جهان ، بزرگترین مجموعه ممکن است که از ذرات بنیادی شکل یافته است. این ذرات توسط نیروهای گرانشی ، الکترومغناطیسی و هستهای به هم پیوند یافتهاند. سلسله مراتب ساختمانی آن در فضا ( از هستههای اتم گرفته تا ابر کهکشانها) و سیر تکاملی آن (از گوی آتشین تا اشکال کنونی) توسط ویژگیهای ذرات بنیادی و برهمکنش آنها اداره میشود. بنابراین ، تشریح ساختمان جهان و تکامل آن بر اساس خواص و برهمکنش ذرات بنیادی صورت میگیرد.
ماده جهان از ذرات بنیادی تشکیل شده است. اجسام ، بدن انسان ، ستارگان و ... سیستمهایی متشکل از ذرات بنیادی هستند که از نظر تعداد و نحوه جفت و جور شدن با هم تفاوت دارند. بنابراین ، وجود ذرات بنیادی باید در تمام پدیدههای جهان ملموس باشد. فیزیک ذرات بنیادی درک عمیقتر و دید بالایی را در مورد ساختمان و تکامل اجسام منفرد مانند اتمها ، مولکولها ، بلورها ، صخرهها ، سیارات ، ستارگان ، منظومههای ستارهای و کل جهان ارائه میدهد. برای همین مطالعه ذرات بنیادی برای فیزیک معاصر و بخصوص اختر فیزیک و کیهان شناسی اهمیت اساسی دارد.
جرم ذرات بنیادی
جرم ذرات بنیادی بسیار کوچک است ، از اینرو آنها را میتوان تا سرعت بالایی رساند. مانند فوتونها که بدون جرم بوده و بالاترین سرعت ممکن «سرعت نور) را دارا هستند. سبکترین ذره با جرم غیر صفر الکترون است با جرمی در حدودme = 9x10-28 gr اغلب به عنوان واحدی برای سنجش جرم سایر ذرات به کار میبرند. جرم پروتون برابر mp=1836me و جرم نوترون mn=1838.6me میباشد.
انرژی ذرات بنیادی
انرژی به سبب تغییرپذیری زیادش بر کل جهان حاکم است که ساختمان فضایی ، تکامل زمانی تمام سیستمها از ذرات بنیادی گرفته تا خوشههای کهکشانی را تعیین میکند. این تنوع انرژی به چند برهمکنش معدود بین ذرات بنیادی میتواند تقلیل یابد.
ذرات سنگین ، باریون
نام دارند. چنانچه باریونها به حال خود رها شوند ، متلاشی میگردند. تنها
باریون پایدار پروتون است. در تمام فرایندهای مشاهده شده ، تعداد باریونها
همواره بقا دارد «قانون بقای باریون
ΔN=0).قانون بقای باریون پایداری پروتونها را بیان میکند ، باریونی سبکتر
از پروتون وجود ندارد. آزمایشات نشان دادهاند که مدت زمانی که طول میکشد
تا پروتون تلاشی یابد طولانی تراز 1022 سال ، یعنی <1012 بار طولانی تر
از عمر جهان باشد. عدد بار یونی را با N نشان میدهند که برای باریونها (پروتون ، نوترون ، هیپرونها)
N=+1 ، برای پاد باریونها N=-1 برای سایر ذرات مزونها ، لپتونها) N=0 ،
برای هستهها N>+1 ( N برابرعدد جرمی A است) و برای پاد هستهها
N<-1(Nبرابر –A است) میباشد.
فرمیونهای سبک همان لپتونها هستند که عدد لپتونی را با L نشان میدهند. برای لیپونها «الکترون ، موئون ، نوترینو) این عدد برابر L=+1 ، برای غیر لیپونها (باریونها ، بوزونها) این عدد برابر L=0 و برای پالیتونها «پوزیترون ، موئون مثبت ، پادنوترینو) این عدد برابر L=-1 میباشدو قانون بقای لیپتون بصورت ΔL=0 میباشد. یعنی مجموع تمام لیپتونها قبل و بعد از واکنش مقدار ثابتی دارند.
برهمکنش قوی نوکلئونها در هسته ، به بار الکتریکی بستگی ندارد. اندرکنشهای N-P ، N-N ، P-P ، همگی شبیه هم هستند و تفاوت چندانی بین نکلئونهای باردار و خنثی وجود ندارد. که اختلاف آنها به وسطه ایزواسپین بیان میشود.
زوجیت یکی از ویژگیهای اساسی ذرات بنیادی است که متناظر با انعکاس آینهای مختصات فضایی است. این ویژگی ، یک خاصیت تقارنی تابع موج است. زوجیت ممکن است مثبت یا منفی باشد بر حسب آنکه تابع موج در اثر انعکاس فضایی ، زوج یا فرد باشد. زوجیت در بر همکنشهای قوی و الکترومغناطیسی بقا دارد. اما در برهمکنشهای ضعیف نقض میشود.
چکیده
ذرات بنیادی واحدهای اساسی برای ساختمان جهان میباشند و بر اساس جرم در حال سکونشان به بار یونها (ذرات سنگین) ، لپتونها (ذرات سبک) و مزونها (ذرات میان وزن) طبقه بندی میشوند.
منبع: