ذرات بنیادی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
مدل استاندارد ذرات بنیادی

ذره بنیادی (به انگلیسی: Fundamental particle)یا ذره ابتدایی(به انگلیسی: Elementary particle) ذره‌ای است که هنوز ساختار داخلی آن مشخص نشده باشد. ذرات بنیادی شناخته شده در فیزیک توسط نظریه‌ای به نام مدل استاندارد ذرات بنیادی بررسی می‌شوند. این ذرات متشکل از فرمیون‌های بنیادی(که ماده و پاد ماده را می‌سازند) و بوزون‌های بنیادی(که بیشتر حامل نیروهای طبیعت هستند) می‌شوند. هر ذره‌ای که از چند ذره بنیادی تشکیل شده باشد یک ذره ترکیبی است.

تاریخچه[ویرایش]

ابتدای فیزیک ذرات را می‌توان به قرن ششم پیش از میلاد و کارهای فیلسوفان اتمیست نسبت داد.

دوره کلاسیک[ویرایش]

بررسی علمی ذرات تشکیل دهنده ماده در ۱۸۹۷ و کشف الکترون توسط تامسون شروع می‌شود. او مدل اتمی موسوم به مدل خمیری تامسون را معرفی کرد. با آزمایش پراکندگی رادرفورد این مدل رد شد و هسته اتم کشف گردید. رادرفورد مدل اتمی خود به نام مدل رادرفورد را معرفی کرد. در ۱۹۱۴ نیلز بور مدل اتمی خود را پیشنهاد کرد. توافق طیف اتم هیدروژن با نظریه بور بسیار جالب بود. در همین دوره هسته هیدروژن را پروتون نامیدند اما قادر به توضیح عدد اتمی عناصر دیگر نشدند. سرانجام با کشف نوترون توسط چادویک در سال ۱۹۳۲ دوره کلاسیک ذرات بنیادی به پایان رسید.

۱۹۳۲ - ۱۹۴۷[ویرایش]

سه مبحث مهم در این دوره مطرح گشتند:

۱- مزون‌ها

سوالی که پیش می‌آمد این بود که چه چیزی پروتون‌های با بار مثبت را در هسته در کنار هم نگه می‌داشت؟ در ۱۹۳۴ یوکاوا وجود نیروی قوی هسته‌ای را پیش‌بینی نمود. اینشتین قبلا ذره‌ای را حامل نیروی الکترومغناطیس توصیف کرده بود این ذره فوتون نام داشت. حال سؤال این بود که آیا این نیروی جدید را هم می‌شود با یک ذره حامل نشان داد؟ که یوکاوا نام ذره پیشنهادی حامل این نیرو را مزون گذاشت. هرچند بعدها این ذره میون نامیده شد و مزون به رده دیگری از ذرات گفته شد. در سال ۱۹۳۷ این ذره در آزمایشگاه کشف شد.

۲- پادذره‌ها

در ۱۹۲۷ هنگامی که دیراک معادله شرودینگر را به صورت نسبیتی بازنویسی کرد به جواب عجیبی برخورد. به ازای هر جواب مثبت انرژی، یک جواب منفی نیز به دست می‌آمد. دیراک این جواب‌ها را با نظریه حبابی توصیف کرد تا این که در دهه چهل میلادی فاینمن تعریف ساده‌تری برای این جواب ارایه داد، این جواب‌ها ذرات پادماده را توصیف می‌کردند. در ۱۹۳۱ پاد ماده الکترون، در ۱۹۵۵ پاد ماده پروتون در آزمایشگاه کشف شدند.

۳-نوترینوها

در ۱۹۳۰ بررسی واپاشی هسته خواص عجیبی را نشان می‌داد. مقداری از انرژی طی واپاشی گم می‌شد. ولفگانگ پاولی پیش‌بینی کرد که ذره‌ای دیگر این انرژی را با خود حمل می‌کند. این ذره را نوترینو نامیدند. نوترینو سالها بعد در آزمایشگاه کشف شد.

با این اکتشاف‌ها گمان می‌رفت که تمام ذرات بنیادی یافت شده و مشکل توضیح داده نشده‌ای وجود ندارد.

جنگل ذرات[ویرایش]

در سال ۱۹۴۷ راچستر و باتلر در اتاقک ابر پدیده‌ای جدید را مشاهده کردند. این یک ذره جدید بود پس از آن موجی از اکتشافات ذرات جدید به راه افتاد. این ذرات نوین را ذرات شگفت نامیدند چون خواص شگفتی داشتند. تعداد زیاد ذره‌ها و این که نمی‌توانستند این ذرات را دسته بندی کنند سردرگمی زیادی در فیزیک ذرات بنیادی به وجود آورد.

مدل کوارک و راه هشتگانه[ویرایش]

در ۱۹۶۱ موری گلمان روشی برای دسته بندی ذرات کشف شده ارایه کرد. او جدولی که که به نام راه هشتگانه بود را ساخت که توسط آن می‌شد ذرات بنیادی کشف شده را دسته‌بندی کرد. این کار شبیه به جدول تناوبی مندلیف بود.

بر اساس این جدول در ۱۹۶۴ گلمان و شوایگ پیشنهاد کردند که در واقع این ذرات کشف شده خود از ذرات ریزتری تشکیل شده‌اند که این ذرات را کوارک نامیدند.

مدل کوارک بسیاری از خواص ذرات را به درستی پیش‌بینی می‌کرد ولی بنیان تجربی برای درستی مدل کوارکی وجود نداشت.

انقلاب نوامبر[ویرایش]

در نوامبر ۱۹۷۴ دو تیم پژوهشی به صورت همزمان مزون جدیدی به نام مزون سای را کشف کردند. به این رویداد انقلاب نوامبر گفته می‌شود. بحث‌های زیادی در مورد ماهیت این ذره در گرفت ولی سر انجام تنها مدل کوارکی بود که توصیف درستی از این ذرات ارایه داد. این در واقع بر پایه چهارمین کوارکی بود که مدل کوارکی پیشنهاد می‌داد. پس از این کشف مدل کوارکی وجود شش کوارک را پیش‌بینی کرد.

مدل استاندارد[ویرایش]

در ۱۹۷۸ سرانجام یک توصیف همه‌جانبه از ذرات بنیادی به وجود آمد که با این توصیف مدل استاندارد ذرات بنیادی گفته‌می‌شود. مدل استاندارد هنوز هم در فیزیک ذرات کاربرد دارد.


رده‌بندی ذرات بنیادی[ویرایش]

نوشتار اصلی: فهرست ذرات

فرمیون‌های بنیادی[ویرایش]

فرمیون‌های بنیادی به دو گروه اصلی کوارک و لپتون طبقه‌بندی می‌شوند.

کوارک[ویرایش]

کوارک‌ها ذراتی هستند که هر چهار نیروی بنیادی بر آن‌ها اثر می‌گذارد.

۱- کوارک بالا و کوارک پایین

۲- کوارک شگفت و کوارک افسون

۳- کوارک سر و کوارک ته

لپتون[ویرایش]

ذراتی که تنها نیروی قوی هسته‌ای بر آن‌ها اثر نگذارد، لپتون نامیده می‌شوند.

۱- الکترون و الکترون نوترینو

۲- میون و میون نوترینو

۳- تاو و تاو نوترینو

بوزون‌های بنیادی[ویرایش]

بوزون‌های بنیادی به دو دسته بوزون‌های پیمانه‌ای و بوزون نرده‌ای تقسیم می‌شوند.

بوزون‌های پیمانه‌ای[ویرایش]

حامل‌های نیروهای بنیادی طبیعت این دسته را تشکیل می‌دهند.

۱- فوتون

۲- بوزون‌های دبلیو و زد

۳- گلوئون

۴- گراویتون (ذره فرضی)

بوزون نرده‌ای[ویرایش]

بوزون هیگز

تعداد ذرات بنیادی در کیهان[ویرایش]

خواص ذرات بنیادی[ویرایش]

مدل استاندارد[ویرایش]

نوشتار اصلی: مدل استاندارد

مدل استاندارد فیزیک ذرات بنیادی، نام نظریه‌ای مربوط به نیروهای الکترومغناطیس، هسته‌ای قوی، هسته‌ای ضعیف و همچنین طبقه‌بندی ذرات زیراتمی شناخته‌شده است. این مدل در نیمه دوم قرن بیستم در نتیجه تلاش‌های مشارکت‌آمیز دانشمندان در عرصه جهانی شکل گرفت. در این مدل جهان و نیروهای بنیادی به جز گرانش، از ۶۱ ذره بنیادی تشکیل شده‌اند. مدل استاندارد در حال حاضر نظریه اصلی و مورد پذیرش جامعه علمی در مورد ذرات بنیادی می‌باشد. در ساختار اصلی مدل استاندارد نیروی گرانش بررسی نمی‌شود اما در برخی تعمیم‌های مدل استاندارد نیروی گرانش توسط ذره‌ای به نام گراویتون توضیح داده می‌شود.

فراتر از مدل استاندارد[ویرایش]

مدل استاندارد با وجود موفقیت‌های زیاد، قادر به توضیح کلیه پارامترها نیست و باید برخی از پارامترها به صورت اختیاری در نظریه وارد شود. برای رفع این موضوع نظریه‌هایی فراتر از مدل استاندارد ارائه گشته است.

نظریه وحدت بزرگ[ویرایش]

نوشتار اصلی: نظریه وحدت بزرگ

نظریّهٔ وحدت بزرگ یاGUT به هرکدام از نظریه‌ها و مدل‌هایی می‌گویند که پیش‌بینی‌شان این است که در انرژی‌های بسیار بالا (بیشتر از ) نیروهای الکترومغناطیسی، هسته‌ای ضعیف، و هسته‌ای قوی یک میدان نیروی واحد بوده‌اند.


گرانش کوانتومی[ویرایش]

نوشتار اصلی: گرانش کوانتومی

گرانش کوانتومی، مبحثی در فیزیک نظری است که قصد آن متحد کردن نظریه نسبیت عام با مکانیک کوانتومی است.

ابرتقارن[ویرایش]

نوشتار اصلی: ابرتقارن

در نظریه‌های ابر تقارن به ازای هر فرمیون یک بوزون ابرشریک آن و به ازای هر بوزون یک فرمیون ابر شریک فرض می‌شود.


نظریه ریسمان[ویرایش]

نوشتار اصلی: نظریه ریسمان

در نظریه ریسمان، بنیادی‌ترین حالت ماده ریسمان‌ها نامیده می‌شوند که ارتعاش‌های مختلف آن‌ها ذرات بنیادی دیگر را تولید می‌کند.

منابع[ویرایش]

۱. مقدمه‌ای بر ذرات بنیادی، دیوید گریفیت، تهران نوپردازان ۱۳۸۴

۲.مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «Elementary particle»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد (بازیابی در ۱۶ اوت ۲۰۱۶).

جستارهای وابسته[ویرایش]