أساسيات فيزياء الجسيمات.

يعود مفهوم فيزياء الجسيمات الأساسية غير القابلة للتجزئة إلى الإغريق القدماء (وهو مفهوم يُعرف باسم “الذرية”).

في القرن العشرين، بدأ الفيزيائيون في استكشاف ما يجري على أصغر مستويات المادة، وكان من بين أكثر اكتشافاتهم الحديثة المذهلة كمية الجسيمات المختلفة في الكون.

تتنبأ فيزياء الكم بـ 18 نوعًا من الجسيمات الأولية، وقد تم بالفعل اكتشاف 16 نوعًا تجريبيًا. تهدف فيزياء الجسيمات الأولية إلى إيجاد الجسيمات المتبقية.

النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.

يعتبر النموذج القياسي لهذا الفرع من الفيزياء، الذي يصنف الجسيمات الأولية إلى عدة مجموعات، في صميم الفيزياء الحديثة.

في هذا النموذج، يتم وصف ثلاث من القوى الأساسية الأربعة للفيزياء، جنبًا إلى جنب مع البوزونات المقاسة، وهي الجسيمات التي تتوسط هذه القوى.

على الرغم من عدم تضمين الجاذبية تقنيًا في النموذج القياسي، إلا أن علماء الفيزياء النظرية يعملون على توسيع النموذج ليشمل ويتنبأ بنظرية الكم للجاذبية.

إذا كان هناك شيء واحد يبدو أن العلماء يستمتعون بهذا العلم، فهو تقسيم الجسيمات إلى مجموعات. الجسيمات الأولية هي أصغر مكونات المادة والطاقة. بقدر ما يمكن للعلماء أن يقولوا، لا يبدو أنها مصنوعة من مجموعات من أي جسيمات أصغر.

تفكيك المادة والقوى.

تصنف جميع الجسيمات الأولية في الفيزياء إما على أنها فرميونات أو بوزونات. توضح فيزياء الكم أن الجسيمات قد يكون لها “دوران” جوهري غير صفري أو زخم زاوي مرتبط بها.

الفرميون (سمي على اسم إنريكو فيرمي) هو جسيم ذو دوران نصف عدد صحيح، بينما البوزون (سمي على اسم ساتيندرا ناث بوز) هو جسيم له عدد صحيح أو عدد صحيح.

تؤدي هذه الدورات إلى تطبيقات رياضية مختلفة في مواقف معينة. توضح الرياضيات البسيطة لجمع الأعداد الصحيحة ونصف الأعداد الصحيحة ما يلي:

• ينتج عن الجمع بين عدد فردي من الفرميونات وجود فيرميون لأن إجمالي الدوران سيظل قيمة نصف عدد صحيح.

• ينتج عن الجمع بين عدد زوجي من الفرميونات بوزون لأن إجمالي الدوران ينتج عنه قيمة عدد صحيح.

الفرميونات.

الفرميونات لها دوران جسيمي يساوي قيمة نصف عدد صحيح (-1/2 ، 1/2 ، 3/2 ، إلخ). تشكل هذه الجسيمات المادة التي نلاحظها في كوننا.

المكونان الأساسيان للمادة هما الكواركات واللبتونات. كل من هذه الجسيمات دون الذرية عبارة عن فرميونات، لذلك يتم تكوين كل البوزونات من مزيج متساوٍ من هذه الجسيمات.

الكواركات هي فئة الفرميون التي تتكون منها الهادرونات، مثل البروتونات والنيوترونات. الكواركات هي جسيمات أساسية تتفاعل من خلال القوى الأساسية الأربعة للفيزياء: الجاذبية ، والكهرومغناطيسية ، والتفاعل الضعيف ، والتفاعل القوي.

توجد الكواركات دائمًا في تركيبة لتكوين جسيمات دون ذرية تُعرف باسم الهادرونات. بينما اللبتونات هي نوع من الجسيمات الأساسية التي لا تتعرض لتفاعل قوي.

إقرأ أيضاً… مقدمة في فيزياء الذرة.

البوزونات.

البوزونات لها دوران جسيمي يساوي عددًا صحيحًا (أعداد صحيحة مثل 1 ، 2 ، 3 ، وهكذا). تتوسط هذه الجسيمات القوى الأساسية للفيزياء تحت نظريات المجال الكمومي.

الجسيمات المركبة.

الهادرونات عبارة عن جسيمات مكونة من كواركات متعددة مرتبطة ببعضها البعض بحيث يكون لفها قيمة نصف عدد صحيح. تنقسم الهدرونات إلى ميزونات (وهي بوزونات) وباريونات (وهي فرميونات).

الجزيئات عبارة عن هياكل معقدة تتكون من ذرات متعددة مرتبطة ببعضها البعض. تتكون اللبنة الكيميائية الأساسية للمادة، الذرات من الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات.

البروتونات والنيوترونات هي نيوكليونات، نوع الباريون الذي يشكل معًا الجسيم المركب الذي يمثل نواة الذرة. تعتبر دراسة كيفية ارتباط الذرات معًا لتشكيل هياكل جزيئية مختلفة أساس الكيمياء الحديثة.

إقرأ أيضاً… ما هو البوزون في فيزياء الجسيمات؟

تصنيف الجسيمات.

قد يكون من الصعب إبقاء جميع الأسماء مستقيمة في فيزياء الجسيمات، لذلك قد يكون من المفيد التفكير في عالم الحيوان، حيث قد تكون هذه التسمية المنظمة أكثر شيوعًا وبديهية.

البشر الرئيسيات والثدييات وكذلك الفقاريات. وبالمثل ، فإن البروتونات هي نيوكليونات ، وباريونات ، وهادرونات ، وكذلك الفرميونات.

الاختلاف المؤسف هو أن المصطلحات تميل إلى التشابه مع بعضها البعض. الخلط بين البوزونات والباريونات، على سبيل المثال، أسهل بكثير من الخلط بين الرئيسيات واللافقاريات.

الطريقة الوحيدة للفصل بين مجموعات الجسيمات المختلفة هي دراستها بعناية ومحاولة توخي الحذر بشأن الاسم المستخدم.