علوم و فیزیک ذرات بنیادی

علوم هسته ای به بررسی ساختار، خواص و بر هم کنش های هسته اتمی که قلب اتم ها را تشکیل می دهد، می پردازد. هسته محلی است که تقریبا تمام جرم یک ماده معمولی در آن متمرکز شده است. درک رفتار ماده هسته ای تحت شرایط معمولی و غیرمتعارف بسیار مشکل است.
بحث های اولیه پیرامون فرضیه اتمی، به فیلسوفان یونان باستان برمی گردد که در پی یافتن اسرار طبیعت بودند. در قرن پنجم قبل از میلا د، ذیمقراطیس بر این باور بود که مواد بنیادی (خاک، آب، آتش و باد) از ذرات منفرد و کوچکی به نام اتم، تشکیل شده اند (اتم کلمه ای یونانی به معنای غیرقابل تقسیم است). این تصور فیلسوفانه توسط جان دالتون، بین سال های ۱۸۰۳ تا ۱۸۰۸ میلا دی به واقعیت پیوست که نشان می داد، چگونه جرم اتم ها را (که در این مورد از وزن اتمی استفاده می شود) در مقایسه با اتم های دیگر، می توان سنجید. در سال ۱۱۹۵ هخ (۱۸۱۶ م) ویلیام پروت بر اساس چند وزن اتمی شناخته شده، بر این باور شدکه همه اوزان اتمی مضرب صحیح و عدد کاملی از وزن اتمی عنصر هیدروژن هستند. او فکر می کرد که همه عناصر از هیدروژن ساخته می شوند. این تصور، وقتی که مشخص شد عناصری نظیر «کلر» مضرب ناصحیحی از وزن اتمی دارند، رنگ باخت.
فیزیک ذرات بنیادی به مطالعه ذرات اصلی و تشکیل دهنده مواد و نیروهای ما بین آنها می پردازد. هدف از این علم، درک قوانین بنیادی حاکم بر تشکیل مواد و جهان مادی است. همچنین این علم یکی از شاخه های اصلی مطالعات علمی بر سر فهم سرچشمه دنیاست.
فیزیک ذرات، موضوعی جدید است و همه کشف های جدید مربوط به آن، از آغاز قرن بیستم به بعد انجام شده است. لحظه به لحظه کشف های هیجان انگیزی انجام و گزارش شده است و موجب بازنویسی فصل های مشخصی از این علم شده است، البته اگر باعث به وجود آمدن سوال های جدیدی نشود! به همین دلیل، تنها واقعیت هایی که فکر می کنیم «به طور کامل» پایه ریزی شده اند در اینجا مطرح می شوند.
اتم ها: ممکن است از دروس شیمی پایه آموخته باشید که مواد، از ذرات بنیادینی به نام اتم تشکیل شده اند. امروزه همه ما می دانیم که تمام مواد تقریبا از ترکیب بیش از ۱۰۰ گونه اتم های مختلف تشکیل شده اند که آنها را عنصر می نامیم.
به هر حال، از اوایل قرن بیستم می دانیم که هر اتم حتی از ذرات بنیادی تری به نام پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده است. هر عنصر به طور منحصر به فردی توسط تعداد پروتون های هسته اتمی خود شناسایی می شود. مطالعه علم شیمی تنها با شیوه و چگونگی بر همکنش الکترون ها با یکدیگر و تشکیل مواد حاصل از این برهمکنش ها، سر و کار دارد، (نیروها یا پیوندهای شیمی). کوچکترین مقیاسی که علم شیمی بدان توجه دارد، در حد اتم، است در صورتی که فیزیک ذرات بنیادی اساسا با هر ذره بنیادی تر از اتم که مواد پایدار را تشکیل می دهند و می توانیم آنها را ببینیم و همچنین موادی که در انرژی های بالا یا در پیدایش جهان اولیه وجود داشته اند، سر و کار دارد. این علم همچنین به مطالعه نیروهای حاکم بر این مواد می پردازد. در حقیقت نیروهای شیمیایی، تنها یکی از انواع خاص نیروهاست که علم شیمی بدان می پردازد.
بسیاری از این ذرات (یا ریز ذرات) از دید علم شیمی و تجربه روزمره ما پنهانند. شیوه ها و وسایل مخصوصی جهت کشف و یافتن اینگونه ذرات باید به کار رود. یکی از ابزارهای اصلی، شتابدهنده ذرات است. این وسیله، ماشین غول پیکری است که آثار و محصولات حاصل از برخورد میان این ذرات پرسرعت را آشکارسازی می کند. برای اینکه این ذرات انرژی کافی داشته باشند تا ساختار درونی خویش را آشکار کنند، باید قبل از برخورد سرعت بسیار بالایی بگیرند. برخی از این ریز ذرات ممکن است تنها مدت بسیار کوتاهی پیش از نابودی یا تبدیل شدن به ذره دیگر، به وجود آید. بنابراین شتابدهنده های ذرات می توانند برای شبیه سازی جهان هستی در مراحل اولیه تشکیل، استفاده شوند.
هسته اتم شامل نوکلئون ها یعنی پروتون ها و نوترون ها است. پروتون ها و نوترون ها از کوارک ها ساخته شده اند و به واسطه نیروی قوی که از تبادل گلوئون ها میان کوارک ها برقرار می شود، به یکدیگر پیوند می خورند. پروتون شامل دو کوارک بالا (u) و یک کوارک پایین (b) است. نوترون نیز مشابه پروتون است، با این تفاوت که دو کوارک پایین (b) و یک کوارک بالا (u) دارد.

نویسنده : دکتر احمد قریب

منبع : روزنامه مردم سالاری