الجسيمات الأولية ...............

[The Knight]

تسائل الناس منذ القدم :



" مم تتكون المادة ؟ "



و



" وما الذي يربط مكوناتها مع بعض ؟ "



و



لماذا تتشارك العديد من المواد في نفس الصفات والخصائص ؟

مم تتكون المادة ؟

أدرك الناس منذ القدم حقيقة أن المادة تتألف من وحدات بنائية أساسية أصغر .

أول الأفكار التي طرحت عن المادة أنها تتكون من أربعة عناصر رئيسه ( أولية ) هي :

النار والهواء والتراب والماء.


الذرة The Atom




" تتألف المادة في الحقيقة من ذرات وفراغات " ديمقريطس Democritus سنة 400 ق. م

حوالي العام 1900 كان التصور السائد عن المادة أنها تتألف من ذرات كالكرات مع القليل من الشحنات الكهربائية .

الشحنات الكهربية

هل الذرة هي الأساس ؟ Is the Atom Fundamental

أدرك الناس حديثاً أن بإمكانهم تصنيف الذرات إلـى مجموعات تشترك فيما بينها في الخصائص الكيميائية ( كما هو الحال في الجدول الدوري ) وقد مكنهم ذلك من توقع صفات ذرة ما من معرفة صفات ذرة أخرى تقع معها في نفس المجموعة .

ومع مزيد من التجارب تبين للعلماء أن الذرات ليست مجرد كرات ، فهي تتكون من أنوية موجبة صغيرة الحجم وعالية الكثافة ويحيط بها غيمة من الإلكترونات سالبة الشحنة .

سؤال :

من أين اشتق اسم الذرة Atom ؟



جواب :

من الكلمة الإغريقية " Atomos " وتعني غير قابل للإنقسام


هل النواة هي الأساس ؟ Is the Nucleus Fundamental


لأنها صغيرة الحجم وعالية الكثافة فقد اعتقد العلماء أن النواة هي أصغر جزء في المادة ، تبين لهم فيما بعد أن النواة تحتوي على بروتونات ( p+) وهي جسيمات موجبة الشحنة ، ونيوترونات ( n ) وهي جسيمات عديمة الشحنة


هل البروتونات والنيوترونات أصغر جزء في المادة ؟ Are Protons and Neutrons Fundamental

اكتشف الفيزيائيون أن أن البروتونات والنيوترونات تتكون من جسيمات أصغر ، أطلقوا عليها اسم الكواركات quarks
الكوارك

وحتى الآن لم يكتشف العلماء ما هو أصغر من الكواركات ، وقد أثبتت التجارب أن الكواركات والإلكترونات هي أصغر جزء في المادة أي أنها المادة الأساسية أو الأولية في تكوين المادة ، ولا يوجد دليل حتى الآن على أنها تتكون من جسيمات أصغر .
أنها تتكون من جسيمات أصغر

ال نموذج الذري الحديث The Modern Atom Model تدور الإلكترونات حول النواة ، وفي النواة تهتز البروتونات والنيوترونات بداخلها ، كما تهتز الكواركات داخل كل من النيوترونات والبروتونات

ولتصبح الصورة أكثر وضوحاً لنتخيل أن قطر البروتون والنيوترون سنتيمتراً واحداً ، فإن قطر الإلكترون والكواركات تصبح أصغر من قطر الشعرة ، وقطر الذرة كاملة أكبر من قطر ثلاثين ملعب كرة قدم ، ويكون 99.999999999999 % من حجم الذرة فراغ .

أبعاد الذرة The Scale of the Atom

وعلى الرغم من صغر حجم الذرة إلى أن البروتونات والنيوترونات أصغر منها عشرة آلاف مرّة ، والإلكترونات والكواركات أصغر من البروتونات والنيوترونات بنحو عشرة آلاف مرة على الأقل .

وفي الحقيقة لا يملك العلماء تصور عن حجم الإلكترونات والكواركات فهما أصغر من 1810 من المتر .

ومن المحتمل بعد كل ذلك العناء أن يكتشف العلماء مع تطور الأجهزة والأدوات أن الإلكترونات والكواركات ليست أصغر جزء من المادة ، فالعلم والمعرفة لا ينتهيان عند زمن معين ، فسبحان من قال : " وما أوتيتم من العلم إلا قليلاً " .
إلا قليلا"

[The Knight]

عن مــــــــــاذا نبحث؟

لقد كان و ما زال من أهم أهداف الفيزيائيين البحث عن المكونات الدقيقة للمادة و القوى التي تربط هذه المكونات المختلفة مع بعضها البعض ففي عام 1808م وضع دالتون النظرية الذرية للمادة التي تنص على أن الذرة هي أصفر مكونات المادة و لكن هذه النظرية أصبحت قاصرة عن تصوير تركيب المادة لا سيما بعد إكتشاف طمسون للإكترون عام 1897م , و بعد دراسات رذرفورد لتشتت جسيمات الفا من الرقائق المعدنية , و التي أدت لوضع نموذجه الذري للنواة عام 1911م , ثم إكتشاف شادويك للنيوترون عام
1932م
و في الثلاثينات تم إكتشاف جسيم أولي آخر و هو الفوتون و قد سميت هذه الجسيمات الأربع بالجسيمات الأساسية (Fundamental Particles) أو الأولية (Elementary Partical ) و بإستمرار الابحاث و الإكتشافات توصل العلماء في عام 1947م إلى إكتشاف 14 جسيم آخر مختلف و زادت في عام 1957م إلى 32 جسيم و في الحاضر لا يمكن حصر لهذه الإكتشافات من الجسيمات المتعددة .

توصل العلماء إلى أن كل شيء في هذا الكون من مواد مكون أساسا من أساس بنائي أولي (Building Blocks) يسمى بالجسيمات الأولية ( Elementary Particles)، يربط بين هذه الجسيمات الأولية قوى أولية.

:إذن توصل العلماء إلى أن كل شيء في هذا الكون من مواد مكون أساسا من أساس بنائي أولي (Building Blocks) يسمى بالجسيمات الأولية ( Elementary Particles)، يربط بين هذه الجسيمات الأولية قوى أولية. بعض هذه الجسميات الأولية مستقر و يكون المواد و بعضها غير مستقر يعيش لأجزاء من الثانية ثم ما تلبث إلى أن تستقر. ويعتقد أن هذه الجسيمات الأولية قد تواجدت مباشرة قبل الانفجار العظيم و الذي يعتقد أنه أصل تكون الكون.
إن فكرة تكون المواد من الأساس البنائي كانت قبل حوالي 2000 عام، ففي ذلك الوقت كان يفترض بهذا الأساس البنائي بأن لا شكل له و لا يتكون من شيء أصغر منه

هناك عائلتان لجسيمات المادة ( نوعان أساسيان) العائلة الأولى تسمى الكواركات ( Quarks) جمع كوارك و العائلة الثانية هي الليبتونات ( Leptons)، جمع ليبتون وكل أعضاء العائلتين بلا شكل يذكر.
بالنسبة لعائلة الكواركات فإنها تتكون من ستة أفراد مرتبة في ثلاثة مجموعات تبعا لكتلها و شحنتها هي:
فوق و تحت (up / down ).
ساحر و غريب ( Charm / Strange).
أعلى و أسفل ( Top / Bottom).
أما بالنسبة لعائلة الليبتونات فهي أيضا بها ست أفراد مرتبين في مجموعتين حسب الشحنة و الكتلة إلى:
جسيمات شحنتها سالبة وذات كتلة كبيرة: الإلكترون (Electron) و الميون (Muon)والتاو ( Tau).
وجسيمات متعادلة الشحنة وذات كتلة صغيرة: إلكترون نيوترينو ( Electron-neutrino) وميون نيوترينو (Muon-neutrino ) وتاو نيوترينو(Tau-neutrino).
هناك تصنيف آخر للعائلتين يمكن اتخاذه تبعا للسلوك التي تتخذه هذه الجسيمات إما خلال عملية التكون أو الانحلال و هي كالتالي:
المجموعة الأولى وفيها: ( الإلكترون / الإلكترون نيوترينو ) و ( فوق / تحت )، حيث أنها أخف الجسيمات وهي كل ما يحتاجه تكون المادة المستقرة في الكون و تسمى بالجيل الأول للمادة.
المجموعة الثانية و فيها: ( الميون / الميون نيوترينو ) و (ساحر/ غريب) و تسمى بالجيل الثاني للمادة.
المجموعة الثالثة و فيها: (تاو / تاو نيوترينو ) و (أعلى/ أسفل)، و يطلق عليها الجيل الثالث للمادة.
بالرغم من أن الجيل الأول أساسي لتكون المادة في الكون إلا أنها ليست كل ما نحتاجه لبناء الكون ككل. حيث أن العمليات أو التفاعلات ذات الطاقة العالية التي تحدث في الكون ينتج عنها جسيمات ذات فترة عمر قصير جدا و الذي يتطلب وجود الجيل الثاني و الثالث للجسيمات.
نعلم أن أي مادة في هذا الكون مكونة أساسا من ذرات العناصر الموجودة في الطبيعة ( مرتبة في الجدول الدوري)، إن كل ذرة من هذه الذرات تحوي إلكترونا سالب الشحنة يدور في مسار دائري حول نواة موجبة الشحنة. و النواة بحد ذاتها تتكون من أجزاء أصغر تسمى نويات ( nucleons) هي البروتونات الموجبة و النيوترونات المتعادلة. و يسمي العلماء أجزاء الذرة هذه بالجسيمات.
الإلكترونات تبدو أنها لا تتكون من أي جسيم أصغر منه لذا فيصنف على أنه جسيم أولي، أما البروتونات و النيوترونات فإنها مكونة من جسيمات أولية أصغر منهما ( ثلاثة في كل واحدة).
هذه الجسيمات هي كوارك فوق و كوارك تحت والنيوترينو (Neutrino)، يقوم هذا النيوترينو بالمساهمة بشكل أساسي في عملية تحول البروتون إلى نيوترون و العكس. حيث هذه التحولات التي تحدث في النواة مهمة جدا للمواد لنراها بصورتها الحالية و للشمس و النجوم لتظل متقدة.
خلاصة القول ما يلي: كل المواد من حولنا تتكون فقط من نوعين من الكوارك فوق و تحت حيث أنها هي من تكون البروتون و النيوترون كما أيضا يتطلب أيضا وجود نوعين من اللبتون وهما الإلكترون و الإلكترون نيوترينو، إن هذا النموذج أو الشكل السابق لمكونات المادة يعيد نفسه و لكن باستخدام جسيمات أثقل باستخدام جسيمات الجيل الثاني و الثالث كل على حدة.

[The Knight]

Cosmic Matter
هذه الجسيمات الأولية الأربعة ( الإلكترون، كوارك فوق، كوارك تحت والنيوترينو )هي كل ما تحتاجه للمواد العادية التي نراها من حولنا لتتكون.
هناك مواد ليست عادية بحيث لا نراها بالعين هي المواد الكونية ( Cosmic Matter) العالية الطاقة و التي يمكن صنعها و تخليقها في المختبرات العلمية مع المادة المناظرة لها ( Antimatter) ( مواد لها نفس الكتلة و تتضاد في خصائص أخرى كالشحنة ).
جزء من الأشعة الكونية ( Cosmic Ray ) يخترق أجسادنا في كل ثانية من اليوم بغض النظر عن المكان الذي نتواجد فيه.
تتكون الأشعة الكونية من الجسيمات و هذه الجسيمات تكونت نتيجة لتصادم أنوية ذراي طاقة عالية ( بروتونات بشكل أساسي ) قادمة من الفضاء الخارجي مع البروتونات المتواجدة في الغلاف الجوي للأرض. و هذه الجسيمات ليست فقط بروتونات و إلكترونات و نيوترونات إنما أيضا أنواع أخرى من الجسيمات.
فالأشعة الكونية تحتوي أيضا على الميونات ( Muons )، و الميون هو جسيم سالب الشحنة كالإلكترون لكن أثقل ب 200 مرة منه. و على العكس من الإلكترون الذي لا ينحل لجزء أصغر و يبقى للأبد بهيئته فإن الميونات غير مستقرة حيث أنها تبقى لمدة 2.2 مايكروثانية ثم ما تلبث إلا أن تنحل إلى إلكترون واحدة و اثنان نيوترينو ( واحد إلكترون نيوترينو – وواحد نيون نيوترينو ) حيث يعتبر الاثنان الأخيران كنسخة موجبة و خفيفة من الإلكترون و الميون.
إن الميونات نفسها تكون ناتجة عن انحلال جسيمات أخرى ذات فترة عمر قصيرة كالبيون ( Pion) هذه البيونات تتكون من نوعين من الكوارك هما كوارك فوق و تحت بالإضافة إلى البيون هناك الكيون ( Kaon) و الذي يتكون من نوع ثالث من الكوارك و هو كوارك غريب ( Strange) .
خلاصة القول إذا أن الأشعة الكونية لا تتكون فقط من الالكترونات و البروتونات و النيوترونات إنما من جسيمات أخرى كالميونات و الكوارك و النيوترينو.
High Energy Matter
من الصعب التعامل مع الأشعة الكونية، حيث تصل هذه الأشعة الكونية للأرض بصورة غير متوقعة و بطاقات مختلفة و من كل الاتجاهات. و الطريقة الوحيدة لدراستها تحت ظروف متحكم بها هو باستخدام المعجلات.
لقد ساعدت المعجلات فيما سبق باكتشاف أنواع جديدة من الجسيمات الأولية منها تاو ( Tau) و هو جسيم سالب الشحنة تماما كالإلكترون و الميون لكن أثقل ب 3550 مرة عن الإلكترون و يعيش لفترة تساوي ثلث مليون المليون من الثانية (0.3 x 10-12 s ) ثم بعدها يتحول لإلكترون أو لميون أو حتى لبيون المهم لجسيم أخف منه و في نفس الوقت أيضا يتكون النيوترينو الخاص به ألا و هو تاو نيوترينو ( Tau Neutrino).
هناك جسيمات أخرى تنتج من الاصطدامات عالية الطاقة. لكنها لا تكون أولية و ذلك لتكونها من الكوارك.
الجسيمات الثقيلة تتكون من كوارك ثقيلة و التي فقط تتكون في الطاقات العالية، هذه الكواركات هي كوارك
Forces in the Universe
الجسيمات الأولية ترتبط مع بعضها لتكون لنا تراكيب بكل المقاسات كالبروتون و الذي يتكون من ثلاث جسيمات أولية ثم من البروتون إلى الذرة ثم الجزيئات من ثم السوائل و المواد الصلبة وصولا إلى المجموعات الكبيرة في النجوم و لمجرات. و يحدث هذا عن طريق أربع تفاعلات أساسية تقوم بها أربع قوى أساسية في الكون.
أشهر أنواع هذه القوى هي قوة الجاذبية، التي تمكن أرجلنا من البقاء على الأرض و التي تمكن أيضا الكواكب من البقاء في مساراتها في الفضاء حول النجوم، لكن تأثير هذه القوة طفيف جدا على الجسيمات المفردة بحد ذاتها حيث فقط يظهر أثرها على الأجسام الأكبر كالانسان مثلا ( لذا يفضل أحيانا استبعادها من مجموعة القوى الأربع الأساسية).
و بالتركيز على النواة و بالتحديد على النويات الموجودة بداخلها سنتعرف على نوعين من القوى الأربع هما القوة الضعيفة (Weak Force ) والقوة القوية ( Strong force ).
القوة الضعيفة هي التي تتدخل في عملية انحلال النيوترون ( و التي تفسر انطلاق النشاط الإشعاعي للمواد) و تسمح أيضا بتحول البروتون إلى نيوترون (المسؤول الأساسي عن الاحتراقات الداخلية في مركز النجم ).
القوة القوية هي المسؤولة عن تماسك الكوارك مع بعضها سواء في البروتون أو النيوترون أو في أي جسيم آخر. كما أنها تعمل على منع تشتت أو تباعد البروتونات عن بعضها البعض ( لوجود قوة التنافر بين البروتونات الموجبة ) إن مقدار القوة القوية مئة مرة ضعف مقدار قوة التنافر بين البروتونات.
القوة القوية لها ميزة معينة حيث أن مقدارها يزيد بزيادة المسافة، والكواركات لا توجد منفردة بل مرتبطة مع بعضها لتكون الجسيم. حيث كلما حاولت إحداث تباعد بين الكوراكات فإن القوة التي تربطهم ( القوة القوية ) تزيد في مقدارها، و هذا يخالف تماما ما يحدث في قوة الجاذبية و القوة الكهرومغناطيسية حيث يقل مقدار تأثيرهما مع زيادة المسافة



Standard model
أوجد الفيزيائيون و المكتشفون خلال القرون الماضية صورة متعارف عليها للتركيب الأساسي للمادة و الذي يسمى ب: النموذج الاعتيادي للجسيمات و القوى الأربع. حيث يفترض النموذج وجود 12 نوع لجسيمات المادة هي: فوق و تحت (up / down )، ساحر و غريب ( Charm / Strange)، أعلى و أسفل ( Top / Bottom)، الإلكترون (Electron) و الميون (Muon)والتاو ( Tau)،إلكترون نيوترينو ( Electron-neutrino) وميون نيوترينو (Muon-neutrino ) وتاو نيوترينو(Tau-neutrino).
و أربع قوى هي: الجاذبية ( Gravitation)، القوة الضعيفة (Weak Force )، القوة القوية ( Strong force ) و القوة الكهرومغناطيسية ( Electromagnetic Force).
و تفسر كلها مجتمعة مكونات المادة وتفاعلاتها.
إن فرضية النموذج الاعتيادي للمادة تم اختبارها بعدة طرق للتأكد من صحتها حيث تم بفضلها تفسير العديد من الظواهر الفيزيائية المهمة مما يؤكد أكثر على صحتها. لكن هذا لا يشبع الفيزيائيين حيث أنهم يعمدون الآن لاكتشاف ما وراء النموذج الاعتيادي للمادة لثقتهم العمياء أن مجال العلوم واسع ولا ينضب.
(Charm) وأسفل (Bottom) وأعلى ( Top ) .
The Origin of Particles mass
للجسيمات مدى واسع من الكتل، الفوتونات و الجليونات عديمة الكتلة بينما البوزون ز / و يمتلكان كتلة مقدارها 80 إلى 90 بقدر كتلة البروتون. و جدير بالذكر أن أكبر الجسيمات من حيث الكتلة هو كوارك أعلى حيث كتلته ضعف كتلة البوزون ز و يزن بما يعادل وزن نواة عنصر الذهب.
ما أصل كتل الجسيمات يا ترى؟
طبقا للنموذج الاعتيادي للمادة فإن الجسيمات تحصل على كتلتها تبعا لعملية تسمى بال هيجز (Higgs) و سميت بذلك للصقها بالعالم الذي وضع هذه النظرية. حيث تنص هذه النظرية أن جسيمات المادة وحاملات الطاقة ( البوزونات) تتفاعل مع جسيمات مستحدثة جديدة تسمى بال هيجز بوزون ( Higgs Boson )، إن قوة هذا التفاعل هو الذي يعطي الجسيمات كتلة، وكلما كبرت قوة هذا التفاعل زادت كتلة الجسيم

[Nader 3:16]

اهلين بالؤرايب...
موضوع بيعجبني بلاوي ...
الله يعطيك العافية...
و موفق...

[The Knight]

اهلين بالؤرايب...
موضوع بيعجبني بلاوي ...
الله يعطيك العافية...
و موفق...

اهلين فيك يا ءرايب وان شاء الله تكون استفدت من الموضوع والله يحفظك ويوفءك كمان
سلم :)