همه چیز درباره اتم و ذرات بنیادی

فیزیک ذرات بنیادی بخشی از فیزیک است. موضوع مورد مطالعه ی فیزیکدانان ذرات بنیادی این است که بدانند جهان از چه ذراتی ساخته شده و این ذرات چگونه در کنش با یکدیگر هستند. اما این ذرات چه هستند؟ در حدود سال 1900 تصور می شد که اتم سنگ بنای جهان است و غیر قابل تجزیه می باشد بزودی مشخص شد که اتم از یک هسته ی مرکزی با الکتریکی مثبت و تعدادی الکترون که در اطراف آن در گردشند، تشکیل شده است هنگامیکه هسته مورد مطالعه قرار گرفت، فیزیکدانان متوجه شدند که هسته از پروتون با بار الکتریکی مثبت و نوترون که از نظر الکتریکی حنثی است تشکیل شده و الکترونها در اطراف آن در گردشند ماده از چه ذراتی ساخته شده است؟

 

هرچه تحقیقات روی هسته بیشتر انجام می شد، ذرات جدیدی کشف می شدند. همچنین تحقیقات بیشتر نشان داد که پروتونها و نوترونها نیز از ذرات دیگری که کوارک نامیده شدند ساخته شده است سرانجام فیزیکدانان ذرات سازنده ی ماده را به دو دسته لپتونها و کوارکها تقسیم کردند در این تقسیم بندی هادرونها از جمله پروتون و نوترون ذره ی بنیادی نیستند و از کوارکها ساخته شده اند پاد ماده  یکی از کشفیات بسیار جالب، کشف پاد ماده است برای هر ذره ی بنیادی یک ذره دیگری وجود دارد که آن را پا ماده ی آن می نامند به عنوان مثال پاد ماده ی الکترون، پوزیترون است که تنها از نظر الکتریکی با هم تفاوت دارند ماده و پاد ماده یکدیگر را جذب کرده و به انرژی تبدیل می شوند بهمین دلیل آنها را پاد ماده می نامند توجه شود که پاد ماده تنها یک اصطلاح است و از نظر فیزیکی هر دوی آنها ماده می باشند

 

اسپین یکی از خواص ذرات مانند جرم و بار است. اسپین اندازه ی حرکت زاویه ای ذره است و ساده ترین راه برای اندازه گیری اندازه حرکت زاویه ای ذره بر اثر گردش آن است در واقع سخن از گردش ذره درست نیست، بلکه اندازه حرکت زاویه ای ذره یکی از خواص ذاتی ذرات است اسپین نظیر اندازه حرکت و انرژی در تمام مراحل ثابت است

 

یک خاصیت دیگر جالب کوارکها این است که هیچگاه کوارکها به تنهایی مشاهده نمی شوند و آنها در کنار یکدیگر قرار دارند و ذرات مرکب را می سازند این ذرات مرکب هادرون نامیده می شوند کوارکها نطیر الکترون و پروتون دارای بار الکتریکی هستند. اما بار الکتریکی کوارکها کسری از بار الکتریکی پایه است

 

همه ی این نیروها توسط ذرات تبادلی حمل می شوند به عنوان مثال ذرات تبادلی نیروی الکترومغناطیسی فوتون نامیده می شود الکترون و پروتون با انتشار و جذب فوتون همدیگر را جذب می کنند همچنین نوترینو یک ذره بدون بار الکتریکی است، بنابراین فوتون منتشر یا جذب نمی کند

همه ی اجسام پایدار موجود در جهان از یک نوع لپتون (الکترون) و دو کوارک (بالا-پایین) ساخته شده اند که ترکیب این دو کوارک بصورت پروتون و نوترون ظاهر می شود در هر صورت شش تای آنها پیشگویی و مشاهده شده اند و شش تای دیگر مشاهده نشده اند، زیرا کوارکها و لپتونهای سنگین به دلیل وجود نیروی هسته ای ضعیف قابل مشاهده نمی باشند نیروی هسته ای ضعیف باعث می شود که کوارکها و لپتونهای سنگین به کوارکها و لپتونهای سبکتر واپاشیده شوند

 

ذره ی حامل نیروی واپاشی لپتونها و کوارکهای سنگین W+ and W- هر کدام از اینها شامل یک ذره ی باردار و یک ذره ی خنثای Z است علاوه بر بار الکتریکی، کوارکها دارای خاصیت دیگری هستند که بار - رنگ نامیده می شود. colour charge نیروی بین درات بار - رنگب سیار قوی است که آنرا نیروی قوی می نامند نیروی قوی بسیار سخت و جاذبه است که روی پروتونها و نوترونها اعمال می شود این نیرو بر نیروی دافعه الکتریکی بین پروتونها غلبه می کند و موجب می شود هسته پایدار بماند در واقع نیروی قوی بین کوارکها اعمال می شود ذره ای که این نیرو را حمل می کند گلوئون نامیده می شود

 

با توجه به مطالب بالا مدل استاندارد ذرات بنیادی به شرح زیر است شش عدد کوارک شش عدد لپتون و چهار بوزون که نیروها را حمل می کنند. بطور کلی ذراتی که ماده را می سازند فرمیون و ذراتی که نیرو ها را حمل می کنند بوزون نامیده می شوند