| X Close | ||
مفهوم چهار نيروي بنيادي چيست ؟
بين ذرات بنيادي چهار نوع نيرو عمل مي كنند كه آنها را نيروهاي بنيادي يا اوليه مي نامند.
1_ نيروي پر قدرت كوارك:
كه نيروي رنگ نيز ناميده مي شود از جدا شدن بيش از حد كواركهاي داخل هسته از يكديگر و يا حتي از پرت شده آنها به خارج جلوگيري مي كند . نيروني پر قدرت كوارك يا نيروق قوي از طريق ذرات مبادله كننده يا به اصطلاح گلوئون ها انتقال مي يابدكه بين كواركها در پرواز هستند اين نيرو مانند چسب پيوستگي بين كواركها را تضمين ميكند نيروي هسته اي كه پروتونها و نوترونها را در هسته اتم به هم پيوسته نگاه مي دارد در واقع نيروي بنيادي نيست بلكه نيرويي است كه از نيروي رنگ كواركها(يعني قويترين نيرويي كه به اشاره مي شود) به دست مي آيد.
2_ نيروي الكترومغناطيسي:
اين نيرو كه صحبت از بارهاي الكتريكي به ميان مي آيد ظاهر مي شود يك ذره داراي بار الكتريكي مثبت به وسيله يك ذره مثبت ديگردفع و به سوي يك ذره داراي با ر الكتريكي منفي جذب مي شود اين نيرو توسط فوتونها يا ذرات نوري مبادله مي شود و در نتيجه اين ذرات نوري كه بين ذرات بار دار در پرواز هستند به يكديگر متصل مي شوند.
3_ نيروي ضعيف:
بسياري از ذرات نسبت به هيچ يك از دو نروي ياد شده در بالا يعني نيروني قوي كوارك و نيروي الكترو مغناطيسي واكنش نشان نمي دهند از آن ميان ذراتي هستند كه فاقد با ر اكلتركي و رنگ هستن براي اين گونه ذرات يك نيروي بنيادي ديگر وجود دارد كه در فاصله هاي خيلي خيلي كم كارگر است.
روش ديگري نيز براي پژوهش در ساختا ر ماده وجود دارد : در اين روش الكترونها يا پروتونهاي شتابدار را با ذرات ديگر برخورد مي دهند و يا باز هم بهتر از آن سنگ بناهاي بسيارپر شتاب را با يكديگر بر خورد مي دهند.انرژي رها شده از اين طريق ر ا مي توان بعداً براي ساخت ذرات جديد كه هنوز ناشناخته هستند به كار گرفت ،زيرا همان طور كه مي دانيد انرژي را مي توان به ماده تبديل كرد . به هر حال انسان براي اين كار نياز به ذرات باردار بسيار پر شتاب دارد كه اين ذرات در دستگاههاي كه اصطلاحاَ شتاب دهنده هاي انر ژي بالا ناميده مي شوند توليد شده و به سرعتهاي بسيار بالايي شتاب مي يابند.
شتاب دهنده چگونه كار مي كند؟
يك الكترون با با ر منفي جذب يك بار مثبت مي وشد در حالي كه يك بار منفي آن را دفع مي كند با كاربرد اين ويژگي مي توان شتاب يك الكترون را همواره بيشتر از قبل كرد . به اين ترتيب كه در جلوي الكترون يك بار مثبت و در پشت آن يك بار منفي ايجاد مي شود . در شبتابدهنده هاي خطي الكترونها يكي پس از ديگري از ميان سيلندرهاي فلزي متعددي به پرواز در مي آيند.
با برقراري يك ميدان الكتريكي متناوب مي توان شرايطي ايجاد كرد كه هميشه سلندري كه در جلوي الكترون قرار دارد داراي با ر مثبت و سيلندر پشت الكترون داراي بار منفي باشد . سيلندري كه ذره پشت سر مي گذارد آن را به جلو پرتاپ مي كند و سيلندري كه در جلو ذره قرار دارد آن را به طرف خود جذب مي كند به گونهاي كه ذره همواره پرشتابتر مي شود و انرژي جنبشي بيشتري مي گيرد . روشن است كه به همين طريق مي توان ذرات ديگر را نيز شتاب داد.
در شتاب دهنده هاي سينكروتون الكتروني كه به عنوان مثال در موسسه" دسي" وجود دارد ابتدا الكترونها در يك شتابدهنده خطي شتاب گرفته آنگاه به داخل يك شتابدهنده حلقوي هدايت مي شوند . قطر اين شتابدهنده حلقوي بيشتر از صدها متر مي شود اين شتابدهنده به صورت يك تونل حلقوي است . در اين تونل بسرعت الكترونها تحت تاثير ميدانهاي الكتريكي (ميدانهاي الكتريكي چندين ميليون ولتي ) به طور مداو م افزايش مي يابد و براي اينكه الكترونها از مدار حلقوي خود خارج نشوند و در اين مدارها باقي بمانند پلهاي مغناطيسي در مسير تونل ايجاد شده اند.
در پايان اين الكترونها ي شتابدار به طور كنترل شده از مسير حلقوي خود خارج شده براي آزمايشهاي گوناگون به كار گرفته مي شوند .در اين آزمايشها الكترونهاي پر شتاب به سمت ذرات ديگري كه اصطلاحاً "هدف " نام دارند رانده مي شوند و با آنها بر خور د مي كنند ،الكترونها در مسير حلقوي خود تا حدود سرعت نور شتاب مي يابند و به عبارت ديگر در مدت يك هزارم ثانيه 300كيلو مسافت را پشت سر مي گذارند . جرم آنها در اين حالت تا چندين هزار برابر افزايش مي يابد .تونلهاي حلقوي كه در آنها امكان برخورد دادن جبهه اي يا رو در روي ذرات بسيار پر شتاب با يكديگر وجود دارد به ويژه باري اين كار مناسب و موثر هستند مجموع انرژي جنبشي اي كه به اين شكل از برخورد دو ذره حاصل مي شود براي ايجاد ماده سنگ بناهاي شناخته شده و يا ناشناس در اختيار ما قرار دارد.
آيا ذره و نيروي اوليه وجود دارد؟
"آلبرت اينشتين " در زمان خود تلاش بسيار كرد كه تمام نيروهاي طبيعي را در يك نيروي اوليه خلاصه كند.
امروز حدود 30سال پس از در گذشت او فيزيكدانها موفق شده اند نشان دهنده كه در درجه حرارتها و انرژيهاي بسيار بالاتفاوت بين نيروي الكتروو مغناطيسي و نيروي ضعيف از بين مي رود امكان دارد كه در در جه حرارتها و انرژي ذره اي خيلي بالتر تفاوت بين نيروي قوي و نيروي ضعيف و همچنين تفاوت بين "لپتونها " و "كواراكها " نيز از بين برود به گونه اي كه فقط يك ذره اوليه و يك نيروي اوليه وجود داشته با شد.
چنين روابطي را حتي با بزرگترين شتابدهنده ها نيز نمي توان برقراركرد ولي "فرضيه وحدت نيروها " احتمالاَ مي توانسته مدت بسيار كوتاهي پس از "انفجار اوليه " وجود داشته باشد يعني زماني كه هنوز تمام كيهان به صورت يك گو ي آتشين فوق فشرده و داراي بار انرژي عظيمي بوده است.
در قلمرو كوچكترينها هنوز مطالب قابل پژوهش زيادي وجود دارد . مثلا فيزيكدانهاي قرن 21 مي توانند اين پرسش را مطرح كنند كه آيا كواركها و الكترونها هم از ذرات كوچكتري ساخته شده اند ؟
تا يافتن پاسخي باري پرسشهاي مطرح شده در اين زمينه بايدبه اين نتيجه غير قطعي اكتفا كنيم كه:
12ذره بنيادي اوليه يعني نوع 6نوع كوارك و 6نوع لپتون وجود دارد كه از آنها فقط 3ذره در ساختار جهان نقشي را به عهده دارند.
ماده شگفت
بيشتر ماده اي كه ما درعـــالم مي شناسيم ، ستاره هـــا ، سحابي ها ، سيارات وغبارهـــاي مــــيان ستاره اي و . . . . از پروتون ها و نوترون ها ساخته شده اند . تا مـدت ها گمان براين بــودكه اين ذرارت ( پروتون . نوترون و الكترون ) ذرات بنيادي سازنده عـــالم هستند ونمي توان آنــهارا به اجزاي كوچكتــري تقسيم كرد . ايــن باور هنوز در مورد الكترون وجـود دارد . اما تبديل پروتون و نوترون به يكديگر دربرخي واكنش هاي هسته اي وآزمايش هـاي پيشرفـته تــري كه درشتاب دهنده هــاي ذرات بنيادي انجام شد ، نشان دادكه آنـها از ذرات سازنده كوچكتـري به نام كوارك ساخته شده اند . البته كوارك هـانيزانواع مختلفي دارند . تـا كنون شش نوع كـوارك شناخته شـــده است كه با اسامي جالبي نـامگذاري شده انــد: بالا وپايين (up,down) ،افسون وشگفت (charm,strange) وسر و ته (top,dottom) . انتخاب ايـــن اسامي معني خاصي ندارد ، چــون كـوارك هــا نه بالا و پايين دارنــد ونه سر وته ! پروتون هــا ونوترون هـا از دو كـوارك اول ساخـته مي شونـد. دو كوارك d ويك كوارك u پروتون رامي سازنـد. دوكوارك u و يـك كواركd نـــوترون را مي سازنــد . بــراي نـــگه داشتن كوارك هـا كنار يكديگرچسب مخصوصي لازم است . اين وظيفه به عهده ذرات ديــگري است كه گلوئون نام دارنـد . درحالت طبيعي نمي تـوان كوارك هـا را بـه صورت آزاد و مـنفرد يافت . بيشتر مـاده موجــود درعــالم از كوارك هــا ساخته شده است . ايــن كوارك ها درگروهاي سه تايي دربسته اي از جنس گلوئون ها مقيد شده انـد . اما در مـركز يك ستاره نوتروني بي انـدازه چگال ممكن است نوترون ها آن چنان فشرده شونـد كه ساختارشان درهم بشكند و ماده به دريايي ازكوارك هاي آزاد وگلوئون ها و الكترونها تبديل شود. حروف u و d كوارك هاي اوليه در نوترون و پروتون و s كوارك ديگري است كه دراين تبد يل وتحت فشار زياد به وجـود آمده است. e الكترون و g گلوئون است . اما اگر چگالي و فشارآن قـدرزياد باشدكه ساختار پروتون هـا و نوترون هـا درهـم بشكند . شايد ماده جديدي خلق شودكه ديگر ساختارشناخته شده قبلي ماده را ندارد . ديگرنمي توان از ذره يا ذرات به صورت مشخص نام برد ، چرا كه ماده به درياي يكپارچه اي از كوارك ها ، الكترون ها وگلوئون ها تبد يل شده است . چگالي اين مـاده از چگالي هستهء اتـم هـاكه شامل پروتون ها ونوترون هـاي مجزاست ، بسيار بيشتر است و خاصيت هاي آن نيز با خواص ماده معمولي بسيار متفاوت خواهد بود . دانشمندان اين ماده جديد را ماده كواركي يا "ماده شگفت" ناميدهاند . ماده شگفت ممكن است پايدارترين شكل ممكن ماده باشد . تا كنون اين عنوان به هسته اتم آهن اطلاق مي شد كه نقطه پاياني واكنش هاي هسته اي در مركز ستاره هاي سنگين و پر جرم است . اگر چنين باشد ، پس ازساخته شدن ماده شگفت ، براي نگهداري آن به همين شكل فشرده نيازي به گرانش نخواهد بود . برخي نظريه پردازان معتقد ند اين ماده بسيار چگال مي تواند هر شكل ديگري از ماده راكه با آن برخوردكند درهم بشكند وتبديل به ماده شگفت كند . اما جاي نگراني نيست ، چــرا كه حتي اگرايــن اتفاق بيفتد ، سرعت انجام آن بسيار كم است . به هرحال اگر كمي ماده شگفت روي زمين يا خورشيد بريزد ، به سرعت به سمت مركز مي رود و در همان جا باقي مي ماند ، بدون اينكه آسيبي به محيط اطراف وارد كند . فيزيكدانان ذرات بنيادي نيز اميدوارند بتوانند با استفاده از شتاب دهنده نسبيتي آزمايش بروكهاون در مدت بسيار كوتاهي كوارك وگلوئون هاي آزاد ايجاد كنند (كه البته اين وضعيت بسيار ناپايدار است). آسمان بالاي سر ما و اجرام گوناگوني كه در اين فضاي بي انتها قرار دارند آزمايشگاهي طبيعي در اختيار اختر شناسان قرار داده اند تا بتوانند گاهي فيزيكدان ها را پشت سر بگذارند و خيلي سريعتر از آزمايشگاه هاي زميني به نتيجه برسند.
كوارك چيست ؟
