپرسيد اين همه ذره چه كمكي به ما مي كند. واقعيت ماجرا آن است كه زماني تمام اين ذرات وجود داشته اند. در يك هزار ميليارديم ثانيه پس از مهبانگ ، دما به قدري زياد بود كه كوارك ها آزادانه در حركت بودند. يك ميليونيم ثانيه پس از مهبانگ ، هادرون ها و لپتون ها شكل گرفتند و به همين ترتيب ماجرا ادامه يافت . دانشمندان توانسته اند شتاب دهنده هايي بسازند كه تا يك ميليارديم ثانيه پس از مهبانگ را شبيه سازي كند و ما را با خصوصيات عالم در آن زمان آشنا سازد. دانشمندان در تلاشند با ساخت شتاب دهنده هاي بزرگتر مانند LHC در سرن به مهبانگ نزديكتر شوند و دركشان را از عالم پيرامون افزايش دهند.

منبع :جام جم و ملاصدرا