تُعد فيزياء الجسيمات من الفروع الهامة في مجال الفيزياء، حيث تكون لنا صورة عن ماهية المادة وكيف تعمل. فتجيب على سؤال “مما يتكون كوننا؟” و “ما الذي يجعل هذا الكون متماسك؟”. ويتكون الكون من قوالب صغيرة أساسية، من حيث أنها بسيطة ولا يمكن تجزئتها إلى مكونات أصغر منها.
الذرات “Atoms”:
تتكون الذرة من نواة محاطة بسحابة من الإلكترونات، النواة موجبة وتساوي + Ze، حيث e هي حجم الشحنة على الإلكترون و Z هو الرقم الذري. Z يحدد عدد الإلكترونات الذرية وبالتالي مكان هذه الذرة في الجدول الدوري. ويتم ترتيب العناصر (داخل الجدول الدوري) من اليسار إلى اليمين ومن أعلى إلى أسفل من حيث زيادة العدد الذري. وإذا نظرنا إلى قواعد ميكانيكا الكم فسنجد أن الذرات ليست المكون الأساسي بل هناك جسيمات اصغر.
البروتونات والنيترونات “Protons and Neutrons”:
تتكون النواة من البروتونات والنيوترونات. البروتون عبارة عن جسيم موجب الشحنة كتلته (1.673×10-27kg) كيلوجرام في حين أن النيوترون ليس له شحنة وكتلة أثقل قليلًا من (1.673×10-27kg). يبلغ قطر كل من البروتون والنيوترون (1×10-15m ). ويتماسك الاثنان معًا بواسطة القوة النووية القوية. ولكن البروتونات والنيوترونات ليست أساسية لأنها تتكون من مجموعات من جسيمات صغيرة جدًا تسمى “الكواركات”.
الكواركات “Quarks”:
ترتبط الكواركات ببعضها بواسطة الغلونات، وتبعًا لفهمنا الحالي، الكواركات والغلونات ليس لها بنية أصغر منها. ويعتقد العلماء أن الكواركات والإلكترونات وعدد قليل من الجزيئات الأخرى عناصر أساسية. وتهتم فيزياء الجسيمات الأولية بدراسة هذه الجسيمات الأساسية.
يبحث علماء فيزياء الجسيمات عن جزيئات جديدة، وعند العثور عليها يصنفونها في محاولة للعثور على أنماط لكيفية تفاعل هذه القوالب الأساسية للكون.
النموذج القياسي “The Standard Model”:
النموذج القياسي هو الاسم الذي يُطلق على النموذج الذي يمتلكه فيزيائيو الجسيمات حاليًا لوصف الجسيمات الأولية البالغ عددها 200 أو نحو ذلك وتفاعلاتها. هذا النموذج ناجح للغاية، ويمكن أن يفسر جميع الجزيئات باستخدام 6 كواركات و6 لبتونات وجسيمات تحمل القوة. وهناك عنصرين للنموذج:
(1) اللبنات الأساسية:
هنا نجد الكواركات الستة واللبتونات الستة. يمكن ترتيبها في ثلاث عائلات (تُعرف باسم الأجيال”generations”).
الأسرة الأولى تتكون من كوارك أعلى (up quark)، كوارك أسفل (down quark)، إلكترون، ونيوترينو الإلكترون (electron neutrino)
الأسرة الثانية تتكون من كوارك ساحر (charm quark)، كوارك غريب (strange quark)، ميون (muon)، نيوترينو الميون (muon neutrino).
الأسرة الثالثة تتكون من كوارك أعلى (top quark)، كوارك القاع (bottom quark)، تاو (tau)، وتاو نيوترينو (tau neutrino).
(2) التفاعلات:
هناك 4 تفاعلات، يرتبط بكل منها واحد أو أكثر من الجزيئات الحاملة للقوة، وهذه هي ما يجمع “اللبنات الاساسية” معًا. وهم:
(1) قوة الجاذبية “Gravitational” وحامل القوة هو الجرافيتون “graviton”، تفاعل قوي الجاذبية ليس له أي آثار مهمة في فيزياء الجسيمات وهكذا هو مذكور فقط ليكمل النموذج القياسي، ويُعتقد أن جسيمًا متبادلًا يسمى “graviton” قد يكون موجودًا ولكن لم يتم العثور على هذا بعد!
(2) القوة الضعيفة “weak”، وحامل القوة الجسيمات W+, W-, Z0 وتكون كتلتهم كبيرة
(3) القوة الكهرومغناطيسية “Electromagnetic”، وحامل القوة هو الفوتون “photon”
(4) القوة القوية “Strong” وحامل القوة هو الغلوون “gluon”
ويُعتقد أن جزيئات W و Z تكتسب كتلتها من خلال التفاعل مع نوع جديد من الحقول، حقل هيجز”Higgs field”. يتوقع حقل هيغز على الأقل زوجًا من جسيمات هيجز، وتم بالفعل العثور على بوزون هيجز “the Higgs boson”.
على الرغم من كونها نظرية جيدة، إلا أن النموذج القياسي غير مكتمل بعد حيث يوجد دليل تجريبي لا يمكن للنموذج القياسي شرحه. لا يزال يتم إجراء تجارب في فيزياء الجسيمات في مسرعات الجسيمات العملاقة وأجهزة الكشف المرتبطة بها.
كتابة: زهرة صابر
مراجعة: هاجر حسين
تصميم: عمر حسن
تحرير: إسراء وصفي
