بررسی ساختار هسته ها از دیدگاه مدل شبه کوارکی |
در این فصل ابتدا توضیحی در مورد ذرات تشکیل دهنده جهان و خصوصیات آنها داده شده و در انتها به صورت مختصر مطالبی که در فصول بعدی مورد بحث قرارگرفته آورده شده است.
نمودار شکل (1-1)، یک خط زمانی از ابتدای جهان، که به اصطلاح «مهبانگ[1]» نامیده میشود، تا به حال را نشان میدهد و میرساند که چگونه و طی چه مراحلی جهان سرد شده تا به دنیای کنونی رسیدهایم. با نگاهی به اولین لحظات جهان، مشاهده میشود که در ده میکروثانیه اول بعد از مهبانگ و در دماهای بالاتر از درجه کلوین، حالتی از ماده شامل کوارکها و گلوئونها به صورت یک پلاسمای کوارک- گلوئونی به نام «پلاسمای کوارک- گلوئونی[2]» (QGP) وجود داشته است. این حالت ناپایدار کوارک- گلوئونی در مدت بسیار کوتاهی سرد شده و پروتونها و نوترونها (هادرونسازی[3])، سپس هستهها (هستهسازی[4]) و به دنبال آن اتمها ایجاد شدهاند. در نهایت این اتمها در کنار یکدیگر مولکولها را تشکیل داده و دنیای کنونی را که در آن زندگی میکنیم به وجود آوردهاند.
امروزه تحقیقات فیزیک ذرات نمایانگر جاهطلبانهترین و هماهنگترین تلاش انسان برای پاسخ به این سوال است که جهان از چه ساخته شده است؟ به همین منظور ابتدا مروری بر فیزیک ذرات خواهیم داشت [2،1].
قانونمندیهای جدول مندلیف راهی بود به سوی هستهها و ذراتی به نام پروتونها و نوترونها (که مجموعاً به نام نوکلئونها خوانده میشوند) که با نیروی قوی هستهای به هم چسبیدهاند تا هستهها را تشکیل دهند. اینها از طریق نیروی الکترومغناطیسی با الکترونها جفت شدهاند تا اتمها و عناصر شیمیایی را ایجاد کنند. تبدیل نوترونها به پروتونها از طریق برهمکنش ضعیف مسئول واپاشی بتایی هستهها و همچنین واپاشی آرام نوترون به پروتون به همراه یک الکترون و یک پادنوترینو میباشد. مشخص شد که نوترونها و پروتونها تنها نیستند، بلکه سبکترین ذرات در یک طیف از حالات فرمیونی به نام باریونها هستند که در برهمکنش قوی شرکت میکنند. به طور مشابه بوزونهای شرکت کننده در برهمکنشهای قوی به نام مزونها، نیز کشف شدند که پایون سبکترین آنها بود. فرمیونها (بوزونها) به حالات ذراتی با اسپین دلالت میکند که n عدد صحیح فرد (زوج) است. تمام ذراتی که در برهمکنشهای قوی شرکت میکنند، مانند باریونها و مزونها، مجموعاً به نام
خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir
“هادرونها” خوانده میشوند.
الکترودینامیک کوانتومی سادهترین مثال از چنین نظریهای میباشد. تصور میشود برهمکنشهای ضعیف و قوی کوارکها و لپتونها، هر دو به وسیله نظریههای پیمانهای قابل توصیف باشند. مدل وحدت یافته الکتروضعیف[1] و کرومودینامیک کوانتومی (QCD)، اثر متقابل مدلها و ایدهها که در چارچوب کلی نظریههای پیمانهای فرمولبندی شدهاند، به همراه اطلاعات تجربی جدید، زمینه مساعدی را برای پیشرفتهای مکرر فراهم ساختهاند.
شواهد فراوانی دال بر اینکه نوکلئونها از ذراتی به نام کوارک تشکیل شدهاند، وجود دارد. باریونها حالت مقید سه کوارک میباشند و مزونها از یک کوارک و یک پاد کوارک تشکیل یافتهاند. بنابراین طرح کوارکی بطور طبیعی با تقسیم هادرونها به دو دسته باریونها (حالت فرمیونی سه کوارکی) و مزونها (حالت بوزونی کوارک-پادکوارک) مطابقت دارد.
یک موفقیت آنی مدل کوارکی در طبیعت نظری آن مستتر است. پروتونها و نوترونها اشیایی نسبتاً پیچیده با اندازه و ساختار کوارکی درونی میباشند. از طرف دیگر نظریه میدانهای کوانتومی مربوط به ذرات بنیادی نقطهای، یعنی اشیاء بدون ساختار، مثل الکترون، میباشد. کوارکهای بدون ساختار به جای نوکلئونها، سرشتهای بنیادینی هستند که با نظریه میدانهای کواتومی توصیف میشوند. معرفی آنها ما را قادر به کاوش برهمکنشهای دیگر با همان تکنیکهای نظری قدرتمندی میسازد که در توصیف خواص و برهمکنشهای الکترومغناطیسی الکترونها بسیار موفق بودهاند (الکترودینامیک کوانتومی).
به علت اصل طرد پائولی برای ذرات با اسپین 2/1 برای حالتهای باریونی و مزونی، یک خاصیت یا عدد کوانتومی جدید برای کوارکها (نه برای لپتونها) به نام”رنگ” پیشنهاد شد. فرض میشود که کوارکها به سه رنگ اصلی پدیدار میشوند: قرمز، سبز و آبی. تمام رنگهای طبیعی را میتوان از ترکیب سه رنگ اصلی ساخت. عدد کوانتمی رنگ را باید به طریقی معرفی کرد که تعداد حالات مجاز را زیاد نکند، در غیر این صورت نظریه با مشاهده در تناقض خواهد بود. این عمل بدین صورت انجام میشود که تاکید شود تمام ذرات قابل مشاهده باید بدون رنگ یا سفید باشند.
فرم در حال بارگذاری ...
[شنبه 1400-05-16] [ 06:35:00 ب.ظ ]
|