چرا فیزیکدانان به ویژگی‌های “سنگین‌ترین کوارک” علاقمند هستند؟

4
892

بیگ بنگ: کوارک‌ها به ذرات خیلی کوچکی گفته می‌شود که شالودۀ اصلی ماده را تشکیل می‌دهند. کوارک‌ها بسیار کوچک هستند و خودشان از هیچ چیز کوچکتری ساخته نشده‌اند. البته همچنان که اطلاعات ما رو به افزایش است، شاید شرایط در آینده تغییر کند، اما فعلا اطلاعات خوبی در اختیار داریم.

MfCHEYLjaPVVbHeLبه گزارش بیگ بنگ، شش نوع کوارک وجود دارد که هر کدام نام‌های نسبتا عجیبی دارند: بالا و پایین، شگفت و افسون، سر و ته. تاکنون، رایج‌ترین کوارک‌هایی که در مقاله‌های علمی دیده‌اید، کوارک‌های بالا و پایین هستند. این کوارک‌ها به صورت سه تایی به یکدیگر پیوند می‌خورند تا پروتون‌ها و نوترون‌ها را به وجود بیاورند. برای تشکیل بار مثبت پروتون و بار خنثی در نوترون، کوارک‌ها نیازمند بارهای کسری(کوچک) هستند. میدانم که این مسائل برایتان عجیب و نامتعارف به نظر می‌رسد، اما دلیلش این است که فکر می‌کردیم بارهای پروتون‌ها و نوترون‌ها بنیادی هستند. خب باید بپذیریم که اشتباه می‌کردیم. نکتۀ گیج‌کننده درباره کوارک‌ها این است که آنها به طرز شگفت‌آوری سبک هستند. کوارک بالا 0.2 درصد جرم پروتون را دارد، اما شریکش،  کوارک پایین تنها 0.5 درصد جرم پروتون را دارد. خب این ذرات سبک چطور می‌توانند جرم یک پروتون سنگین را تشکیل بدهند؟

جواب، نیرویی است که کوارک‌ها را کنار یکدیگر نگه می‌دارد. این پیوند در میان کوارک‌ها خیلی قدرتمند است. از آنجایی که انرژی چیزی مثل جرم است(متشکریم اینشتین!)، جرم پروتون ناشی از این پیوند است، نه خودِ کوارک‌ها. البته همه کوارک‌ها اینقدر بزرگ نیستند. اما در دنیای فیزیک ذرات، بزرگ بودن خبر بدی است. بزرگ بودن به مانند حضور در بالای یک کوه بلند است. قطعا چشم اندازهای عالی را می‌شود دید، اما نسیمی نیمه تند می‌تواند لرزه بر اندام‌تان انداخته و باعث شود به جای پایدارتر و امن‌تری بروید. پایداری در اینجا به معنای کوچک بودن است.

اگر ذرۀ کوچکی هستید که از ناپایداری رنج می‌برید، مجبورید به ذرات کوچکتری تبدیل شوید. یعنی حیات برای کوارک‌های بالا و پایین با ویژگی‌های خاصی همراه است. کوارک‌ها کوچکترین چیز هستند. اگرچه شاید چشم‌اندازهای معرکه‌ای نداشته باشند، اما در معرض سقوط از صخره‌ای وجودی قرار ندارند. دیگر کوارک‌های بزرگ عبارتند از کوارک‌های شگفت و افسون. نمی‌توان به وفور این ذرات را در طبیعت پیدا کرد. این کوارک‌ها به حدی بزرگ هستند که ساخته شدن‌شان کار دشواری است. به محض اینکه این کوارک‌ها در طی فرایندی غیرعادی ساخته شوند، خیلی زود به چیز دیگری فرومی‌پاشند. لذا در نهایت چیزی به جز خاطره از آنها به جای نمی‌ماند.

to quantum feat xفیزیکدانان برای مدتی تصور می‌کردند که فقط چهار نوع کوارک به نام‌های «بالا، پایین، شگفت و افسون» وجود دارد. اما آنها در اوایل دهه 1970 میلادی با بررسی برخی فروپاشی‌ها و تجزیه‌های نادر، ایدۀ دیگری را به پیش کشیدند که در آن کائون‌ها دخیل بودند. برای توضیح فرایند تجزیه عجیبی که این کائون‌ها را به وجود آورد، نظریه‌پردازان باید وجود جفت تازه‌ای از کوارک‌ها را حدس می‌زدند. آنها این کوارک‌ها را فوق و زیر نامگذاری کردند. این کوارک‌ها خیلی سنگین‌تر از چهار کوارک دیگر بودند. وقتی کوارک ته (bottom) در سال 1977 به باشگاه ذرات شناخته شده و اندازه‌گیری شده پیوست، جنب و جوش زیادی برای پیدا کردن کوارک ششم و نهایی بنام سر(top) در گرفت.

اما مشکل اینجا بود که کسی از بزرگی آن خبری نداشت؛ فیزیکدانان می‌بایست در محاسبات خود در برخورد دهنده ذرات، عوامل دیگری را مد نظر قرار می‌دادند. همه ساله محققان و فیزیکدانانِ سرتاسر دنیا بر تلاش‌ها و تحقیقات خود افزودند تا سرانجام به این ذره برسند. نهایتا در ماه فوریه 1995 بود که محققان در آزمایشگاه «fermilab» مدعی شدند که کوارک «سَر» را پیدا کرده‌اند و این ذره تقریبا 200 برابر سنگین‌تر از پروتون است. بله، درست است: این کوارک حدودا 100 تریلیون برابر سنگین‌تر از کوارک بالاست. چرا کوارک‌ها اینقدر جرم‌های متفاوتی دارند؟

اینجاست که “بوزون هیگز” وارد می‌شود. سایر ذرات بنیادی از قبیل الکترون و نوترینوها و کوارک‌ها باید به نوعی درون یک میدان الکترومغناطیسی مانند شناور باشند تا از جایی به جای دیگر بروند. این واقعیت که می‌گوید ذرات بنیادی، میدان هیگز را نادیده می‌گیرند، دقیقا همان دلیلی است که آنها دارای جرم هستند. محققان ابراز امیدواری کرده‌اند که با مطالعۀ بیشتر خود هیگز بتوانند دیدگاه‌های بهتری دربارۀ جرم بزرگ کوارک سَر «top» بدست بیاورند.

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

4 دیدگاه‌ها

  1. شناخت کوچک ترین ذرات هم به اندازه کهکشان ها و ستاره ها هم بسیار جالب است و هم سخت اما چطوری باید از این ها در زندگی روزمره استفاده کنیم؟🤔

    • خب می دونی ریاضی از یه جایی به بعد فایده ای در زندگی نداره ختی با سواد تا کلاس ششم هم می تونی زندگی کنی و پولدار باشی ولی مهم اینه که بتونی یکم فراتر رو هم بدونی…. می دونی انیشتین گفتe=mc2 خب که چی ایا تاثیری در زندگی ما داشت(البته بمب اتم بود ولی در کل ) یا استیون هاوکینگ درباره ی سیاهچاله ها گفت ایا ربطی به ما داره؟ نه …… و اینکه این ذره ها به قدری ریز هستند که شما متوجهشان نمی شوید. دوم اینکه ان ها درون مولوکول ها هستند در واقع پایان ریز شدن الکترون ها پروتون ها و نوترون ها…..

    • و اینکه یگ چیز دیگه حرف های من ریاضی را نقص نمی کنه درک کوانتوم و ریاضیات جهانی بسیار مهم است ولی برای ما انسان ها که بسیار ناچیز هستیم بسیار با ارزش است.در کل ریاضیات کوانتوم برای کشف جهانیست که ما در ان زندگی می کنیم . و انقدر بزرگ است که ما در نسبت به ان کوارک هم نیستیم:)