۲۸ مرداد ۱۳۹۶

ذرات بنیادی قسمت دوم

ذرات بنیادی قسمت دوم

فیزیک
ذرات بنیادی (
Fundamental Particle Physics)

دید کلی

 مدت
زیادی نگذشته که ثابت شده تمامی مواد از مولکول ها، مولکول ها هم از اتم ها، اتم
ها از هسته ها و الکترون ها و هسته ها از پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده اند اما
پروتون ها و نوترون ها والکترون ها از چه چیزی ترکیب یافته اند؟ این ذزات ، ذرات
بنیادی یعنی ذرات غیر قابل تجزیه نام دارند. با فرض اینکه تجزیه بیشتر آنها باعث
می شود که به ذرات دیگری تبدیل شود.

تاریخچه:

در
اواخر قرن بیستم دانشمندان درباره ساختمان پنهانی ذرات بنیادی به یک مطالعه
سیستماتیک و مداوم پرداختند. این مطالعه ابتدا از نوکلئون ها (اجزای هسته ) یعنی
پروتون ها و نوترون ها شروع شد. عموما در فیزیک هسته ای این کار می توانست دردوخط
اصلی ادامه یابد.

 

 بررسی
پدیده های شامل ذرات بنیادی با فیزیک هسته ای:

کوشش
برای شکستن یا خرد کردن یک ذره بنیادی در صورت امکان و تبدیل آن به اجزا تشکیل
دهنده اش اگر اجزا تشکیل دهنده ای داشته باشد. برای این منظور ذرات مشابه دیگر را
با سرعت های حتی المقدور نزدیک به سرعت نور شتاب داده و این گلوله های شتاب دار را
به ذرات بنیادی موجود در اتم های دیگر برخورد می دهند. برای مثال برای بمباران
هیدروژن یونیزه شده (یعنی پروتون) از پروتون های شتابدار یا برای بمباران پروتون و
ذرات آلفا از پروتون و ذرات آلفا ی دیگر استفاده گردد.
انرژی لازم برای این عمل فقط می تواند به کمک شتابدهنده های قوی ذرات باردار فراهم
شود تولید ذرات باردار شتابدار برای دسترسی به انرژی های دهها میلیون و بالاخره
دهها هزار میلیون الکترون ولت زمانی یک کار بزرگ تلقی می شد.

بررسی ساختمان ذرات بنیادی:

این
روش بر اساس پدیده آشنای نوری قرار داشت. هر چه ماده مورد مشاهده کوچکتر باشد طول
موج نور تابانده شده به این ماده بایستی کوتاهتر گردد. اگر طول موج نور از طول جسم
بزرگتر باشد موج به آسانی از اطراف جسم عبور کرده و چیزی دیده نمی شود. و اگر از
طول جسم کوچکتر باشد موج منعکس شده بازتاب نور) و جسم روشن شده و قابل رویت می
گردد

 

دیدگاه موجی ذرات:


دوبروی (De Broglie) کشف کرد که هر چه ذرات سریعتر حرکت کنند خواص موجی بیشتری از خود
نشان می دهد. پس از این کشف تهیه نوعی میکروسکوپ الکترونی ممکن گردید که در آنها
الکترون با انرژی ۱۰۰
Kev شتاب
داده می شد. این میکروسکوپ رویت اجسام با قطر چند انگستروم را میسر می سازد. که هر
آنگستروم برابر ۸- ۱۰سانتیمتر می باشد.
مطابق نظریه دوبروی هرچه ذرات سنگین تر بوده و سریعتر حرکت کند ، طول موج معادل آن
کوتاهتر خواهد بود. این مطالب نشان می دهد اگر الکترونی تا انرژی چند صد میلیون
الکترون ولت شتاب داده شود طول موجش آنقدر کوچک می شود که متناسب با اندازه ذرات
هسته ای شده و می تواند برای بررسی ساختمان هسته اتمی بکار رود

 

ساختار
فیزیک ذرات بنیادی:

·        
از بازتاب و پخش
این فیزیک امواج برای اندازه گیری ذرات داخل هسته استفاده می شود. اگر الکترونی تا
انرژی یک یا دو هزار میلیون الکترون ولت شتاب یابد طول موج الکترون چندین مرتبه
کوچکتر از قطر ذرات هسته ای می شود. این فیزیک امواج تحقیق ساختمان پروتون هاو
نوترون ها را ممکن می سازد از روزی که دانشمندان به یک “توپخانه اتمی
قوی” مسلح شدندذرات جدید اتمی یکی پس از دیگری کشف گردید.

·        
انرژی معادل با
یک میلیون الکترون ولت موجب کشف الکترون مثبتی به نام پوزیترون شد. شتاب دهنده
هایی با صدها میلیون الکترون ولت تهیه مصنوعی مزون ها را ممکن ساخت. مزون ها اولین
بار در پرتوهای کیهانی کشف شدند.توسعه شتابدهنده های با انرژی بسیار زیاد موجب کشف
ضد ذرات گردید.ضد ذرات تشکیل دهندگان اصلی ضد ماه می باشد که عمده ترین انها
عبارتند از: ضد پروتون ، ضد نوترون و غیره.  

 

·        
بسیاری از ذرات
کشف شده ، ذرات ناپایدارند آنها پس از یک دوره زمانی بسیار کوتاه تجزیه شده و به
تعدادی ذرات کوچکتر و پایدارتر تبدیل می شود این ذرات کوچکتر پایدارتر شامل :
الکترون ها ، نوترون ها ، اشعه گاما و یا نوترینو ها می باشند.

·        
ذرات ناپایدار ممکن
است به ضد ذرات معادل خود که اصولا پایدارترند ، تبدیل می گردند.

·        
همانگونه تا
بحال معلوم شده هیچیک از ذرات بنیادی شناخته شده نمی توانند به اجزا کوچکتر شکسته
شوند. آنها همگی به نام ذرات بنیادی معرفی شده است به همین دلیل نشان می دهد که
ساختمانی ندارند.

تقسیم بندی ذرات ناپایدار

ذرات ناپایدار بدو گروه به صورت زیر تقسیم می شوند:

·        
یک دسته از آن
شامل ذرات سنگین تر از الکترون ولی سبک تر از پروتون است که مزون (
Meson) نام دارند.

·        
گروه دیگر شامل
ذرات سنگین تر از پروتون است که هیپرون(
Hyperon) خوانده می
شوند. هیپرون ها فقط به ذرات هسته ای از جمله پروتون ها و نوترون ها تجزیه می
شوند.

مزون

 

انواع
مزون ها:

مزون ها از لحاظ خواص فیزیکی به دسته های مختلف تقسیم می
شود:

·        
مومزون (M-Meson)

·        
پی مزون (P-Meson)

·        
کامزون (K-Meson

مو مزون (M-Meson):

·        
جرم مو مزون تقریبا
۸/۱ جرم پروتون می باشد.

·        
مومزون ها فقط
می توانند به صورت مثبت یا منفی باشند ، مومزون خنثی وجود ندارد.

·        
این ذرات به
نوبه خود ضد ذره هم دارند مثلا ضد ذره مومزون منفی ، مومزون مثبت می باشد.

·        
بواسطه وجود
تاثیرات متقابل عمومی یک مومزون ممکن است به یک الکترون و دو نوترنیو تجزیه شود.

·        
مومزون منفی
دارای نیم عمر ۲٫۳
X10-6 ثانیه می باشد. بواسطه چنین تاثیر
متقابل که بین سه ذره فوق ( الکترون ، مومزون و نوترینو) در حالت عادی وجود دارد
آنها را لپتون (
Lepton)
نیز می نامند.

 

پی مزون (P-Meson):

·        
جرم پی مزون
تقریبا ۷/۱ جرم پروتون می باشد.

·        
پی مزون ها
بصورت مثبت یا منفی یا خنثی وجود دارند.

·        
این ذرات نیز به
نوبه خود ضد ذره هم دارند مثلا ضد ذره پی مزون مثبت ذره پی مزون منفی است. شبیه
فوتون ، پی مزون خنثی با ضد ذره خود یکسان است. 

·        
پی مزون کوبورچه
توسط دانشمند ژاپنی یوکاوا (
Yukawa) در سال ۱۹۳۵ پیش بینی شده بود.

 

·        
ذرات هسته ای
بطور مداوم ذرات پی مزون را مبادله می کنند. این تبادل شباهتی به ظهور نیروهای
الکتریکی دارد که در اثر نشر و جذب دائم کوانتای تابش الکترومغناطیسی بوسیله یک
بار الکتریکی حاصل می شود.

·        
پی مزون ها می
توانند در برخورد پروتون هایی با انرژی چند صد میلیون الکترون ولت تولید شوند. در
این حالت انرژی جنبشی ذرات هسته ای مستقما به جرم سکون پی مزون تبدیل می شود.

طرح کلی
واکنش های بین ذرات بنیادی:

·        
پروتون + نوترون +پی مزون مثبت <—
پروتون + پروتون  

·        
پروتون +پروتون +پی مزون منفی <—
پروتون + نوترون  

·        
نوترون + پی مزون مثبت <— اشعه گاما
+ پروتون

·        
پروتون + پی مزون منفی <— اشعه گاما
+ نوترون

 

کامزون (K-Meson):

·        
جرم کا مزون
تقریبا ۴/۱ جرم پروتون می باشد.

·        
کامزون ها بصورت
منفی ، مثبت و خنثی شناخته شده اند.

·        
این ذرات به نوبه
خود ضد ذره هم دارند مثلا ضد ذره کامزون منفی ، کامزون مثبت می باشد.در صورتیکه ضد
ذره کامزون خنثی خودش می باشد.

·        
بواسطه جرم بزرگ
کامزون این ذرات با تنوع بیشتری تجزیه می شود. دوره تجزیه یک کامزون باردار ۰٫۸۵
X10-8 ثانیه می باشد.

 

درباره نویسنده

مُصْطَفی اسدی (1415 ه.ق) هستم ، دانشجوی مهندسی برق . موضوعات مذهبی ، اعتقادی ، فکری ، ادبی بویژه شعر ، فیزیکی ، تکنولوژی ، سایبری ، رسانه‌ای و فرهنگی را دنبال می کنم. به نوشتن ، خواندن ، تحقیق ، یاد گرفتن ، یاد دادن ، برنامه نویسی و طراحی علاقه دارم . برای تفریح می نویسم ، مطالعه میکنم ، تحقیق میکنم ، یاد میگیرم و تلاش می کنم یاد بدم ، چند خط کد می نویسم و اگر مجالش باشه طراحی میکنم.

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *