كم عدد أنواع الجزيئات الموجودة؟ ملحوظة: أكثر من 100

كان القرن العشرين قرن من الجسيمات. في بداية هذا القرن لم نعرف سوى وجود جسيم واحد: الإلكترون. وبحلول نهاية الأمر، كنا نعرف عدة مئات منهم. بدأ الانفجار ببطء شديد من حيث عدد الجسيمات. ويقال أنه الجسيم التالي الذي سيتم اكتشافه الفوتونجسيم الضوء. هذا الاكتشاف البرت اينشتاين، على الرغم من أن حالة الجسيمات هذه غريبة. الضوء، بالطبع، معروف منذ العصور القديمة. بعد أكثر من قرنين من عمل أينشتاين، ناقشت أجيال من العلماء طبيعة الضوء.

جادل البعض بأنها يجب أن تتكون من تدفق أو تيار من الجسيمات، بينما أيد آخرون فكرة أنها كانت موجة تنتشر عبر الفضاء. ومع ذلك، ليس لدينا القدرة على الملاحظة “لتمييز” هذه الجسيمات. ولم يفعل أينشتاين ذلك بشكل مباشر أيضًا. لقد افترض أن الإشعاع الكهرومغناطيسي هو ما أظهرته معادلات ماكسويل الكهرومغناطيسية على أنه ضوء. ينبغي قياسه. ووفقا لأينشتاين، يمكن تفسير العديد من الظواهر إذا افترضنا أن هذا الإشعاع يأتي في حزم صغيرة من طاقة معينة. تسمى هذه الحزم الصغيرة بالفوتونات.

جسيم جسيم

تم اكتشاف الجسيم التالي بروتونبواسطة إرنست رذرفورد وفي عام 1919، اكتشف رذرفورد قبل بضع سنوات أن كتلة الذرات تتركز بشكل رئيسي في منطقة صغيرة جدًا في مركزها، وهي النواة. البروتون هو أبسط نواة ذرة الهيدروجين. المكون الآخر للنواة، نيوترون، كان علينا أن ننتظر لفترة أطول قليلا. نظرًا لعدم وجود شحنة كهربائية، كان التعامل معها أكثر تعقيدًا، لذلك لم تكن موجودة حتى عام 1932. جيمس تشادويك وقد تم العثور على أدلة كافية على وجودها. وفي هذا الوقت بدأت فيزياء الجسيمات في الانطلاق. ومع ذلك، فإن العلماء في مطلع القرن العشرين لم يكونوا ليضعوا أيديهم على رؤوسهم لو لم يتم اكتشاف الجسيمات بعد. إن الجسيمات دون الذرية الأربعة المعروفة حتى الآن جعلت من الممكن تفسير الذرات والضوء، وبالتالي شرح الكيمياء والبصريات والكهرومغناطيسية في ذلك الوقت.

يبدأ عيد الجسيمات

لكن لحسن الحظ أن الكون لا يهتم براحة بالنا، ولا يهتم بمنحنا العمل. وفي نفس العام 1932 تم اكتشافه بوزيترون بقلم كارل أندرسون، الجسيم الأول مضاد سمي تم اكتشافه، وتنبأ به بول دراك قبل أربع سنوات. وفي عام 1936، اكتشف أندرسون نفسه المن عند دراسة الأشعة الكونية، فإن الجسيمات النشطة بشكل لا يصدق تصل إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي من الفضاء. كان الميون غير متوقع على الإطلاق. إنه جسيم له نفس الشحنة الكهربائية وخصائص الدوران مثل الإلكترون، ولكن كتلته أكبر بـ 207 مرات. في السنوات الأولى، تم الخلط بينه وبين الجسيم المتوقع، البيون هيديكي يوكاوا 1935 يعزى إلى التفاعل القوي بين البروتونات والنيوترونات. اختفى هذا الارتباك في عام 1947 البيون الحقيقيأقيمت اللوحات الفوتوغرافية في جبال بوليفيا على ارتفاع يزيد عن 5000 متر.

أول جسيم مركب

كان البيون أول جسيم مركب يتم اكتشافه بعد البروتون والنيوترون. يمكن أن يظهر هذا الجسيم فعليًا في ثلاثة أشكال، مقترنًا بكوارك علوي أو سفلي وكوارك مضاد علوي أو سفلي. اعتمادًا على التركيبة المحددة، سيكون للجسيم الناتج شحنة موجبة أو سلبية أو محايدة. بيون هو المثال الأول ميسون، نوع من الجسيمات يتكون من اتحاد كوارك والمادة المضادة. نوع آخر من الجسيمات المركبة معروف البارونةجسيمات تتكون من اتحاد ثلاثة كواركات. البروتون والنيوترون هما أخف الباريونات في الطبيعة.

وفي عام 1947 تم اكتشافه كايونويسمى الميزون الآخر الذي يحتوي على نوع جديد من الكواركات الكوارك العجيب (أو غريب باللغة الإنجليزية). وبعد ثلاث سنوات، في عام 1950، الجسيمات Λ0 (صفر لامدا)، أخف باريون يحتوي على كوارك غريب. لم تكن هذه الجسيمات المركبة الجديدة ذات محتوى الكواركات المختلفة مفهومة جيدًا في البداية. ومن خلال التطورات النظرية لنظرية المجال الكمي واكتشاف المزيد والمزيد من الجسيمات، تم فهم أنها مكونة من مجموعات من الكواركات كما وضحنا أعلاه. تم اكتشافه عام 1956 النيوترينو، والذي يشبه الإلكترون ولكن ليس لديه شحنة كهربائية وكتلة قليلة جدًا. تم اكتشافه في عام 1975 بلدة، وهو يشبه الإلكترون والميون، ولكنه أكبر. لقد انتهت هذه المدينة ثلاثة أجيال اللبتونات المشحونة من الطبيعة الأجيال عبارة عن مجموعات فردية من الجسيمات ذات خصائص متشابهة ولكن كتلتها أكبر تدريجيًا. يتكون الجيل الأول من الكواركات العلوية والسفلية والإلكترون ونيوترينو الإلكترون. ويتكون الجيل الثاني من الكواركات الغريبة والعجيبة، والميون ونيوترينو الميون. ويتكون الجيل الثالث والأخير من الكواركات السفلية والعلوية، والنيوترينو السفلي والنيوترينو السفلي.

نموذج الكوارك

نحن نعلم الآن أن كل شيء باستثناء الكواركات العلوية يمكن أن يشكل جسيمات مركبة. هو أعلاه غير فعال ونظرًا لأن عمرها قصير بشكل لا يصدق، فليس لديها الوقت الكافي لتكوين التفاعلات اللازمة مع الجسيمات الأخرى. هناك مئات من المجموعات بين الميزونات (كوارك-كوارك مضاد) والباريونات (ثلاثة كواركات) توجد الكواركات u وd وs وc وb. ليس فقط بسبب الشوائب النقية، ولكن بسبب احتمال ظهور هذه الجزيئات قيم تدور مختلفة داخليا ايضا دول “متحمس”.الجسيمات التي لها نفس التركيب الأساسي سوف تتراكم كتلة أكبر.

دعونا لا ننسى البوزونات

وبصرف النظر عن هذه لدينا بالطبع البوزونات، وهي المسؤولة عن التوسط في التفاعل بين الجزيئات المختلفة. لقد رأينا بالفعل الفوتون المسؤول عن التفاعل الكهرومغناطيسي. التفاعل القوي سيكون له جسيم مكافئ جلون، جسيم عديم الكتلة اكتشف عام 1979. يوجد في الواقع 8 أنواع من الجلوكان. توجد بوزونات ضعيفة التفاعل بوزون Z المحايد ي البوزونات المشحونة ث، تظهر في شكلين بشحنة موجبة وسالبة. تم اكتشاف هذه الجسيمات في عام 1983، على الرغم من أنه تم التنبؤ بها قبل ذلك بسنوات من قبل آباء النظرية الكهروضعيفة.

كما ترون، فإن عدد الجسيمات دون الذرية المعروفة هائل. على الرغم من أن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات يمكنه عمومًا تفسير خصائصها، إلا أنه لا يزال أمامنا الكثير للاستفسار عنه عما يدور داخل الكثير منهم. سيوفر هذا البحث بلا شك أدلة لا تقدر بثمن حول الخصائص الأساسية للتفاعلات التي تجعل وجود كل جسيم ممكنًا.

ملحوظات: