فیزیک ذرات

اکنون بیش از یک قرن است که فیزیکدانان مشغول شکستن اتمها و دسته بندی ذرات زیراتمی تولید شده اند. نخستین آزمایشهایی از این دست را که به کشف الکترون با بار منفی منجر شد، جی.جی.تامسون در سال 1897 انجام داد. کشف هسته ي اتم به وسیله ي رادرفورد و مطالعه ي عناصر پرتوزا به وسیله ي رادرفورد، پی یر و ماری کوری، مایتنر، فرمی و دیگران موجب نفوذ بیشتر در اسرار قلمرو ذرات زیراتمی شد. انبوهی از ذرات پرانرژی زیراتمی که از فضای خارج می آیند و پرتوهای کیهانی نام گرفته اند در اتاقکهای ابر و آشکارسازهای دیگر مشاهده شده اند. اکنون آزمایشگران آموخته اند که چگونه باریکه های پرانرژی از ذرات زیراتمی را در ماشینهای شتاب دهنده ي عظیم، پدید آورند. باریکه های تولید شده به سوی باریکه های دیگر پرتاب می شوند و ذراتی که به این طریق تولید شده اند در آشکارسازهای بسیار پیچیده مشاهده می شوند. ذراتی که در این آزمایشها تولید شدند به قدری متنوع بودند که ابتدا نظریه پردازان نمی دانستند با آنها چه کنند.
پل دیراک (1) یکی از نظریه های بزرگ ریاضی فیزیک را تدوین کرد. این نظریه از نظر اهمیت، در ردیف نظریه ي الکترومغناطیس ماکسول قرار دارد. نظریه ي دیراک به تشریح الکترونهایی می پردازد که سرعت آنها به قدری زیاد است که باید محدودیتهای نظریه ي نسبیت خاص اینشتین را در مورد آنها اعمال کرد. این نظریه نشان می دهد که الکترونها نوعی حرکت چرخشی دارند و مانند آهنرباهای بسیار ریز رفتار می کنند که قطبهای شمال و جنوب مغناطیسی دارند. دیراک همچنین از نظریه ي خود یک نتیجه ي کاملاً غیرمنتظره به دست آورد و آن این بود که الکترون، همتایی با بار مثبت دارد. این ذره پس از آنکه به وسیله ي کارل اندرسون (2) در اتاقک ابر مشاهده شد، پوزیترون (3) نام گرفت. الکترون و پوزیترون که از جنبه های دیگر نیز متفاوت اند، پادذره ي (4) یکدیگر نامیده می شوند. همه ي ذرات دیگر، از جمله نوترونها تا نوترینوها، پادذره ي متناظر خود را دارند.
دومین نظریه پرداز در زمینه ي ذرات ریچارد فاینمن (5) است. او به نسل دانشمندان کوانتومی پس از دیراک تعلق دارد. نظریه ي دیراک پاسخي به کشف تجربی ویلیس لم (6) و پولی کارپ کوش (7) بود، که نشان می داد نظریه ي دیراک، اندکی خطا دارد. روش فاینمن نیازمند محاسبات طولانی است ولی این سختی، دقت حیرت آوری به همراه دارد. برای آسان کردن محاسبات، فاینمن رهیافتی تصویری ابداع کرد. در آن هر مرحله ي محاسباتی به وسیله ي یک نمودار ابتکاری نشان داده می شود.
سومین نظریه پرداز ذرات، مورای گل- مان (8) است که نظریه های او نه تنها هسته ي اتم را می کاود بلکه ذرات درون هسته و همه ي خرده های هسته ای را که در نتیجه ي خرد شدن هسته ها در شتاب دهنده ها پدید می آیند، در برمی گیرد. گل- مان واحدهای غایی ماده را ذراتی همیشه محصور و دارای بار کسری تعیین کرد و آنها را «کوارک» (9) نامید. بار یونها ( مثل پروتونها و نوترونها) از سه کوارک و مزونها ( مثل پیون) از دو کوارک تشکیل می شوند. فیزیکدانان ذرات با نامگذاری شیطنت آمیز به کوارکها شش «طعم» و سه «رنگ» نسبت می دهند، رنگ کوارک مانند بار الکتریکی، یک میدان تولید می کند. کوانتوم این میدان «گلوئون» (10) نام دارد و شبیه فوتون در میدان الکترومغناطیسی حامل نیروی قوی است که کوارکها را در کنار یکدیگر محصور نگه می دارد.
اما سخنی درباره ي اصطلاح «ذره». ذره در کاربرد امروزی به ذرات زیر اتمی ماده و نیز به ذرات (یا کوانتومهای) موجود در میدان گفته می شود. مثالهایی از ذرات زیراتمی ماده الکترونها، پروتونها و نوترونها هستند و مثالی از ذره ي میدان، فوتون میدان الکترومغناطیسی است. الکترونها، فوتونها، کوارکها، نوترینوها و گلوئونها همگی ذرات بنیادی هستند و از ذرات ریزتر تشکیل نشده اند. نوترونها و پروتونها ذرات بنیادی نیستند زیرا از ذرات بنیادی کوارک و گلوئون ساخته شده اند.

پي‌نوشت‌ها:

1.Paul Dirac.
2. Carl Anderson.
3. Positron.
4. Antiparticles.
5. Richard Feynman.
6. Willis Lamb.
7. Polykarp Kusch.
8. Murray Gell-Mann.
9. Quark.
10. Gluon.

منبع مقاله :
كروپر، ويليام هـ، (1389)، فيزيكدانان بزرگ از گاليله تا هاوكينگ، احمد خواجه نصير طوسي ـ سهيل خواجه نصير طوسي، تهران، مؤسسه ي فرهنگي فاطمي، چاپ اول 1389.