کــوارک

جرم دقيق كوارك
جف برومفيل

ترجمه: سليمان فرهاديان

كشف ذرات زيراتمي جديد باعث سردرگمي دانشمندان شده است. اين ذرات عجيب و ناشناخته تئوري پردازان را واداشته است تا در نظريات خود در مورد نيروهاي قوي كه ذرات زيراتمي را در اتم ها كنار يكديگر نگه مي دارد، تجديدنظر كنند. احتمالاً اين ذره جديد كه DS2317 نام گرفته، صورت غيرمتداولي از كوآرك ها است. كوآرك ها ذرات بسيار ريزي هستند كه در دسته هاي سه تايي وجود دارند و اجزاي سازنده پروتون ها و نوترون ها هستند. شايد اين ذره جديد ناشناخته كوآركي باشد كه حول كوآرك ديگر در حال چرخش است، شايد هم مولكول جديدي است كه از چهار كوآرك ساخته شده است.

مارچللو گئورگي از دانشگاه پيزاي ايتاليا و اعضاي گروهش پس از صرف وقت سه ساله و جمع آوري اطلاعات از آشكارساز بابار (BaBar) مركز شتاب دهنده خطي استنفورد (Slac) در كاليفرنيا با DS 2317 مواجه شدند. وقتي كه Slac الكترون را با پوزيتون كه ضد ماده الكترون محسوب مي شود، برخورد مي دهد، آشكارساز باربار تعداد زيادي از ذراتي كه در نتيجه اين برخورد به وجود مي آيند را شناسايي مي كند.

گئورگي مي گويد: «ما از نتايج اين آزمايشات بسيار شگفت زده شديم، اما چيزي كه بيش از همه باعث اعجاب ما شد، جرم اين ذرات است. جرم اين ذرات از مقدار پيش بيني شده كمتر و در عين حال بسيار دقيق و مشخص بود.

جرم بسياري از اين ذرات پرانرژي دقيقاً مشخص نيست و با كمي عدم قطعيت همراه است. اما وزن DS 2317 دقيقاً مشخص است و مقدار آن برابر 2316 مگاالكترون ولت است. الكترون ولت واحدي است كه فيزيكدانان براي اندازه گيري مقدار جرم و انرژي ذرات به كار مي برند.

استياايچتن (Estia Eichten) نظريه پرداز فيزيك نظري از آزمايشگاه شتاب دهنده ملي فرمي در باتاوياي ايلينويز مي گويد شايد اين جرم دقيق به محققين كمك كند تا ماهيت دقيق نيرويي كه اتم ها را در كنار يكديگر نگه مي دارد، درك كنند. از آن جايي كه در مقياس هاي كوچك جرم و انرژي معادل يكديگرند، دانستن جرم يك كوآرك جديد مي تواند ما را به شناخت نيروهاي قوي كه در داخل ذرات حاكم است، راهنمايي كند. طي تحقيقاتي كه بعدها صورت گرفت، تصور مي شد كه DS 2317 از كوآرك هاي سنگين و ناشناخته اي تشكيل شده است. ديويد سينابر و يكي از متخصصين فيزيك انرژي بالا در دانشگاه كورنل در ايتاكاي نيويورك مي گويد: «قسمت عمده اي از اطلاعاتمان در مورد نيروهاي قوي از بررسي كوآرك هاي سبك تر حاصل شده است. اما امكان دارد با بررسي كوآرك سنگين تر اطلاعات جديدي كسب كنيم.»

كوآرك ها در شش گروه مختلف جاي مي گيرند: بالا، پايين، جذاب، عجيب، زيرورو. دسته هاي سه تايي از كوآرك هاي بالا و پايين كه جزء سبك ترين و معمولي ترين كوآرك ها محسوب مي شوند، پروتون ها و نوترون هاي مواد عادي را كه دوروبر ما را فرا گرفته است تشكيل مي دهد.

اما ممكن است DS 2317 از دو كوآرك تشكيل شده باشد و ذره كميابي به نام مزون را به وجود آورده باشد. ايچتن مي گويد اين مزون ممكن است تا حدودي شبيه يك اتم باشد. اتمي كه در آن يك كوآرك سبك «ضد ـ عجيب» (anti-Strange) حول يك كوآرك سنگين تر «جذاب» (Charm) در حال چرخش است. اما ساير محققين در تفسير پديده هاي مشاهده شده، نظريات پيچيده تري را ابراز مي كنند. جاناتان رزنر فيزيكدان نظري دانشگاه شيكاگو مي گويد احتمال دارد كه ذره جديد حاوي جفت هايي از كوآرك هاي مزدوج باشد. وجود مولكول هايي حاوي چنين ذرات زيراتمي مدت ها قبل پيش بيني شده بود.

سينابرو مي گويد: «ما تاكنون هيچ شاهدي مبني بر وجود اين گونه ذرات نداشتيم. اما اگر اين شي وجود داشته باشد، واقعاً جاي تعجب است. »

محققين Slac در مركز سينكروتون انرژي بالاي دانشگاه كورنل و سازمان تحقيقات شتاب دهنده انرژي بالا در ژاپن ضمن كنكاش در اطلاعات قديمي، درصددند نظريات خود را در مورد ذراتي شبيه DS(2317) بيازمايند.

شيمي مديون پروتون

نوترون ها و پروتون ها از ذراتي ساخته شده اند كه كوارك هاي بالا و پايين ناميده مي شوند. هر پروتون شامل دو كوارك بالا و يك كوارك پايين است، در حالي كه هر نوترون داراي دو كوارك پايين و يك كوارك بالا است. كوارك هاي پايين كمي سنگين تر از كوارك هاي بالا هستند و به همين دليل وزن نوترون ها از پروتون ها بيشتر است. بار هر كوارك بالا برابر دوسوم بار مثبت است و هر كوارك پايين دقيقا يك سوم بار مثبت را با خود دارد. به همين دليل پروتون داراي يك بار الكتريكي مثبت است در حالي كه نوترون ها خنثي هستند و باري ندارند.

در عين حال ما هنوز هم جرم دقيق كوارك ها را نمي دانيم. به همين دليل دانشمندان سعي دارند ضمن آزمايشات مختلف جرم آنها را دريابند. در عين حال نظريه پردازان نيز سعي دارند قطعات حاصل از برخورد ذرات مختلف را بررسي كرده و سرعت انجام واكنش هاي مختلف را محاسبه كنند. آنها اميدوارند با اين روش بتوانند به ساختار يك هسته اتم دست نخورده دست يافته و دريابند چه ميزان از اختلاف در خواص كوارك هاي بالا و پايين از اختلاف جرمشان ناشي مي شود و چه مقدار از اين اختلاف به خاطر تفاوت در بارهاي الكتريكي است.

آنها اميدوارند با اين آزمايشات جرم دقيق كوارك ها را دريابند. بيراون كولك فيزيكدان نظري دانشگاه آريزونا مي گويد: «هم آزمايشات انجام شده و هم تفسيرهاي نظري ارائه شده در اين مورد بسيار پيچيده است و بنابراين لازم است هم از نتايج آزمايشات و هم تفسيرهاي نظري كمك گرفت و با تلفيق نتايج حاصل از اين آزمايشات اطلاعات مهمي در مورد جرم كوارك ها به دست آورد.» اختلاف بين كوارك هاي بالا و پايين به اين معني است كه اگر يك نوترون را به حال خود رها كنيم به يك پروتون تبديل مي شود. اما اين سرنوشت نهايي نوترون ها نبود.

اين ذرات با قرار گرفتن در كنار الكترون ها كه بار منفي دارند، مي توانند اتم هاي هيدروژن را به وجود آورند كه ماده سوختي اوليه ستارگان محسوب مي شود. ادوارد استفنسون كه يكي از فيزيكدانان دانشگاه اينديانا است مي گويد: «دنياي مملو از پروتون به اين معني است كه مقدار زيادي هيدروژن در اختيار داريم. بدون در اختيار داشتن پروتون، شيمي به آن صورتي كه امروز مي شناسيم، ممكن نبود.» البته بايد در نظر داشت همين اختلاف كم در جرم اين كوارك ها نتايج بسياري را در پي داشته است. اخيراً يك گروه از دانشمندان دانشگاه اينديانا دو هسته دوتريم را به هم برخورد دادند. دوتريم نوعي اتم هيدروژن است كه در هسته خود يك پروتون و يك نوترون دارد. گروهي ديگر نيز در دانشگاه اوهايو با استفاده از نوترون و پروتون واكنش همجوشي هسته اي انجام دادند. طي هر دو اين آزمايشات ذراتي حاصل شد كه آنها را پيون مي نامند.

اين دانشمندان معتقدند ايجاد پيون نشانه عدم تقارن بار است كه از اختلاف در اجزاي تشكيل دهنده پروتون ها و نوترون ها ناشي مي شود. اين اختلاف در جرم عامل اصلي تركيب اجزاي عالم است.


منبع : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

كوارك چيست ؟


مدت زيادي اين طور تصور مي شد كه پروتونها و نو ترونها ذرات بنيادي هستند وبنابراين گمان مي رفت مثل تقسيم الكترون ديگرقابل تقسيم نبوده و داراي يك ساختار داخلي نيستند امروزه مي دانيم كه نو كلئونها يا به عبارت ديگر پروتونها و نو ترونها خود از ذرات كوچكتري ساخته شده اند كه كوارك ناميده مي شوند.

تا به حال 6نوع كوارك متفاوت شناسايي شده اند با اين همه فقط دو نوع آنها در تشكيل مواد پايدار معمولي نقش مهمي دارند كه عبارت از كوارك u و كوارك D هستند U علامت اختصاري براي بالا (UP) و D علامت اختصاري براي پايين (down) مي باشد .

اگر روابط ونسبتها در اتمها كه در مقايسه با كواركها بزرگ هستند مهم و چشمگير است اين روابط در كواركها ي كوچك مسلماً مهمتر هستند مثلا كواركها هيچ گاه به تنهايي نقشي را به عهده ندارند بلكه هميشه در گروههاي 2و 3تايي هستند ذراتي كه از 2كوارك تشكيل مي شوند مزون نام دارند ذراتي را كه از 3كوارك دارند بار يون مي نامند كواركها دركنار بار الكتريي اي كه دارند خاصيت مرموز ديگري نيز دارا مي باشند كه رنگ خوانده مي شود كوراكها از ين جهت به قرمز سبز و آبي طبقه بندي مي شود البته از اين طبقه بندي بايد رنگهاي حقيقي را تصور كرد بلكه منظور نوع با ر الكتريكي آنهاست . بنابراين ذرات آزاد معلق درطبيعت بايد هميشه داراي رنگ خنثي و به عبارت ديگر سفيد باشند به شرخ زير اين نتيجه حاصل ي شوديك كوارك قرمز يك كوارك سبر ويك كوارك آبي يك گروه سه تايي مثلا يك پروتون مي سازد.

همان طور كه تركيب رنگهاي رنگين كمان رنگ سفيد را به وجود مي آورد ازتركيب رنگهاي سه گانه كوارك نيز سفيد به دست مي آيد به اين ترتيب يك ذره سفيد مجاز و پايدار تشكيل مي شود. امكان ديگر اين است كه يك كوارك قرمز با يك ضد كوارك كه رنگ ضد قرمز دارد يك زوج بسازند قرمز و ضد قرمز همديگر را خنثي كرده رنگي خنثي را به وجود مي آورند به هرحال چون اين گروههاي دوتايي (مزونها ) از ماده و پادماده ايجاد شده اندخيلي سر يع فور مي پاشند به اين جهت مزونها پايدار نيستند .

كواركها نوكلئونها را ميسازند وآنها به يكديگر متصل شده هسته اتمها را به وجود مي آروند . هسته هاو الكترونها دراتحاد با يكديگر اتمها را ايجاد مي كنند و اتمها نيز با پيوستن به يكديگر مولكولها ي كوچك و بزرگ از قبيل مولكولهاي آب يا سفيده تخم مرغ را مي سازد.

ميلياردها مولكول سلولهاي بدن ما را به وجودمي آورند و هرانسان در بدن خود ميلياردها سلول دارد اما با تمام تقاوتهايي كه انسانها ،جانوران ،گياهان سياره ها و يا ستارگان با يكديگر دارند باز هم تمام آنها فقط اط 3ذره زير بنايي ساخته شده اند كه عبارتند از كوراكها U كواركهاي D و الكترونها .

آيا كوارك ها را مي توان مشاهده كرد؟ روشن است كه كوارك ها را نمي توان مشاهده كرد بلكه مي وشد وجود أنها را مثل هسته اتمها از طريق آزمايشهاي فراوان پيچيده اثبات نمود براي اين كار مثل آنچه كه رادرفورد 75 سال پيش براي شناسايي هسته اتم انچام داد عمل مي شود و پرو تونها يا الكترونها ي بسيار پر شتاب مورد اصابت قرار مي گيردند بيشتر الكترونها در اين آزمايش به ندرت تغيير مسير مي دهند ولي تعدادي از 'آنها كاملا از مدار خود خارج مي شوند درست مثل اينكه به گلوله هاي سخت وكوچكي در داخل پرو تونها برخورد كنند اين گلوله هاي بسيار كوچك همان كوا رك ها هستند كه در جستجويشان بوده ايم يك بررسي دقيق نشان داده كه پرو تون در مجموع از سه سنگ بناي اوليه اين چنين تشكيل شده است .





منبع : physicsir.com

سلام

پست اول PDF شــــد .

» شاهین

اگر کوارک رو اشتباه تایپ کردم به بزرگی خودتون ببخشید :blush: