» » ذرات بنیادی بسیار ریز

مهرگان
 
 
 

ذرات بنیادی بسیار ریز

4 اردیبهشت 1392

ذرات بنیادی بسیار ریز


ذرات بنیادی بسیار ریز


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.

ذرات بنیادی بسیار ریز


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.

ذرات بنیادی بسیار ریز


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.

جهان، بزرگ‌ترین مجموعه ممکن است که از ذرات بنیادی (به انگلیسی: Elementary particle)‏ شکل یافته است. این ذرات توسط نیروهای گرانشی، الکترومغناطیسی و هسته‌ای به هم پیوند یافته‌اند. سلسله مراتب ساختمانی آن در فضا ( از هسته‌های اتم گرفته تا ابر کهکشانها) و سیر تکاملی آن (از گوی آتشین تا اشکال کنونی) توسط ویژگیهای ذرات بنیادی و برهمکنش آنها اداره می‌شود. بنابراین، تشریح ساختمان جهان و تکامل آن بر اساس خواص و برهمکنش ذرات بنیادی صورت می‌گیرد.

ماده جهان از ذرات بنیادی تشکیل شده است. اجسام، بدن انسان، ستارگان و ... سیستم‌هایی متشکل از ذرات بنیادی هستند که از نظر تعداد و نحوه جفت و جور شدن با هم تفاوت دارند. بنابراین، وجود ذرات بنیادی باید در تمام پدیده‌های جهان ملموس باشد. فیزیک ذرات بنیادی درک عمیقتر و دید بالایی را در مورد ساختمان و تکامل اجسام منفرد مانند اتم‌ها، مولکول‌ها، بلورها، صخره‌ها، سیارات، ستارگان، منظومه‌های ستاره‌ای و کل جهان ارائه می‌دهد. برای همین مطالعه ذرات بنیادی برای فیزیک معاصر و بخصوص اختر فیزیک و کیهان شناسی اهمیت اساسی دارد.

ذرات بنیادی بسیار ریز


جرم ذرات بنیادی:
جرم ذرات بنیادی بسیار کوچک است، از اینرو آنها را می‌توان تا سرعت بالایی رساند. مانند فوتونها که بدون جرم بوده و بالاترین سرعت ممکن «سرعت نور) را دارا هستند. سبکترین ذره با جرم غیر صفر الکترون است با جرمی در حدودme = 9x10-28 gr اغلب به عنوان واحدی برای سنجش جرم سایر ذرات به کار می‌برند. جرم پروتون برابر mp=1836me و جرم نوترون mn=1838.6me می‌باشد.

انرژی ذرات بنیادی:
انرژی به سبب تغییرپذیری زیادش بر کل جهان حاکم است که ساختمان فضایی، تکامل زمانی تمام سیستم‌ها از ذرات بنیادی گرفته تا خوشه‌های کهکشانی را تعیین می‌کند. این تنوع انرژی به چند برهمکنش معدود بین ذرات بنیادی می‌تواند تقلیل یابد.

عدد باریونی:
ذرات سنگین، باریون نام دارند. چنانچه باریونها به حال خود رها شوند، متلاشی می‌گردند. تنها باریون پایدار پروتون است. در تمام فرایندهای مشاهده شده، تعداد باریونها همواره بقا دارد «قانون بقای باریون ΔN=0).قانون بقای باریون پایداری پروتونها را بیان می‌کند، باریونی سبکتر از پروتون وجود ندارد. آزمایشات نشان داده‌اند که مدت زمانی که طول می‌کشد تا پروتون تلاشی یابد 1012 بار طولانی تر از عمر جهان باشد. عدد بار یونی را با N نشان می‌دهند که برای باریونها (پروتون، نوترون، هیپرونها) N=+1، برای پاد باریونها N=-1 برای سایر ذرات مزونها، لپتونها) N=0، برای هسته‌ها N>+1 ( N برابرعدد جرمی A است) و برای پاد هسته‌ها N<-1(Nبرابر –A است) می‌باشد.

عدد لپتونی:
فرمیونهای سبک همان لپتونها هستند که عدد لپتونی را با L نشان می‌دهند. برای لیپون‌ها «الکترون، موئون، نوترینو) این عدد برابر L=+1، برای غیر لیپونها (باریونها، بوزونها) این عدد برابر L=0 و برای پالیتونها «پوزیترون، موئون مثبت، پادنوترینو) این عدد برابر L=-1 می‌باشدو قانون بقای لیپتون بصورت ΔL=0 می‌باشد. یعنی مجموع تمام لیپتونها قبل و بعد از واکنش مقدار ثابتی دارند.

ایزواسپین:
برهمکنش قوی نوکلئون‌ها در هسته، به بار الکتریکی بستگی ندارد. اندرکنش‌های N-P ، N-N ، P-P، همگی شبیه هم هستند و تفاوت چندانی بین نکلئونهای باردار و خنثی وجود ندارد. که اختلاف آنها به وسطه ایزواسپین بیان می‌شود.

زوجیت:
زوجیت یکی از ویژگیهای اساسی ذرات بنیادی است که متناظر با انعکاس آینه‌ای مختصات فضایی است. این ویژگی، یک خاصیت تقارنی تابع موج است. زوجیت ممکن است مثبت یا منفی باشد بر حسب آنکه تابع موج در اثر انعکاس فضایی، زوج یا فرد باشد. زوجیت در بر همکنش‌های قوی و الکترومغناطیسی بقا دارد. اما در برهمکنش‌های ضعیف نقض می‌شود.
چکیده

ذرات بنیادی واحدهای اساسی برای ساختمان جهان می‌باشند و بر اساس جرم در حال سکونشان به باریون‌ها (ذرات سنگین)، لپتون‌ها (ذرات سبک) و مزون‌ها (ذرات میان وزن) طبقه‌بندی می‌شوند.
بیشتر ذرات بنیادی و احتمال تمام آنها می‌توانند در نتیجه تبدیل انرژی به ماده به وجود آیند حداقل انرژی لازم برای تولید گروهی از ذرات از معادله انرژی انیشتین بدست می‌آید.
در چگالی‌های زیاد ذرات ناپایدار «نوترون، هیپرونها، مزونها) پایدار می‌شوند. و نیز ذرات پایدار «الکترون و پروتون) می‌توانند در اثر برخوردهای متقابل با ذرات خود نابود شوند.
چنانچه واحدهای اساسی پایدار (ذرات بنیادی پایدار)، دارای وجود تضمین شده‌ای نباشند، هیچ چیز در جهان مادی وجود تضمین شده‌ای نخواهد داشت.

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.

ذرات بنیادی بسیار ریز


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

ذرات بنیادی بسیار ریز


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

ذرات بنیادی بسیار ریز


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.

ذرات بنیادی بسیار ریز


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.

ذرات بنیادی بسیار ریز


تا اینجا 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.

ذرات بنیادی بسیار ریز


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.

ذرات بنیادی بسیار ریز


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.

ذرات بنیادی بسیار ریز


موفق باشید

علمی


ارسال نظر

نام:
ایمیل:
متن نظر:
 
برای مشاهده بهتر سایت از مرورگر فایرفاکس ، اُپرا و یا گوگل کروم استفاده نمایید