الجسيمات الأولية هي أصغر كتل بناء معروفة للكون. يُعتقد أنها لا تحتوي على بنية داخلية ، مما يعني أن الباحثين يفكرون فيها كنقاط ذات أبعاد صفرية لا تشغل أي مساحة. ربما تكون الإلكترونات الجسيمات الأولية الأكثر شيوعًا ، لكن النموذج القياسي للفيزياء ، الذي يصف تفاعلات الجسيمات وجميع القوى تقريبًا ، يتعرف على 10 جسيمات أولية إجمالية.
الإلكترونات والجسيمات ذات الصلة
الإلكترونات هي مكونات الذرات سالبة الشحنة. في حين يُعتقد أنها جسيمات نقطية ذات أبعاد صفرية ، إلا أن الإلكترونات محاطة بسحابة من الجسيمات الافتراضية الأخرى التي تغمز باستمرار داخل وخارج الوجود ، والتي تعمل بشكل أساسي كجزء من الإلكترون نفسه. تنبأت بعض النظريات بأن الإلكترون يحتوي على قطب موجب قليلاً وقطب سلبي قليلاً ، مما يعني أن سحابة الجسيمات الافتراضية هذه يجب أن تكون غير متماثلة قليلاً.
إذا كان هذا هو الحال ، فقد تتصرف الإلكترونات بشكل مختلف عن الزوج المضاد للمادة ، البوزيترونات ، مما يفسر العديد من الألغاز حول المادة والمادة المضادة. لكن الفيزيائيين قاموا بشكل متكرر بقياس شكل الإلكترون ووجدوا أنه مستدير تمامًا إلى حد علمهم ، تاركينهم دون إجابات لغموض المادة المضادة.
يحتوي الإلكترون على اثنين من أبناء عمومته أثقل ، يسمى الميون والتاو. يمكن إنشاء الميونات عندما تضرب الأشعة الكونية عالية الطاقة من الفضاء الخارجي الجزء العلوي من الغلاف الجوي للأرض ، وتولد دشًا من الجسيمات الغريبة. Taus أكثر ندرة وصعوبة في الإنتاج ، لأنها أثقل بأكثر من 3400 مرة من الإلكترونات. تشكل النيوترينوهات والإلكترونات والميونات والتاوس فئة من الجسيمات الأساسية تسمى اللبتونات.
الكواركات وغرائبها
الكواركات ، التي تشكل البروتونات والنيوترونات ، هي نوع آخر من الجسيمات الأساسية. جنبا إلى جنب مع اللبتونات ، تشكل الكواركات الأشياء التي نفكر فيها على أنها مادة.
ذات مرة ، اعتقد العلماء أن الذرات هي أصغر الأشياء الممكنة ؛ الكلمة تأتي من "ذرة" اليونانية ، وتعني "غير قابل للتجزئة". في مطلع القرن العشرين ، تبين أن النوى الذرية تتكون من البروتونات والنيوترونات. ثم ، طوال فترة الخمسينات والستينات من القرن الماضي ، استمرت معجلات الجسيمات في الكشف عن سرب من الجسيمات دون الذرية الغريبة ، مثل البيونات والكاون.
في عام 1964 ، اقترح الفيزيائيان موراي جيل مان وجورج زويغ بشكل مستقل نموذجًا يمكن أن يفسر العمل الداخلي للبروتونات والنيوترونات وبقية حديقة الجسيمات ، وفقًا لتقرير تاريخي من مختبر SLAC الوطني في كاليفورنيا. المقيمين داخل البروتونات والنيوترونات هي جسيمات صغيرة تسمى الكواركات ، والتي تأتي في ستة أنواع أو نكهات محتملة: أعلى ، أسفل ، غريب ، سحر ، أسفل وأسفل.
تتكون البروتونات من كواركين صاعدين وكوارك سفلي ، في حين تتكون النيوترونات من جزأين هابطين وأعلى. الكواركات العلوية والسفلية هي الأصناف الأخف. لأن الجزيئات الأكثر كتلة تميل إلى التحلل إلى جسيمات أقل كتلة ، فإن الكواركات العلوية والسفلية هي أيضًا الأكثر شيوعًا في الكون ؛ لذلك ، تشكل البروتونات والنيوترونات معظم المادة التي نعرفها.
بحلول عام 1977 ، قام الفيزيائيون بعزل خمسة من الكواركات الستة في المختبر - أعلى وأسفل وغريب وساحر وأسفل - ولكن لم يكن حتى عام 1995 أن الباحثين في مختبر فيرميلاب الوطني للمسرعات في إلينوي وجدوا الكوارك النهائي ، الكوارك العلوي. كان البحث عنها مكثفًا مثل البحث عن بوزون هيجز. كان من الصعب إنتاج الكوارك العلوي لأنه أثقل بحوالي 100 تريليون مرة من الكواركات الأعلى ، مما يعني أنه يتطلب الكثير من الطاقة لصنع معجلات الجسيمات.
جسيمات الطبيعة الأساسية
ثم هناك القوى الأساسية الأربعة للطبيعة: الكهرومغناطيسية والجاذبية والقوى النووية القوية والضعيفة. كل من هذه لها جسيم أساسي مرتبط.
الفوتونات هي الأكثر شهرة. تحمل القوة الكهرومغناطيسية. تحمل الغلونات القوة النووية القوية وتتواجد بالكواركات داخل البروتونات والنيوترونات. القوة الضعيفة ، التي تتوسط تفاعلات نووية معينة ، تحملها جسيمتان أساسيتان ، البوزونات W و Z. تتفاعل النيوترينوات ، التي تشعر فقط بالقوة والجاذبية الضعيفة ، مع هذه البوزونات ، وبالتالي تمكن الفيزيائيون من تقديم أدلة على وجودها باستخدام النيوترينوات ، وفقًا لـ CERN.
الجاذبية من الخارج هنا. لم يتم دمجها في النموذج القياسي ، على الرغم من أن الفيزيائيين يشتبهون في أنه يمكن أن يكون له جسيم أساسي مرتبط ، والذي يمكن أن يطلق عليه الجاذبية. إذا كانت الجاذبية موجودة ، فقد يكون من الممكن إنشاؤها في مصادم الهادرون الكبير (LHC) في جنيف ، سويسرا ، لكنها ستختفي بسرعة إلى أبعاد إضافية ، تاركة وراءها منطقة فارغة حيث كانت ستكون ، وفقًا لـ CERN. حتى الآن ، لم ير LHC أي دليل على الجاذبية أو أبعاد إضافية.
بوزون هيجز المراوغ
وأخيرًا ، هناك بوزون هيجز ، ملك الجسيمات الأولية ، وهو المسؤول عن إعطاء جميع الجسيمات الأخرى كتلتها. كان الصيد من أجل هيغز محاولة رئيسية للعلماء الذين يسعون جاهدين لاستكمال كتالوجهم للنموذج القياسي. عندما تم اكتشاف Higgs أخيرًا ، في عام 2012 ، ابتهج الفيزيائيون ، لكن النتائج تركتهم أيضًا في مكان صعب.
يبدو Higgs إلى حد كبير تمامًا كما كان متوقعًا للنظر ، ولكن العلماء كانوا يأملون في المزيد. من المعروف أن النموذج القياسي غير مكتمل ؛ على سبيل المثال ، يفتقر إلى وصف للجاذبية ، ويعتقد الباحثون أن العثور على هيجز سيساعد في الإشارة إلى نظريات أخرى يمكن أن تحل محل النموذج القياسي. ولكن حتى الآن ، أصبحوا فارغين في هذا البحث.
إضافي مصادر:
