ذرات بنیادی
تاریخچه ی ذرات بنیادی
احتمالا از دبيرستان به ياد داريد که مواد اطراف ما از الکترون ، پروتون و نوترون تشکيل شده اند. در نگاه اول اين حرف درست است : اتمهايي که مواد اطراف ما را تشکيل داده اند ، نه فقط روي زمين ؛ بلکه در ديگر نقاط عالم از يک هسته تشکيل شده اند که تعداد مشخصي الکترون در مناطق بخصوصي حول آن مي چرخند. در هسته نيز تعداد مشخصي پروتون و نوترون وجود دارد و تفاوت عناصر مختلف در تعداد پروتون هاي موجود در هسته است.
اما فهميدن اين موضوع خيلي طول کشيد. اولين ذره اتمي در سال 1895 کشف شد ، زماني که لامپهاي کاتدي موضوع روز بودند. در آن زمان تابش کاتدي با بار الکتريکي منفي شناسايي شد که بعدها مشخص شد خاصيت ذره اي دارد و به همين دليل ، اين ذره را الکترون ناميدند. در سال 1896 ، تابش X و مواد راديو اکتيو شناسايي شدند. در سال 1899 ، ذرات آلفا شناسايي شدند و بعدها مشخص شد اين ذرات ، درواقع اتمهاي هليوم هستند که الکترون هاي خود را از دست داده اند. به عبارت ديگر، ذرات آلفا هسته اتم هليوم هستند که از 2پروتون و 2نوترون تشکيل شده است . اما در سال 1911 ، مدل اتمي نيلز بوهر ارائه شد که براساس آن هسته اي سنگين با بار مثبت در مرکز اتم قرار داشت و الکترون هاي سبک در مدارهاي شخصي حول آن مي چرخيدند. اين مدل بسياري از خواص اتمها را توجيه مي کند. در همين سال ، آزمايش ديگري با استفاده از قطرات ريز روغن صورت گرفت و رابرت ميليکان توانست بار الکترون را اندازه گيري کند. در سال 1932 ، آخرين ذره اتم يعني نوترون به طور مستقل کشف شد و بدين سان ، دانش دبيرستاني ما در مورد اجزاي تشکيل دهنده ماده شکل گرفت .
اما اين آغاز ماجرا بود. در سال 1928 ، دانشمندي انگليسي به نام پل ديراک ، با تلفيق نظريه نسبيت خاص اينشتين و معادلات مکانيک کوانتوم ، معادله جديدي به دست آورد که به معادله ديراک مشهور شد. اين معادله وجود ذره اي مشابه الکترون را پيش بيني مي کرد که فقط بار الکتريکي مخالف الکترون داشت (يعني بار الکتريکي مثبت). نام اين ذره خيالي را پوزيترون نهادند؛ ولي هنگامي که در سال 1932 وجود اين ذره طي يک آزمايش به اثبات رسيد، مسير دنياي علم تغيير کرد. پل ديراک هم مانند ديگر دانشمنداني که اکتشافات مذکور را به عمل آوردند، مفتخر به دريافت جايزه نوبل فيزيک شد. پوزيترون ، نخستين پادماده اي بود که کشف شد و درک ما را نسبت به جهان متحول کرد. اگر ذره اي با پادذره اش برخورد کند، هر دو نابود مي شوند و انرژي آزاد مي کنند. مقدار انرژي آزاد شده و جرم ذره و پادذره با دقت تمام از رابطه E=mc2 مي آيند. تاکنون ذره اي کشف نشده که فاقد پادذره باشد. در سال 1937 ، اولين ذره جديد کشف شد. ميون ، ذره اي مشابه الکترون ولي با جرم بيشتر و بالطبع ناپايدارتر از آن . در سال هاي بعد نيز ذرات بيشتري کشف شدند، مانند فرون هاي پاي ، با ريون لامبدا ، فرون K ، نوترينوها و انبوهي ديگر از ذرات . تعداد ذرات بسيار بسيار زياد شده بود و همه در تلاش بودند نظريه اي ارائه کنند تا اين جمعيت زياد را منظم کند . در سال 1963 ، هوري گلمان نظريه اي ارائه کرد مبني بر آن که ذراتي مانند پروتون و نوترون ، از ذرات کوچکتري تشکيل شده اند که بارشان مضربي از ثلث بار الکترون است . اين نظريه بسيار عجيب بود ولي به مرور زمان کارايي خود را نشان داد ، تا جايي که موفقيت هاي آن جايزه نوبل را براي گلمان به ارمغان آورد .
ذرات بنيادی
جهان ، بزرگترين مجموعه ممكن است كه از ذرات بنيادي شكل يافته است. اين ذرات توسط نيروهاي گرانشي ، الكترومغناطيسي و هستهاي به هم پيوند يافتهاند. سلسله مراتب ساختماني آن در فضا ( از هستههاي اتم گرفته تا ابر كهكشانها) و سير تكاملي آن (از گوي آتشين تا اشكال كنوني) توسط ويژگيهاي ذرات بنيادي و برهمكنش آنها اداره ميشود. بنابراين ، تشريح ساختمان جهان و تكامل آن بر اساس خواص و برهمكنش ذرات بنيادي صورت ميگيرد.
ماده جهان از ذرات بنيادي تشكيل شده است. اجسام ، بدن انسان ، ستارگان و ... سيستمهايي متشكل از ذرات بنيادي هستند كه از نظر تعداد و نحوه جفت و جور شدن با هم تفاوت دارند. بنابراين ، وجود ذرات بنيادي بايد در تمام پديده هاي جهان ملموس باشد. فيزيك ذرات بنيادي درك عميقتر و ديد بالايي را در مورد ساختمان و تكامل اجسام منفرد مانند اتمها ، مولكولها ، بلورها ، صخرهها ، سيارات ، ستارگان ، منظومههاي ستارهاي و كل جهان ارائه ميدهد. براي همين مطالعه ذرات بنيادي براي فيزيك معاصر و بخصوص اختر فيزيك و كيهان شناسي اهميت اساسي دارد.
