ما هي الجسيمات دون الذرية

تعريف الجسيمات دون الذرية

عند الحديث عن الجسيمات التي تزيد عن حجم الذرات، يجب علينا معرفة مصطلح هام، وهو الكوارك، إذ يعتبر الكوارك جسيما صغيرا يوجد داخل البروتونات والنيوترونات ويتميز بصغر حجمه مما يترك مساحة فارغة داخل البروتونات والنيوترونات. وعلى الرغم من أن 2٪ فقط من الجسيمات هي كواركات، إلا أنها تساهم بشكل كبير في تكوين النواة الثقيلة للذرات، وفقا لنظرية النسبية لألبرت أينشتاين ومعادلته E=mc² التي تفيد بأن الكتلة والطاقة مترابطتان. وبالتالي، فإن 2٪ فقط من كتلة أي جسم تعود إلى الكواركات، والباقي هو طاقة، ويمكن القول بأن كل شيء في الأساس هو حقول قوة وليس أشياء لها كتلة.

يوجد المزيد في الذرة: تعد الجسيمات الافتراضية للمادة والمادة المضادة مؤقتة لحظة واحدة فقط، وتعزز تعقيد الصورة وتظهر في كل مكان في الكون، من الفضاء العميق إلى نواة الذرات، وكذلك الصورة النهائية لكائن ما تكون مجرد طاقة متجانسة مرتبطة بحقول القوة في البروتونات والنيوترونات والأنوية والذرات والجزيئات التي تشكل الكائن. ويمكن تفسير ذلك في عالم الكم، ولذلك يحتوي هذا العلم على الكثير ليفعله لاستكمال تلك الصورة ومعرفة ما يحدث حقا على أي نطاق في العالم من حولنا أو في داخلنا.

كم عدد الجسيمات دون الذرية الموجودة

حتى الآن، تم اكتشاف 36 جسيما أساسيا مؤكدا، وتشمل هذه الجسيمات الجسيمات المضادة والجسيمات غير الذرية، وتنقسم إلى نوعين: الجسيمات الأولية والمركبة، ويمكن أن تستمر لفترة قصيرة مثل لحظة ويمكن العثور عليها في كل مكان في الكون، وليس فقط داخل نواة الذرة.

ما نوع القوى التي تربط الجسيمات دون الذرية معًا

تتماسك الجسيمات دون الذرية معًا بواسطة نوعين من القوى: تعد القوة النووية والقوة الكهرومغناطيسية هي الأقوى التي يعرفها البشر حتى الآن، حيث يجب أن تبقى الجسيمات تتحرك بسرعة تقريبية للضوء في مساحة صغيرة جداً، ولذلك فهي الأقوى التي تم اكتشافها حتى الآن.

القوى في عالم الكم

ليس من السهل تخيل وفهم الأشياء في عالم الجسيمات دون الذرية مثل الأشياء التي تحدث على الأرض، في الأربعينيات من القرن الماضي، بدأ الفيزيائي الأمريكي ريتشارد فاينمان بالتحقيق في القوى دون الذرية، اكتشف أنه لا يوجد مجال جاذبية في البروتون على سبيل المثال، بدلاً من ذلك، تم دفع الجسيمات عن طريق انبعاث الجسيمات وامتصاصها.

تخيل إطلاق النار على بندقية: عندما تترك الرصاصة البندقية، يشعر من أطلق النار بالارتداد، وعندما تصطدم الرصاصة بجسم ما، سيطير الجسم نتيجة للقوة، يحدث الشيء نفسه في البروتون، ففي البروتون أو النيوترون، يوجد جسيم يحمل القوة ويحافظ على تماسك البروتون، إنه يعمل مثل الغراء وبالتالي يسمى الغلوون، الغلوون هو ما تنبعثه الكواركات وتمتصه، وبالتالي، داخل البروتون لا توجد الكواركات فقط التي تدور حولها، هناك أيضًا الغلوونات التي تقفز ذهابًا وإيابًا بين الكواركات، وتتفاعل بعض الغلوونات مع الغلوونات الأخرى، ولا يزال الفضاء الفارغ في البروتونات والنيوترونات والذرة موجودا، إذن، من أين تأتي الكتلة؟

الكتلة والطاقة

كل شيء مصنوع من الذرات، وكل شيء لديه كتلة، ومع ذلك، تعد الذرة في الحقيقة فارغة تقريبا. تحتوي جسيمات نواة الذرة مثل البروتونات والنيوترونات على كتلة متقاربة، وتعرف بشكل عام بالنوكليونات، حيث يبلغ وزن النوكليون حوالي 1836 مرة وزن الإلكترون. عند تقريب الكتلة لتكون 2000، يمكن تجاهل الإلكترونات، ويكون وزن الجسم تقريبا مساويا لمجموع وزن النوكليونات. وهذا يؤدي إلى تشكل الجسم، ومع ذلك، فإن النوكليونات لديها أيضا فراغ كبير في الداخل.

الجلونات ليست لديها كتلة، لذلك يجب أن يكون لكل كوارك كتلة تعادل ثلث كتلة النواة. ومع ذلك، إجمالي كتلة جميع الكواركات في جسم ما يمثل حوالي 2٪ فقط من الكتلة الإجمالية، وسرعة الكواركات تقترب من سرعة الضوء، مما يعني أن لديها طاقة حركية عالية. تتحجم الكواركات في مساحة تتراوح بين 10 و 15 مترا، ويتطلب الاحتفاظ بكائن سريع مثل هذا في مساحة صغيرة قوى هائلة، وبالتالي ينشأ طاقة كامنة هائلة.

ما هو حجم الكواركات

في أساسيات فيزياء الجسيمات، ليس من الضرورة أن يكون حجم الكوارك 5 × 10-20 متر، فقد يكون صفريا، لكن هذه أيضا نظرية، ومن وجهة نظر هذه النظرية، يمكن أن يكون البروتون حجمه مثل حجم كرة السلة والكواركات الثلاثة صغيرة مثل حبيبات الرمل الصغيرة، أو حتى أصغر. تتحرك الكواركات حول البروتون أو النيوترون بسرعة تقريبية تساوي سرعة الضوء، تماما مثل الذرة. يتكون البروتون والنيوترون أيضا أساسا من مساحة فارغة.

على الرغم من ذلك، فإن القوى التي تحافظ على الكواركات معًا هي هائلة، وعلى عكس الأرض، لا يوجد في البروتون مجال أو جاذبية.

الذرة والجسيمات دون الذرية

تعتبر الذرة البنية الأساسية للمادة، ونعلم جميعا ما يحتويه نواة الذرة. أي شيء له كتلة ويتكون من ذرات يشغل مساحة. وعلى الرغم من أن اسمها يشير إلى جسيم لا يمكن تقسيمه بعد الآن وهو أصغر شيء ممكن، إلا أننا نعلم الآن أن كل ذرة تتكون عموما من جسيمات أصغر. تشكل هذه الجسيمات الأجسام الذرية وعادة ما يشار إليها بالجسيمات غير الذرية. هناك ثلاث جسيمات غير ذرية: البروتونات والنيوترونات والإلكترونات.

اثنان من الجسيمات دون الذرية لها شحنة كهربائية: البروتونات لها شحنة موجبة بينما الإلكترونات لها شحنة سالبة، من ناحية أخرى ليس للنيوترونات شحنة، القاعدة الأساسية هي أن الجسيمات التي لها نفس الشحنة تتنافر عن بعضها البعض، بينما الجسيمات ذات الشحنات المعاكسة تنجذب إلى بعضها البعض، لذلك، تماما مثل الأطراف المتقابلة للمغناطيس، تنجذب البروتونات والإلكترونات إلى بعضها البعض، وبالمثل، تماما كما يحدث عندما تواجه مقاومة تحاول دفع نفس طرفي مغناطيسين معا، يتم صد البروتونات من البروتونات الأخرى ويتم طرد الإلكترونات من الإلكترونات الأخرى.

تتكون نواة الذرة من البروتونات والنيوترونات، ويحدد عدد البروتونات في النواة ما يعرف بـ `العدد الذري`، وهو أولا محدد لموقع العنصر في الجدول الدوري. كما أن عدد البروتونات في النواة يحدد بشكل كبير خواص الذرة، مثل ما إذا كانت غازا أو معدنا. على سبيل المثال، عندما تحتوي اثنتان من الذرات على عدد متساو من البروتونات في نواتهما، فإنهما تنتميان إلى نفس العنصر، مثل الهيدروجين أو الأكسجين أو الحديد. العنصر هو مادة لا يمكن تجزئتها – خارج التفاعل النووي – إلى أي شيء آخر. بمعنى آخر، لا يمكن تحويل عنصر إلى عنصر آخر.

عموما، تتمتع الذرات التي تتطابق تقريبا مع أعداد البروتونات والنيوترونات بمزيد من الاستقرار ضد التحلل. تحيط نواة الذرة بسحابة من الإلكترونات. يجب أن تتذكر أن الإلكترونات لها شحنة سالبة وتجذب البروتونات ذات الشحنة الموجبة في النواة. تعتبر الذرة كهربائيا متعادلة إذا كانت تحتوي على نفس عدد البروتونات والإلكترونات. وإذا كانت الذرة تحتوي على عدد مختلف من الإلكترونات والبروتونات، فإنها تسمى أيو.

مبدأ مهم يجب معرفته هو أنه يمكن نقل الإلكترونات من ذرة إلى أخرى أو حتى مشاركتها بين الذرات (مما يسمح للذرات بالارتباط معًا)، تسمح هذه الروابط بتكوين الجزيئات، وتوليفات الذرات (بما في ذلك العناصر المختلفة). كما أن العديد من الذرات تشكل الجزيء، فإن العديد من الجزيئات تشكل مادة كيميائية.