ما هي اللبنات الأساسية للمادة
ندرك جميعا أنه يمكن الحصول على الجسيمات من خلال تقسيم المادة إلى أجزاء أصغر. الجسيمات هي أصغر جزء في المادة ولها خصائصها الخاصة. إذا قمنا بتقسيم الذرة، فالمادة التي نحصل عليها لن تكون لها نفس خصائص المادة التي بدأنا باستخدامها. كما نعلم جميعا، تتكون الذرة من نواة محاطة بالإلكترونات، وتتألف النواة من بروتونات ونيوترونات. لذلك، نحن نحللها في النهاية إلى ثلاثة أجزاء. ونعلم أيضا أن البروتونات والنيوترونات متشابهة تقريبا في كل شيء، باستثناء أن البروتونات لها شحنة في حين أن النيوترونات متعادلة. أما الإلكترون، فهو العنصر المشترك لجميع المواد لأنه موجود في جميع الذرات. فهو موجود في الهيدروجين (الذي يتألف نواته من بروتون واحد فقط) وحتى في العناصر الأكثر ضخامة (التي تتألف نواتها من 103 بروتون و 154 نيوترون). بالإضافة إلى ذلك، يمكن للذرات أن تبادل الإلكترونات، ويمكن للإلكترونات التجول بحرية بين الذرات في بعض المواد.
ومع ذلك، هذه ليست النهاية، فهذه الجسيمات الثلاثة ليست الجسيمات الأساسية للمادة، إذ بتقدم التكنولوجيا وبناء مسرعات طاقة متقدمة وأعلى، يمكن تسريع البروتونات إلى طاقات أعلى، وعند وضع حزمتين من البروتونات عالية الطاقة في حالة التصادم، يمكننا رؤية جسيمات متناثرة من الاصطدام، وسيؤدي ذلك بالتأكيد إلى عدم تفتت كرة الورك إلى شظايا عشوائية، بل ستكون مثل تكسير كرة زجاجية على العكس تماما، إذ تتمتع هذه الجسيمات بخصائصها الفريدة ولونها الخاص وحتى نكهتها الخاصة.
تعريف لبنات المادة
الكوارك واللبتونات هما المكونات الأساسية للمادة وتعتبر جسيمات عنصر في النموذج القياسي الحالي، حيث تحتوي الكواركات على 6 نكهات. يمكن لهذه النكهات أن تشكل أكثر من 200 ميزون وباريون معروف. وأشهر الباريونات هي البروتونات والنيوترونات التي تتكون من الكواركات. يمكن ملاحظة الكواركات على أنها عناقيد تتكون من كواركين فقط (ميزونات) أو ثلاثة (باريونات). بعض الأشخاص يدعون أنهم لاحظوا جسيمات مكونة من خمسة كواركات، ولكن التجارب لم تثبت وجودها بعد.
حيث تتحد الكوارك لتشكل جسيمات معقدة تسمى الهادرونات ، وأكثرها استقرارًا هي البروتونات والنيوترونات ، وهي جزء من النواة ، الذي لا يمكن أن تظهر الكوارك في شكل حر واحد لأنها دائمًا ما تكون محاصرة في ثنائي الهادرونات (الميزونات) أو ثلاثية (الباريونات) مثل البروتونات والنيوترونات وتسمى هذه الظاهرة ب تقييد اللون ، حيث يتم استخراج المعلومات حول الكواركات من تجارب وملاحظات الهادرونات.
ما هي الجسيمات الأولية
الجسيمات الأولية هي أصغر كتل بناء معروفة في الكون حيث يعتقد الناس أنه ليس له بنية داخلية ، مما يعني أن الباحثين يرونه كنقطة صفر أحادية البعد لا تشغل الفضاء و قد يكون الإلكترون هو الجسيم الأولي الأكثر شيوعًا ، لكن النموذج القياسي للفيزياء الذي يصف التفاعل بين الجسيمات وتقريبًا جميع القوى يمكنه تحديد عشرة جسيمات أولية كاملة.
تُعَد الكوارك جسيمًا أوليًا، إلى جانب الليبتونات، وتتكون منها البروتونات والنيوترونات، وتعتبر هذه الجزيئات مهمة لأنها تشكل جزءًا من الذرة، التي يُعتقد أنها أصغر جسيم ممكن، وفي نهاية القرن العشرين، كانت نواة الذرة تتكون من البروتونات والنيوترونات.
أنواع الكوارك
هناك ستة أنواع مختلفة من الكواركات المعروفة باسم النكهات، وهي: النكهة العلوية، النكهة السفلية، النكهة الساحرة، النكهة الغريبة، النكهة الفوق وتحت. لكل نكهة زوج من المجموعات، وتكون جودة الكواركات العلوية والسفلية أقل من جودة الكواركات الأخرى في عملية تسمى تحليل الجسيمات. في هذه العملية، يتأرجح الكوارك الأثقل بسرعة إلى الأعلى والأسفل حتى يتحول إلى حالة أخف وزنا. وهذا هو السبب في أن الكواركات العلوية والسفلية هي الأكثر استقرارا وانتشارا في الكون. تسمى الكواركات الساحرة والغريبة بهذه الأسماء. ولا يتم إنتاج الكواركات العلوية والسفلية إلا عن طريق الاصطدامات ذات الطاقة العالية، مثل تلك التي تحدث في مسرعات الجسيمات أو التي تنتجها الأشعة الكونية. كما ذكر، هناك ستة أنواع من جسيمات الكوارك، وتعرف هذه الأنواع أيضا بأنها عوامل النكهة. والفرق بين هذه الأنواع المختلفة يكمن في خصائص الشحنة بالإضافة إلى الكتلة، ويمكن استخدام هذه الأنواع مع زوج من المجموعات كما يلي
- لأعلى ولأسفل.
- فوق وتحت.
- غريب وساحر
يوجد لكل نوع مسبق من الكوارك كوارك مضاد، ويكون للجسيم المضاد قيمة الكم العكسية للكوارك.
ما هي الكواركات وخصائصه
يمكن توضيح مفهوم الكوارك عن طريق تحديد تكوين الذرة، حيث إن النواة تتكون من نيوترونات وبروتونات، وهذه المكونات هي مثال على الهادرونات، وهي أجسام دون ذرية مكونة من كواركات. لذلك، يشير مصطلح الكواركات إلى نوع من المصفوفات في الفيزياء، حيث تتفاعل بعضها البعض لتكوين الهادرونات. ومثل جميع الجسيمات الأخرى، تحتوي الكواركات على أجسام مضادة تسمى الكواركات المضادة. والفرق بين الكواركات والكواركات المضادة هو أنها تتفاعل فقط من خلال الجاذبية والقوة الكهرومغناطيسية والتفاعل النووي القوي، وبعبارة أخرى، يتفاعلون في القوى الأساسية الأربعة للفيزياء. ويجب ملاحظة أن الكواركات لا يمكن أن توجد بشكل مستقل، وذلك لأنها موجودة دائما في مجموعة من الكواركات الأخرى، ويطلق على هذه الظاهرة قفل الكواركات أو حظرها. وبسبب هذه الخاصية، لا يمكن قياس خصائص الكواركات مباشرة، مثل الكتلة، لذلك يمكن الاستدلال على هذه الخصائص من الجسيمات المكونة. وبالإضافة إلى ما سبق، هناك بعض الخصائص التي تحيط بالكواركات:
ترتبط خاصية الكوارك ارتباطًا وثيقًا بكثافة اللون، حتى لو وجدت الطاقة الكافية للفصل، فإن زوجًا من الكواركات والكواركات المضادة سيتم إنتاجها ودمجها مع أي كواركات متاحة لإنتاج جسيمات الهادرون.
تظهر نتائج قياس خصائص الكوارك أنه فيرميون ، ويتبع مبدأ استبعاد البولي لأنه يحتوي على دوران غير صحيح إنه +1/2 أو -1/2 في التفاعل النووي القوي حيث يحدث تبادل الغلوون ، ويتغير لون الكواركات ، مما يعني أن البوزونات أو الجسيمات الأولية ليس لها كتلة ، ولها نواقل قياسية ، وتحمل شحنة اللون.
لماذا سمى الكوارك بهذا الاسم
جيل مان اختارت اسم “كوارك” بعد سماع صوت البطة، واستغرق بعض الوقت حتى تم تهجئة هذا المصطلح الجديد بشكل صحيح، وتم العثور في كتاب جيمس جويس “صحوة فنغ هانز” على كلمة “كوارك .
يُطلق على الكوارك باللغة العربية اسم “راكين”، وهو مشتق من كلمة “ركن” كاستعارة، وهو أحد الجسيمات المعمارية، والتي تكون أكبر من البروتونات.
وتتميز الكواركات بستة نكهات وهناك العديد من الأسباب لتسمية النكهة باسمها الحالي، فمصطلح “الركن العلوي والسفلي” ناتج عن ملف النظائر الذي يحمل العناصر العلوية والسفلية، وتم تسمية الركن الغريب بهذا الاسم لأنه تكون من أحد الجسيمات الغريبة الموجودة في الأشعة الكونية قبل سنوات من ظهور نموذج الأشعة؛ تعتبر هذه الجسيمات “غريبة” لأنها غير عادية للغاية ولها عمر طويل.