بیگ بنگ: دانشمندان مرکز شتاب دهنده بزرگ سرن سوئیس بتازگی توانستند 2 ذره بنیادی جدید را کشف کنند. یکی از آن ذرات دارای خواصی است که پیش از این دیده نشده بود.

به گزارش جام جم، اتم ها از الکترون و هسته (ترکیب پروتون و نوترون) تشکیل شده اند، علاوه بر پروتون یا نوترون، ذرات دیگری هم وجود دارد و البته خود این ذرات هم به واحدهای کوچک تری تقسیم می شوند، این واحدها «کوارک» نام دارند. در واقع دانشمندان اکنون کوارک ها را کوچک ترین واحد تشکیل دهنده موجود در هستی می دانند. همه ذرات بنیادی موجود از کوارک تشکیل شده اند. با این حال​ کوارک ها ویژگی های خاصی دارند. برای نمونه، هر ذره بنیادی از سه کوارک تشکیل شده است. برای نمونه پروتون و نوترون هر کدام از سه کوارک تشکیل شده اند. خلاصه اینکه کوارک ها را نمی توان به صورت انفرادی یافت.

اما چطور ممکن است که ترکیب دو سه کوارک، به شکل گیری انواع مختلفی از ذرات بنیادی که با هم تفاوت های اساسی دارند بینجامد؟ پاسخ این پرسش، در طبقه بندی کوارک ها نهفته است. کوارک ها در کل به شش دسته اصلی تقسیم می شوند. این شش دسته عبارتند از: بالا، پایین، افسون، بیگانه، سر و ته. هریک از این حالت ها را اصطلاحا یک «طعم» کوارک می نامند. البته این طور نیست که کوارک ها سر و ته داشته باشند! در واقع این نامگذاری فقط برای تمایز قائل شدن بین انواع مختلف کوارک ایجاد شده است. همان طور که گفتیم ترکیب کوارک های مختلف با هم به شکل گیری ذرات بنیادی می انجامد. برای نمونه، ترکیب دو کوارک پایین و یک کوارک بالا، موجب شکل گیری پروتون می شود. ذراتی را که از ترکیب دو کوارک تشکیل شده اند «مزون» می نامند. مطالعه مزون ها دشوار است، زیرا این ذرات به صورت معمول در طبیعت وجود ندارند و عمر بسیار کوتاهی دارند. شاید تنها راه شناسایی آنها، استفاده از شتاب دهنده های ذرات باشد.

دانشمندان برای کشف و شناسایی ذرات بنیادی​ از دستگاه های شتاب دهنده استفاده می کنند. بزرگ ترین شتاب دهنده دنیا در سوئیس قرار دارد. این دستگاه در واقع یک لوله با طول بسیار زیاد است که می تواند با اعمال نیروی الکتریکی یا مغناطیسی، موجب سرعت گرفتن ذرات شود. این سرعت حتی ممکن است به نزدیک سرعت نور هم برسد. به این ترتیب برخی ویژگی هایی که در حالت عادی امکان مشاهده آن وجود ندارد، در شتاب دهنده ها قابل اندازه گیری خواهد بود.

این دو ذره تازه کشف شده -( DS3*(2860 و -( DS1*(2860 نام دارند. گفتنی است جرم این ذرات سه برابر پروتون است. -(DS3*(2860 از نظر فنی دارای اسپینی* برابر با 3 است و به این ترتیب این نخستین ذره با اسپین 3 است که در خود کوارک، افسون را نیز دارد. در دیگر مزون ها، کوارک ها به شکلی قرار می گیرند که اسپین کلی ذره کمتر از 3 شود. همین مساله سبب می شود که مطالعه دقیق ویژگی های این ذرات دشوار شود. اما از آنجا که اسپین ذره-(DS3*(2860برابر با 3 است، مطالعه خواص آن ساده تر خواهد بود.

اما اصلی ترین کاربرد این ذرات کشف شده را شاید بتوان در کمک آنها به توضیح «نیروی هسته ای قوی» دانست. نیروی هسته ای قوی همان نیرویی است که موجب کنار هم نگه داشتن کوارک ها می شود. دانشمندان با وجود پیشرفت های علمی زیاد، هنوز نتوانسته اند ماهیت این نیرو را به طور دقیق شناسایی کنند و به همین دلیل، کشف این ذرات جدید می توانند به پیشرفت این بخش از فیزیک ذرات بنیادی کمک موثری کند.

*اسپین: همه ذرات داری ویژگی بنام اسپین هستند که مربوط می شود به اینکه ذره از جهت های مختلف به چه شکلی و شمایلی بنظر می رسد.

منبع: newscientist / مترجم: صالح سپهری فر

مشاهدۀ 2 مقاله: arxiv.org/abs/1407.7574 و arxiv.org/abs/1407.7712