کوارک

کوارک چیست؟ 

مدت زیادی این طور تصور می شد که پروتونها و نوترونها ذرات بنیادی هستند و بنابراین گمان می رفت مثل تقسیم الکترون دیگر قابل تقسیم نبوده و دارای یک ساختار داخلی نیستند.

کوارک چیست؟

مدت زیادی این طور تصور می شد که پروتونها و نوترونها ذرات بنیادی هستند و بنابراین گمان می رفت مثل تقسیم الکترون دیگر قابل تقسیم نبوده و دارای یک ساختار داخلی نیستند.

امروزه می دانیم که نوکلئونها یا به عبارت دیگر پروتونها و نوترونها خود از ذرات کوچکتری ساخته شده اند که کوارک نامیده می شوند.

تا به حال 6 نوع کوارک متفاوت شناسایی شده است، با این همه فقط دو نوع آنها در تشکیل مواد پایدار معمولی نقش مهمی دارند که عبارت است از کوارک U و کوارک D هستند. U علامت اختصاری برای بالا (UP) و d علامت اختصاری (down) می باشد. اگر بار الکتریکی یک الکترون را منفی (1)فرض کنیم(1- = الکترون) کوارک U دارای بار الکتریکی و کوارک d دارای بار الکتریکی بصورت است لذا پروتون ( که دارای یک بار مثبت است) از 2 کوارک U و یک کوارک d تشکیل شده است از این طریق است که بار آن مثبت یک حاصل می شود ، بر عکس یک نوترون دارای 2 کوارک d و یک کوارکU بوده و بار آن برابر صفر است.

اگر روابط و نسبتها در اتمها که در مقایسه با کوارکها بزرگ هستند. مهم و چشمگیر است، این روابط در کوارکهای کوچک مسلماً مهمتر هستند. مثلاً کوارکها هیچ گاه به تنهایی نقشی را به عهده ندارند بلکه همیشه در گروه های 2 و 3 تایی هستند. ذراتی که از 2 کوارک تشکیل می شوند مزون نام دارند که از 2 کوارک تشکیل می شوند مزون نام دارند. ذراتی را که 3 کوارک دارند بار یون می نامند. کوارکها در کنار بار الکتریکی ای که دارند خاصیت مرموز دیگری نیز دارا می باشند که رنگ خوانده می شود. کوارکها از این جهت به قرمز سبز و آبی طبقه بندی می شوند؛ البته از این طبقه بندی باید رنگهای حقیقی را تصور کرد بلکه منظور نوع بار الکتریکی آنهاست. بنابراین ذرات آزاد معلق در طبیعت باید همیشه دارای رنگ خنثی و به عبارت دیگر سفید باشند. به شرح زیر این نتیجه حاصل می شود: یک کوارک قرمز، یک کوارک سبز و یک کوارک آبی. یک گروه سه تایی مثلاً یک پروتون می سازند.

همان طور که ترکیب رنگهای رنگین کمان رنگ سفید را به وجود می آورد، از ترکیب رنگهای سه گانه کوارک نیز رنگ سفید به دست می آید. به این ترتیب یک ذره سفید مجاز و پایدار تشکیل می شود. امکان دیگر این است که یک کوارک قرمز با یک ضد کوارک که رنگ ضد قرمز دارد یک زوج بسازند قرمز و ضد قرمز همدیگر را خنثی کرده رنگی خنثی را به وجود می آورند به هر حال چون این گروه های دوتایی(مزونها) از ماده و پادماده ایجاد شده اند خیلی سریع فرو می پاشند، به این جهت مزونها پایدار نیستند.

تمامی این مطلب را چنین خلاصه کنیم : کوارکها هیچ گاه در طبیعت به عنوان ذرات مستقل و آزاد وجود ندارد. ایجاد ذرات متشکل از 2 کوارک یا به عبارت دیگر ( مزونها) البته ممکن است ولی این ذرات پایدار نیستند. بر عکس ، گروه های سه تایی یا به زبان دیگر پروتونها و نوترونها ساختار هایی بسیار پایدار هستند، انسان ، کره زمین و در واقع کهکشان راه شیری عملاً از 3 سنگ بنای اولیه ایجاد شده اند که عبارت از کوارکهای U،کوراکهایD و الکترونها که نوکلئونها را می سازند و آنها به یکدیگر متصل شده هسته اتمها را به وجود می آورند. هسته ها و الکترونها در اتحاد با یکدیگر اتمها را ایجاد می کنند و اتمها نیز با پیوستن به یکدیگر مولکولهای کوچک و بزرگ از قبیل مولکولهای آب و ... را می سازند.

میلیاردها مولکول سلولهای بدن ما را به وجود می آورند، اما با تمام تفاوتهایی که انسانها ، جانوران، گیاهان ، سیاره ها و یا ستارگان با یکدیگر دارند باز هم تمام آنها فقط از 3 ذره زیر بنایی ساخته شده اند که عبارتند از کوارکها، U کوارکهایD و الکترونها.

آیا کوارک ها را می توان مشاهده کرد؟

روشن است که کوارک ها را نمی توان مشاهده کرد بلکه می شود وجود آنها را مثل هسته اتمها از طریق آزمایشهای فراوان و پیچیده اثبات نمود. برای این کار مثل آنچه که رادفورد 75 سال پیش برای شناسایی هسته اتم انجام داد عمل می شود و پروتونها یا الکترونهای بسیار پر شتاب مورد اصابت قرار می گیرند. بیشتر الکترونها در این آزمایش به ندرت تغییر مسیر می دهند ولی تعدادی از آنهاکاملاً از مدار خود خارج می شوند، درست مثل اینکه به گلوله های سخت و کوچکی در داخل پروتونها برخورد کنند این گلوله های بسیار کوچک همان کوارک ها هستند که در جستجویشان بوده ایم. بررسی های دقیق نشان داده که پروتون در مجموع از سه سنگ بنای اولیه ی این چنینی تشکیل شده است و بدین سان جهان نیز تشکیل شده است.

منابع:

ماده و ضد ماده اثر موریس دوکس

فیزیک پایه بلت جلد چهارم

ذرات بنیادی اثر گ.ی.کوپیلف