فيزيك ذرات بنيادي

فيزيك ذرات بنيادي

امروزه مدت زيادي نگذشته كه ثابت شده تمامي مواد از مولكول ها، مولكول ها هم از اتم ها، اتم ها از هسته ها و الكترون ها و هسته ها از پروتون ها و نوترون ها تشكيل شده اند اما پروتون ها و نوترون ها والكترون ها از چه چيزي تركيب يافته اند؟ اين ذزات ، ذرات بنيادي يعني ذرات غير قابل تجزيه نام دارند. با فرض اينكه تجزيه بيشتر آنها باعث مي شود كه به ذرات ديگري تبديل شود.

تاريخچه

در اواخر قرن بيستم دانشمندان درباره ساختمان پنهاني ذرات بنيادي به يك مطالعه سيستماتيك و مداوم پرداختند. اين مطالعه ابتدا از نوكلئون ها (اجزاي هسته ) يعني پروتون ها و نوترون ها شروع شد. عموما در فيزيك هسته اي اين كار مي توانست دردوخط اصلي ادامه يابد.

بررسي پديده هاي شامل ذرات بنيادي با فيزيك هسته اي

كوشش براي شكستن يا خرد كردن يك ذره بنيادي در صورت امكان و تبديل آن به اجزا تشكيل دهنده اش اگر اجزا تشكيل دهنده اي داشته باشد. براي اين منظور ذرات مشابه ديگر را با سرعت هاي حتي المقدور نزديك به سرعت نور شتاب داده و اين گلوله هاي شتاب دار را به ذرات بنيادي موجود در اتم هاي ديگر برخورد مي دهند. براي مثال براي بمباران هيدروژن يونيزه شده (يعني پروتون) از پروتون هاي شتابدار يا براي بمباران پروتون و ذرات آلفا از پروتون و ذرات آلفا ي ديگر استفاده گردد.

انرژي لازم براي اين عمل فقط مي تواند به كمك شتابدهنده هاي قوي ذرات باردار فراهم شود توليد ذرات باردار شتابدار براي دسترسي به انرژي هاي دهها ميليون و بالاخره دهها هزار ميليون الكترون ولت زماني يك كار بزرگ تلقي مي شد.

بررسي ساختمان ذرات بنيادي

اين روش بر اساس پديده آشناي نوري قرار داشت. هر چه ماده مورد مشاهده كوچكتر باشد طول موج نور تابانده شده به اين ماده بايستي كوتاهتر گردد. اگر طول موج نور از طول جسم بزرگتر باشد موج به آساني از اطراف جسم عبور كرده و چيزي ديده نمي شود. و اگر از طول جسم كوچكتر باشد موج منعكس شده بازتاب نور) و جسم روشن شده و قابل رويت مي گردد.

ديدگاه موجي ذرات

دوبروي (De Broglie) كشف كرد كه هر چه ذرات سريعتر حركت كنند خواص موجي بيشتري از خود نشان مي دهد. پس از اين كشف تهيه نوعي ميكروسكوپ الكتروني ممكن گرديد كه در آنها الكترون با انرژي 100Kev شتاب داده مي شد. اين ميكروسكوپ رويت اجسام با قطر چند انگستروم را ميسر مي سازد. كه هر آنگستروم برابر 8- ^ 10 سانتيمتر مي باشد.

مطابق نظريه دوبروي هرچه ذرات سنگين تر بوده و سريعتر حركت كند ، طول موج معادل آن كوتاهتر خواهد بود. اين مطالب نشان مي دهد اگر الكتروني تا انرژي چند صد ميليون الكترون ولت شتاب داده شود طول موجش آنقدر كوچك مي شود كه متناسب با اندازه ذرات هسته اي شده و مي تواند براي بررسي ساختمان هسته اتمي بكار رود.

ساختار فيزيك ذرات بنيادي

- از بازتاب و پخش اين فيزيك امواج براي اندازه گيري ذرات داخل هسته استفاده مي شود. اگر الكتروني تا انرژي يك يا دو هزار ميليون الكترون ولت شتاب يابد طول موج الكترون چندين مرتبه كوچكتر از قطر ذرات هسته اي مي شود. اين فيزيك امواج تحقيق ساختمان پروتون هاو نوترون ها را ممكن مي سازد از روزي كه دانشمندان به يك "توپخانه اتمي قوي" مسلح شدند.ذرات جديد اتمي يكي پس از ديگري كشف گرديد.

- انرژي معادل با يك ميليون الكترون ولت موجب كشف الكترون مثبتي به نام پوزيترون شد. شتاب دهنده هايي با صدها ميليون الكترون ولت تهيه مصنوعي مزون ها را ممكن ساخت. مزون ها اولين بار در پرتوهاي كيهاني كشف شدند.توسعه شتابدهنده هاي با انرژي بسيار زياد موجب كشف ضد ذرات گرديد.ضد ذرات تشكيل دهندگان اصلي ضد ماه مي باشد كه عمده ترين انها عبارتند از: ضد پروتون ، ضد نوترون و غيره.

- بسياري از ذرات كشف شده ، ذرات ناپايدارند آنها پس از يك دوره زماني بسيار كوتاه تجزيه شده و به تعدادي ذرات كوچكتر و پايدارتر تبديل مي شود اين ذرات كوچكتر پايدارتر شامل : الكترون ها ، نوترون ها ، اشعه گاما و يا نوترينو ها مي باشند.

- ذرات ناپايدار ممكن است به ضد ذرات معادل خود كه اصولا پايدارترند ، تبديل مي گردند.

- همانگونه تا بحال معلوم شده هيچيك از ذرات بنيادي شناخته شده نمي توانند به اجزا كوچكتر شكسته شوند. آنها همگي به نام ذرات بنيادي معرفي شده است به همين دليل نشان مي دهد كه ساختماني ندارند.

تقسيم بندي ذرات ناپايدار :

ذرات ناپايدار بدو گروه به صورت زير تقسيم مي شوند:

- يك دسته از آن شامل ذرات سنگين تر از الكترون ولي سبك تر از پروتون است كه مزون (Meson) نام دارند.

- گروه ديگر شامل ذرات سنگين تر از پروتون است كه هيپرون(Hyperon) خوانده مي شوند. هيپرون ها فقط به ذرات هسته اي از جمله پروتون ها و نوترون ها تجزيه مي شوند.