مقاله مدل كوجكترين ذرات طبيعت و بر همكنش بين آنها
برهم كنش ذرات رنگي
اكتشافي كه جايزه نوبل فيزيك امسال رااز آن خود كرد اهميتي اساسي در فهم ما از چگونگي كاركرد يكي از نيروهاي بنيادين طبيعت داشته است. نيروييكه كوچك ترين ذرات ماده يعني كوارك ها رابه يكديگر مي چسباند. ديويد گراس ديويد پوليتزرو فرانك ويلچك توانستند با كارهاي تئوريك خود مدل استاندارد ذرات بنيادي را كامل كنند. مدلي كه كوجكترين ذرات طبيعت و بر همكنش بين آنها را توضيح مي دهد.
نيروي بر همكنش قوي
نيروي بر همكنش قوي كه اغلب به آن بر همكنش رنگي نيز مي گويند يكي از چهار نيروي بنيادين طبيعت است. اين نيرو بين كوارك ها كه ذرات بنيادي سازنده پروتون ها نوترون ها و نوكلئون ها هستند عمل ميكند. ديويد پوليتزرو فرانك ويلچك خاصيتي از نيروي بر همكنش قوي را كشف كردند كه به كمك آن مي توان توضيح داد به چه علت رفتاركوارك ها تنها درانرژي هاي بسيارزياد مانند رفتارذرات آزاد است. (درحالي كه بقيه ذرات بنيادي در انرژي هاي معمول نيز چنين رفتاري را از خود بروز مي دهند. به عبارت ديگر كوارك ها در انرژي هاي پايين هميشه در دل ذرات كه از دو يا سه كوارك ساخته شده اند محبوس هستند. آنها در انرژي هاي پايين هميشه به صورت تركيب شده با كوارك هاي ديگر ديده ميشوند.
اين تئوري از بسياري جهات توسط آزمايش هاي مختلفي به خصوص در سال هاي اخير در آزمايشگاه سرن بررسي شده است. اين كشفيات توانسته اند پايه اي براي تئوري بر همكنش رنگها (كروموديناميك كوانتومي) پي ريزي نمايند.
مدل استاندارد و چهار نيروي بنيادي طبيعت
اولين نيرويي كه انسانها با آن آشنا شدند نيروي گرانش است. اين نيرو باعث افتادن اجسام بر روي زمين و همچنين گردش سيارات به دور خورشيد و حركت ستاره ها در كهكشان است. به نظر مي رسد كه نيروي گرانش نيروي بسيار قوي است به عنوان مثال ارسال يك موشك به خارج از جو زمين احتياج به صرف انرژي و سوخت بسياري دارد. با اين حال در جهان ريز ميكرو سكوپيك در مقايسه با نيروي بين ذراتي از قبيل الكترون و پروتون نيروي گرانش نيروي بسيار ضعيفي است سه نيروي ديگر طبيعت كه اثر آنها اغلب در حوزه جهان هاي ريز ميكروسكوپيك ديده مي شود عبارتند از نيروهاي بر همكنش.
الكترو مغناطيسي بر همكنش ضعيف وبر همكنش قوي. چگونگي عملكرد اين سه نيرو توسط نظريه مدل استاندارد توضيح داده مي شود. اين نظريه، نظريه اي بسيار قوي است براي اينكه ميتواند نظريه نسبيت خاص انيشتن و مكانيك كوانتومي را يكجا دربر بگيرد.(البته به خاطر مسائل و مشكلات تكنيكي هنوز نمتوان آن را نظريه اي كامل و سازگار دانست).
مدل استاندارد مي تواند توضيحي براي كوارك ها، لپتون ها و ذراتي كه نيروها را حمل مي كنند ارائه كند. كوارك ها به عنوان نمونه سازنده ذراتي مانند پروتونها ، نوترونها هستند.
الكترون ها كه سازنده پوشش بيروني اتم ها هستند در دسته لپتون ها قرار دارند. تا جايي كه مي دانيم الكترون ها خود از ساختارهاي ريزتري تشكيل نشده اند.
بر همكنش الكترو مغناطيسي سازنده نور و چسبندگي مواد
بر همكنش الكترو مغناطيسي مي تواند توصيفي مشترك براي بسياري از پديده ها كه جهان ما را در بر گرفته اند ارائه دهد. به عنوان نمونه اصطكاك، مغناطيس و علت ا ينكه چرا جسمي بر روي ميز از درون ميز عبور نمي كند، به كمك اين نيرو قابل توضيح هستند. نيروي الكترو مغناطيسي كه در اتم هيدروژن، الكترون و پروتون را به هم پيوند مي دهد به اندازه غير غابل تصور 1041 بار از نيروي گرانشي بين آنها قوي تر است. اندازه اين دو نيرو متناسب با مربع فاصله كاهش مي يابد با اين حال نيروهاي بلند برد محسوب مي شوند.
هر دوي اين نيروها يعني الكترو مغناطيس و گرانش توسط ذرات حامل كه به ترتيب فوتون(ذرات نور) و گراويتون هستند حمل مي شوند. بر خلاف فوتون ذره گراويتون هنوز به صورت آزمايشگاهي كشف نشده است. دليل بلند برد بودن اين دو نيرو را مي توان به كمك اين واقعيت كه ذرات حامل اين نيروها بدون جرم هستند توضيح داد. فيزيكدانان توانسته اند به كمك تئوري الكتروديناميك كوانتومي توصيف مناسبي براي بر همكنش الكترو مغناطيسي ارائه نمايند. اين تئوري يكي از موفقيت آميزترين تئوري هاي فيزيكي است كه با دقت يك در ده ميليون با نتايج آزمايشگاهي توافق دارد. توموناگا، جوليان شوينگر و ريچارد فاينمن جايز فيزيك در سال 1965 رابراي اين نظريه از آن خود كردند. يكي از دلايل موفقيت اين نظريه وجود يك ثابت كوچك به اسم ثابت كوپلاژ 137/1 در معادلات است. وجود اين ثابت كوچكتر از يك اين امكان را فراهم مي سازد كه براي محاسبه اثر نيروي الكترو مغناطيس از بسط سريها در معادلات استفاده شود. اين روش رياضي كه به آن روش حل اختلالي مي گويند توسط فاينمن بسط و گسترش يافت. يكي از خواص مهم نظريه الكترو ديناميك كوانتومي اين است كه ثابت كوپلاژ در انرژي هاي مختلف مقادير مختلفي دارد. اين مقدار با افزايش انرژي افزايش مي يابد. به عنوان نمونه در شتاب دهنده سرن مقدار آن به جاي 137/1 ،128/1 در انرژي حدود 100 بيليون الكترون ولت اندازه گيري شده است. اگر نمودار اندازه ثابت كوپلاژ نسبت به انرژي رسم شود، آن گاه اين منحني داراي يك شيب آرام به سمت بالا خواهد بود كه فيزيكدانان اصطلاحا” مي گويند شيب منحني يا تابع بتا مثبت است.
مقاله مدل كوجكترين ذرات طبيعت و بر همكنش بين آنها