معرفی ذرات زیر اتمی

هادرون – باریون – بوزون – فرمیون – لپتون – بوزون های شاخص – گلوئن – نوترینوها – موئون – مزون – كوارك – پیون و .... ذرات زیر اتمی نام دارند که در این مقاله به معرفی برخی از آنها می پردازیم:

هادرون ها (Hadrons):

ذرات زیراتمی ای هستند كه از فرمیون هایی چون كوارك و آنتی كوارك و بوزون هایی چون گلوئن تشكیل شده اند. این ذرات نیروی قوی هسته ای اعمال می كنند.

هادرون ها مانند دیگر ذرات دارای عدد كوانتومی هستند. این ذرات ممكن است در دما یا فشار بسیار پایین خود به خود از بین بروند.

باریون (Baryon):

ذراتی هستند كه از كوارك تشكیل شده اند. برای مثال پروتون از دو كوارك بالا (u) و یك كوارك پایین (d) تشكیل شده و یا نوترون از دو كوارك پایین و یك كوارك بالا تشكیل شده اند.

انواع باریون طبق مدل استاندارد (SM) به صورت زیر است:

بوزون (Boson):

ذراتی هستند كه داری اسپین صحیح هستند. اكثر بوزون ها می توانند تركیبی باشند اما گروه بوزون های شاخص (Gauge Bosons) از نوع تركیبی نیستند.

در مدل استاندارد بوزون ها ذراتی برای انتقال نیرو هستند كه شامل فوتون ها (انتقال دهنده ی الكترومغناطیس) و گراویتون (انتقال دهنده ی گرانش) نیز می شوند.

اتم ها نیز می توانند بوزون باشند. برای مثال هلیم – 4 یك بوزون با اسپین گویا است.

در كل تفاوت زیادی بین استاتیك فرمیونی (اسپین نیمه صحیح) و بوزونی وجود ندارد مگر در مورد اجرام با چگالی بالا كه این مورد نیز پیرو استاتیك ماكسول – بولتزمن می باشد.

بر همین مبنا هم بوزون ها و هم فرمیون ها ذراتی كلاسیك شناخته می شوند.

بوزون های شاخص (Gauge Bosons):

ذرات بوزونی می باشند كه حامل نیروهای بنیادین طبیعت می باشند. بوزون های شاخص خود 3 دسته اند: فوتون ها – بوزون W&Z (بوزون هایی كه بدون بار الكتریكی هستند را با Z نشان می دهیم و آن دسته ای را نیروهای ضعیف هسته ای دارند با W نشان می دهیم) و گلوئن ها.

گلوئن (Gluon):

ذراتی بدون جرم و خنثی از خانواده ی بوزون های شاخص هستند و دارای اسپین 1 هستند.

این ذرات زیراتمی باعث پایدار بودن كوارك ها در هسته ی اتم (پروتون ها و نوترون ها) در كنار همدیگر می شوند. البته جرم این ذرات از آنجاییكه بسیار كم است (MeV) از آن صرف نظر می شود.

بوزون های W&Z:

جرم بوزون های Z در حدود 91.1876 (GeV/C2) و نوع W آن 80.403 (GeV/C2) می باشد. هردوی آنها دارای اسپین 1 هستند و واكنش آنها از نوع ضعیف می باشد. این بوزون ها از خانواده ی بوزون های شاخص هستند.

نوترینو (Neutrino):

این ذرات از خانواده ی فرمیون ها و گروه لپتون ها هستند و اسپین 0.5 دارند. نوترینوها اغلب تنها توسط نیروهای ضعیف و گرانش واكنش انجام می دهند.

مدل استاندارد پیش بینی كرده كه نوترینوها بدون جرم باشند اما در آزمایشات جرم نوترینو را گرچه بسیار كوچك اما اندازه گیری كرده اند.

نوترینوها اغلب به صورت ذرات منفرد دیده نمی شوند و در قالب الكترون نوترینو (2.2 eV) یا موئون نوترینو (170 KeV) و تاو نوترینو (15.5 MeV) دیده می شوند.

هرچند دانشمندان هنوز یكی بودن پاد نوترینو و نوترینو را تایید نكرده اند اما آزمایشات به روشنی این مطلب را اثبات می كنند. به همین دلیل در مدل استاندارد پاد این ذرات نیز تعریف شده است. (برای مثال الكترون آنتی نوترینو).

موئون (Muon):

این ذرات نیز از خانواده ی فرمیون ها و گروه لپتون ها هستند و دارای اسپین 0.5 می باشند.

باز این ذرات همانند الكترون است و جرمشان 105.6583 (MeV/C2) می باشد.

اعمال واكنش در این ذرات به صورت نیروهای گرانشی و الكترومغناطیسی و همچنین نیروهای ضعیف هسته ای است. این ذرات دارای پاد نیز می باشند.

عمر این ذرات اغلب بیش از 2.2 میكروثانیه نیست كه همین گونه نیز از دیگر لپتون ها و مزون ها عمر بیشتری دارند.

موئون با جذب الكترون می تواند اتم موئونیم (Muonium) را بسازد كه شعاع آن تقریبا برابر با هیدروژن است. به همین دلیل تا به حال این ذرات در اتم دیده نشده اند.

مزون (Meson):

مزون نوعی هادرون با اسپین صحیح می باشد. مزون ها اصولا تركیبی هستند به صورتیكه در آنها كوارك و آنتی كوارك هم دیده می شود!

مزون ها شامل 3 دسته ی اصلی منفی – مثبت و صفر می باشند:

مزون صفر سنگین (B0) – مزون مثبت یا پیون (?+)  - مزون منفی یا كائون (K-) – مزون صفر سبك یا اتا (C?) و مزون های مثبت سنگین یا رو (+?).

پیون (Pion):

نوعی از مزون ها هستند كه دارای بار واحد (هم مثبت و هم منفی) می باشند. پیون ها از آن جهت مهم هستند كه دارای اسپین صفر می باشند و سبك ترین مزون ها هستند.

جرم آنها ?0 = 134.976 (MeV/C2) و ?± = 139.570 (MeV/C2) می باشد.

كوارك ها (Quarks):

این ذرات شامل 6 نوع می شوند:

كوارك های بالا (بار 3/2 و جرم 0.003) – Up (u)

كوارك های پایین (بار 3/1- و جرم 0.006) –        Down (d)

كوارك های ربایشی (بار 3/2 و جرم 1.3) – Charm (c)

كوارك های غیر ربایشی (بار 3/1- و جرم 0.1) – Strange (s)

كوارك های زیر (بار 3/2 و جرم 175) – Bottom (b)

كوارك های فوق ( باز 3/1- و جرم 4.3) – Top (t)

دایون (Dyon):

ذراتی فرضی كه هم بار الكتریكی دارند و هم بار مغناطیسی و اگر در شرایطی بار الكتریكی انها سفر باشد تك قطبی خواهند بود. به این شرایط خاص شرایط كوانتیده شدن دیراك – اشوانزیگر – اشوینگر می گویند.

(توجه كنید كه این شرایط به تك قطبی هوفت – پولیاكوف بر نمی گردد بلكه مخصوص تك قطبی دیراك است و لازمه ی آن تعریف هوموتوپی برای توپولوژی فضا و زمان ناپیوسته است).

اكثر تئوری های وحدت (GUT) وجود چنین ذره ای را پیش بینی كرده اند.

گراویتون (Graviton):

ذراتی فرضی هستند كه دارای جرم و بار صفر و اسپین 2 می باشند.

این ذرات بیشتر در تئوری های كوانتومی به عنوان نتیجه ای از نسبیت مطرح می شود.

به طوریكه QCD نیز از آنها نام می برد.

چنین ذراتی (بدون جرم) تا به حالا دیده نشده اند. بنابراین حرف زدن در مورد ویژگی های آنها بسیار سخت است. (مگر از طریق ریاضی كه این مقاله جایگاه آن نیست).

تبیان - مژده اصولی