ذرات بنیادی

با کشف نوترون و با تکیه به چهار ذره بنیادی الکترون ، پروتون ، نوترون و فوتون (ذره وابسته به امواج الکترومغناطیسی) تصور می شد که ماده تنها از این چهار ذره تشکیل شده است ولی وقوع برخی پدیده ها در آزمایشهای فیزیکی و نقض بعضی از اصول فیزیک (مثل اصل بقای انرژی) در این آزمایشهاموجب شد فرضیه های جدیدیتری در مورد ذرات بنیادی ارائه شود که از این میان می توان به فرضیه وجود ذره ای به نام « نوترینو» اشاره نمود.

در پدیده گسیل پرتو هسته ای بتا ( که در مبحث رادیو اکتیویته به آن خواهیم پرداخت) دانشمندان متوجه نقض اصل بقای انرژی که یکی از اصول بنیادی فیزیک است شدند چنین به نظر می رسید که در توجیه و تفسیر گسیل پرتو بتا ( یا ذره بتا) باید اشتباهی رخ داده باشد تحقیقات نظزی در این مورد منجر به ارائه فرضیه نوترنیو شد. بدین ترتیب که به هنگام گسیل ذره بتا ذره دیگری که ایتالیایی ها آن را نوترنیو ( ذره ی کوچک خنثی ) نام داده بودند نیز همواره گسیل می شود.آزمایشهای متعددی که بعداً ترتیب داده شد وجود ذره نوترینو را اثبات نمود این ذره بار الکتریکی ندارد و دارای جرمی به هدایت کمتر از جرم الکترون است در مباحث قبلی شده است که هسته از ذرات بدون با نوترون و ذرات مثبت پروتون تشکیل شده است .

 

می دانیم که بارهای هم نام همدیگر را دفع می کنند پس ذرات مثبت پروتون در هسته نیز باید همدیگر را دفع کنند ولی می بینیم که پروتونها و نوترونها ددر هسته خیلی محکم به هم چسبیده اند و نیروی دافعه الکتریکی بین پروتونها هم قادر به جداسازی آنها از یکدیگر نیست پس چه عاملی باعث چسبندگی آنها به یکدیگر می شود برای توجیه عامل چسبندگی ذرات درون هسته که نیروی هسته ای خوانده می شود و خیلی قوی تر از نیروی دافعه الکتریکی بین پروتونهاست یوکاوا دانشمند ژاپنی در سال 1935 نظریه ای کاملاً ریاضی ارائه داد بر اساس این نظریه در هسته ذراتی وجود دارند که نیروی هسته ای لازم را پدید می آورند طبق این نظریه جرم ذره جدید می بایست حد وسط جرم الکترون و جرم پروتون باشد از این رو این ذره به نام « مزون » یعنی حد وسط یا میانه خوانده شد. دو سال بعد چنین ذره ای را آندرسن فیزیکدان آمریکایی در پرتوهای کیهانی مشاهده کرد و نتیجه آزمایشهایش نشان داد که جرم آن در حدود 200 برابر جرم الکترون است ده سال بعد یک فیزیکدان انگلیسی به نام پاول نشان داد که در واقع دو نوع مزون به نامهای مزون P ( معروف به پایون ) و مزون M ( معروف به مئون ) وجود دارد مزونها می توانند بار مثبت یا منفی داشته باشند پایون خنثی نیز وجود دارد بعد از کشف مزونهای گفته شده ذرات دیگری نیز در پرتو کیهانی کشف شد ذراتی مانند مزون K و یا گروه دیگری از ذرات معروف به « هیپرون » ها با جرمی بیش از جرم پروتون تحقیقات مربوط به ساختمان درونی اتم که با کشف الکترون در اواخر قرن نوزدهم شروع شده بود و حدود نیم قرن دانشمندان را به خود مشغول کرده بود با کشف ذرات جدید وارد دنیای دیگری به نام « دنیای ذرات بنیادی » شد که به این ذرات اشاره مختصری می کنیم.ذرات بنیادی اصولاً به دو دسته بزرگ تقسیم می شوند . دسته اول به نام « لیپتون » ها    ( به معنای ذره کوچک با جرم خیلی کم و گاهی بدون جرم ) خوانده می شوند که شامل نوترینو ، پادنوترینو ( ضد نوترینو) الکترون مئون و تصاویر آئینه ای آنها ، فوتون و گراویتون ( ذره وابسته به میدان گرانشی) می باشند. گر چه لیپتونها نقش مهمی در طبیغت ماده دارند ولی تحت تأثیر گروهی دیگر از ذرات مسئول جرم و نوع ماده در طبیعت هستند قراردارند. این گروه ذرات به نام « باریون » ها ( یعنی ذرات سنگین ) و مزونها ( یعنی ذرات متوسط ) خوانده می شوند در گروه باریون ها 18 ذره و در گروه مزونها 17 ذره وجود دارد البته 18 ذره پاد باریون ( ضد باریون) نیز وجود دارد.

در سالهای اخیر نظریه ای ارائه شده است که براساس آن بسیاری از ذرات که ذکر شدند خود از ترکیبی از سه ذره بنیادی تر به نام « کوراک » ها و ضد آنها یعنی پاد کوراکها تشکیل شده اند.

 

تحقیقات در مورد ذرات بنیادی همچنان ادامه دارد و هم اکنون دانشمندان زیادی در آزمایشگاههای عظیم با هزینه های سرسام آور به امید آنکه پرده از اسرار طبیعت ماده بردارند مشغول تحقیق هستند.