web analytics
فيزياء الطاقة العالية
(Image credit: Chris Smith - www.symmetrymagazine.org)

7 أشياء يجب أن تعرفها عن فيزياء الجسيمات

فيزياء الجسيمات « Particle Physics » أو كما يُطلق عليها أيضاً فيزياء الطاقة العالية « High Energy Physics » هي إحدى فروع علم الفيزياء الذي يتناول دراسة المكونات الأساسية للمادة والطاقة. من خلال هذا المقال سنستعرض معاً أشهر المفاهيم والمصطلحات الخاصة بهذا التخصص.

في البداية يُمكن تقسيم الجُسيمات الأولية إلى مجموعتين وهم:

  •   الفرميونات نسبة إلى عالم الفيزياء الإيطالي إنريكو فيرمي « Enrico Fermi »
  • البوزونات نسبة إلى عالم الفيزياء الهندي ساتيندرا ناث بوز « Satyendra Nath Bose »

1- البوزونات « Bosons »

مجموعة من الجسيمات لها عزم مغزلي صحيح (,…,0,1,2) ؛ يُمكن تصنيفها إلى مجموعتين: أولية « Elementary » مثل الفوتونات؛ وجُسيمات مركبة « Composite » مثل الميزونات.

2- الفرميونات « Fermions  »

جُسيمات أولية لها عزم مغزلي نصف صحيح على سبيل المثال (1/2) ؛ وتنقسم إلى مجموعتين: الأولى هي الكواركات « Quarks »؛ والثانية هي اللبتونات « Leptons ».

3- الباريونات « Baryons »

التسمية مُشتقة من كلمة يونانية تعني « heavy » أو “ثقيل” . وهي عبارة عن جُسيمات مركبة « Composite Particles » تتكون من ثلاثة كواركات؛ منها على سبيل المثال: البروتون والنيوترون؛ وتختلف الباريونات عن الميزونات لأن الثانية تتكون من كوارك وكوارك مُضاد فقط. كلا من الباريونات والميزونات تنتمي لعائلة الهادرونات. 

 

فيزياء الجسيمات
(Image credit: Fermilab – www.fnal.gov)

4- الكوارك « Quarks »

هي الوحدات البنائية الأولية للمادة؛ تتحد تلك الجسيمات فيما بينها لتكوين جسيمات أكبر مثل البروتونات والنيوترونات. تزداد كتلة الكوارك كلما اتجهنا ناحية اليمين في الصورة المرُفقة أعلاه للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات « Standard Model of Elementary Particles » ؛ هذا يعني أن كتلة الكوارك القمّي أكبر من العلوي. تتميز بأنها لا تستطيع التواجد بشكل منفرد بل تتحد لتكوين جسيمات أكبر كما ذكرنا سابقاً. يوجد ستة أنواع من الكوارك وهي:

  • العلوي (up)
  • السفلي (down)
  • الساحر (charm)
  • الغريب (strange)
  • القمّي (top)
  • القعري (bottom)

5- اللبتونات « Leptons »

تنتمي لعائلة الفرميونات؛ أشهر هذه الجُسيمات هو الإلكترون ويحمل كتلة أقل من نظيريه الميون والتاو؛ تتميز هذه الجسيمات بأن لها عزم مغزلي قيمته (1/2). اللبتونات هي عبارة عن ستة جُسيمات أولية وهي:

  • الإلكترون (Electron)
  • الميون (Muon)
  • التاو (Tau)
  • إلكترون نيوترينو (Electron Neutrino)
  • ميون نيوترينو (Muon Neutrino)
  • تاو نيوترينو (Tau Neutrino)
الجسيمات الأولية
(Image credit: physics.uu.se)

6- الميون « Muon »

جسيم سالب الشحنة يندرج تحت عائلة اللبتونات وكتلته أكبر 200 مرة من كتلة الإلكترون. تأتي معظم جسيمات الميون من الأشعة الكونية القادمة من الفضاء الخارجي والتي هي عبارة عن بروتونات تحمل طاقة عالية تتفاعل مع الغلاف الجوي للأرض؛ ينتج من هذا التفاعل جسيمات تُدعى البيون « Pions » وتتكون من (كوارك علوي، كوارك سفلي، ونقيض الكوارك).

قد لا تكون سمعت عن جسيمات البيون من قبل نظراً لأنها تتحلل سريعاً إلى لبتونات وإشعاع كهرومغناطيسي؛ ومن هنا تتولد الميونات لذا فهي لا تأتي بشكل مباشر من الفضاء إنما كنتيجة لتفاعل الأشعة الكونية مع الغلاف الجوي لإنتاج جُسيم آخر يتحلل سريعاً لجسيمات أخرى من ضمنها الميون.

تتولد أيضاً لبتونات أخرى جرّاء هذا التفاعل مثل الإلكترون والنيوترينو؛ ولكن الميون يحمل طاقة أعلى وهذا يزيد من احتمالية وصوله لسطح الأرض. تتم هذه التفاعلات باستمرار حتى أن هناك ما يقرب من 600 جُسيم تخترق جسدك كل دقيقة!

7- المادة المضادة « Antimatter »

إنها حقيقة مُثبتة علمياً وليست نتاج أفلام الخيال العلمي الأمريكية! كل جُسيم لديه نظير مضاد يُطلق عليه « Antiparticle » متطابق معه تماماً أي أن المادة المضادة تحمل نفس كتلة الجسيم العادي ولكنها تملك شحنة مُعاكسة.

على سبيل المثال: يحمل الكوارك العلوي شحنة قدرها (2/3+) إذن فالكوارك العلوي المُضاد سوف يحمل شحنة قدرها (2/3-)؛ لذا فحين يصطدم جُسيم بنظيره المُضاد فسوف يحدث فناء لكل منهما مع إطلاق كمية من الطاقة في عملية تُعرف بـ « Matter-Antimatter Annihilation ».

المصادر

12345 

 

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *