جهان ، بزرگترين مجموعه ممكن است كه از ذرات بنيادي شكل يافته است. اين ذرات توسط نيروهاي گرانشي ، الكترومغناطيسي و هسته‌اي به هم پيوند يافته‌اند. سلسله مراتب ساختماني آن در فضا ( از هسته‌هاي اتم گرفته تا ابر كهكشانها) و سير تكاملي آن (از گوي آتشين تا اشكال كنوني) توسط ويژگيهاي ذرات بنيادي و برهمكنش آنها اداره مي‌شود. بنابراين ، تشريح ساختمان جهان و تكامل آن بر اساس خواص و برهمكنش ذرات بنيادي صورت مي‌گيرد. 

ماده جهان از ذرات بنيادي تشكيل شده است. اجسام ، بدن انسان ، ستارگان و ... سيستم‌هايي متشكل از ذرات بنيادي هستند كه از نظر تعداد و نحوه جفت و جور شدن با هم تفاوت دارند. بنابراين ، وجود ذرات بنيادي بايد در تمام پديده هاي جهان ملموس باشد. فيزيك ذرات بنيادي درك عميقتر و ديد بالايي را در مورد ساختمان و تكامل اجسام منفرد مانند اتم‌ها ، مولكول‌ها ، بلورها ، صخره‌ها ، سيارات ، ستارگان ، منظومه‌هاي ستاره‌اي و كل جهان ارائه مي‌دهد. براي همين مطالعه ذرات بنيادي براي فيزيك معاصر و بخصوص اختر فيزيك و كيهان شناسي اهميت اساسي دارد. 

خواص ذرات بنيادي 

ذرات بنيادي ديده نمي‌شوند. فقط از اثري كه مي‌گذارند و يا پديده‌هايي را كه سبب مي‌شوند ، پي به وجودشان برده مي‌شود. 

برخي خواص ذرات بنيادي با تعميم مفاهيم فيزيك كلاسيك ناشي مي‌شود. مانند ؛ جرم ، انرژي و بارالكتريكي برخي ديگر از خواص ذرات بنيادي ريشه در مكانيك نسبيتي دارد. مانند ؛ زمان ويژه ، طول ويژه عمده خواص ذرات بنيادي با تئوري‌هاي مكانيك كوانتومي تشريح مي‌شوند. براي درك اين رفتارها ، پديده‌هاي كوانتومي از جمله اسپين ، بار لپتوني ، بار باريوني ، اسپين ايزوتوپي ، شگفتي ، زوجيت ، كوانتوم عمل ، نابودي زوج ، توليد زوج ، اصل طرد پاولي ، اصل دوگانگي موج و ذره و ... بايستي بررسي شوند. 

هر ذره ، توسط مجموعه‌اي از اعداد مشخص مي‌شود كه آن را از ديگر ذرات مجزا مي‌كند. و ويژگيهاي آنرا توضيح مي‌دهد. ويژگيهايي همچون جرم سكون ، بارالكتريكي ، اسپين ، بار باريوني ، بار لپتوني ، شگفتي ، اسپين ايزوتوپي ، زوجيت براي ذرات بنيادي ساكن هستند اما خواص اندازه حركت خطي ، اندازه حركت زاويه‌اي ، انرژي كل به دنياي اطراف ارتباط دارند. 

جرم ذرات بنيادي 

جرم ذرات بنيادي بسيار كوچك است ، از اينرو آنها را مي‌توان تا سرعت بالايي رساند. مانند فوتونها كه بدون جرم بوده و بالاترين سرعت ممكن «سرعت نور) را دارا هستند. سبكترين ذره با جرم غير صفر الكترون است با جرمي در حدود

me = 9x10-28 gr  اغلب به عنوان واحدي براي سنجش جرم ساير ذرات به كار مي‌برند. جرم پروتون برابر mp=1836me  و جرم نوترون mn=1838.6me  مي‌باشد. 

 

انرژي ذرات بنيادي 

انرژي به سبب تغييرپذيري زيادش بر كل جهان حاكم است كه ساختمان فضايي ، تكامل زماني تمام سيستم‌ها از ذرات بنيادي گرفته تا خوشه‌هاي كهكشاني را تعيين مي‌كند. اين تنوع انرژي به چند برهمكنش معدود بين ذرات بنيادي مي‌تواند تقليل يابد. 

 

عدد باريوني 

ذرات سنگين ، باريون نام دارند. چنانچه باريونها به حال خود رها شوند ، متلاشي مي‌گردند. تنها باريون پايدار پروتون است. در تمام فرايندهاي مشاهده شده ، تعداد باريونها همواره بقا دارد «قانون بقاي باريون N=0 قانون بقاي باريون پايداري پروتونها را بيان مي‌كند ، باريوني سبكتر از پروتون وجود ندارد. آزمايشات نشان داده‌اند كه مدت زماني كه طول مي‌كشد تا پروتون تلاشي يابد طولاني تراز 1022 سال ، يعني <1012 بار طولاني تر از عمر جهان باشد. عدد بار يوني را با N  نشان مي‌دهند كه براي باريونها (پروتون ، نوترون ، هيپرونها) N=+1  ، براي پاد باريونها  N=-1  براي ساير ذرات مزونها ، لپتونها N=0  ، براي هسته‌ها  N>+1  برابرعدد جرمي  A  است) و براي پاد هسته ها N<-1 برابر -A  است) مي باشد. 

 

عدد لپتوني 

فرميونهاي سبك همان لپتونها هستند كه عدد لپتوني را با  L  نشان مي‌دهند. براي ليپون‌ها «الكترون ، موئون ، نوترينو) اين عدد برابر L=+1  ، براي غير ليپونها (باريونها ، بوزونها) اين عدد برابر  L=0  و براي پاليتونها «پوزيترون ، موئون مثبت ، پادنوترينو) اين عدد برابر L=-1  مي‌باشدو قانون بقاي ليپتون بصورت L=0  مي‌باشد. يعني مجموع تمام ليپتونها قبل و بعد از واكنش مقدار ثابتي دارند. 

 

ايزواسپين 

برهمكنش قوي نوكلئون‌ها در هسته ، به بار الكتريكي بستگي ندارد. اندركنش‌هاي  N-P ، N-N ، P-P  ، همگي شبيه هم هستند و تفاوت چنداني بين نكلئونهاي باردار و خنثي وجود ندارد. كه اختلاف آنها به وسطه ايزواسپين بيان مي‌شود. 

 

شگفتي 

شگفتي (strangeress)  به منظور توضيح يك رفتار عجيب بين هيپرونها و مزونهاي K  كائونها) معرفي شده است. اين ذرات توسط برهمكنش قوي به وجود آمده‌اند و از طريق برهمكنش ضعيف متلاشي مي‌شوند. 

 

زوجيت 

زوجيت يكي از ويژگيهاي اساسي ذرات بنيادي است كه متناظر با انعكاس آينه اي مختصات فضايي است. اين ويژگي ، يك خاصيت تقارني تابع موج است. زوجيت ممكن است مثبت يا منفي باشد بر حسب آنكه تابع موج در اثر انعكاس فضايي ، زوج يا فرد باشد. زوجيت در بر همكنش‌هاي قوي و الكترومغناطيسي بقا دارد. اما در برهمكنش‌هاي ضعيف نقض مي شود. 

 

چكيده 

ذرات بنيادي واحدهاي اساسي براي ساختمان جهان مي باشند و بر اساس جرم در حال سكونشان به بار يونها (ذرات سنگين) ، لپتونها (ذرات سبك) و مزونها (ذرات ميان وزن) طبقه بندي مي شوند. 

بيشتر ذرات بنيادي و احتمال تمام آنها مي توانند در نتيجه تبديل انرژي به ماده به وجود آيند حداقل انرژي لازم براي توليد گروهي از ذرات از معادله انرژي انيشتين بدست مي آيد. 

در چگالي هاي زياد ذرات ناپايدار «نوترون ، هيپرونها ، مزونها) پايدار مي شوند. و نيز ذرات پايدار «الكترون و پروتون) مي‌توانند در اثر برخوردهاي متقابل با ذرات خود نابود شوند. 

چنانچه واحدهاي اساسي پايدار (ذرات بنيادي پايدار) ، داراي وجود تضمين شده‌اي نباشند، هيچ چيز در جهان مادي وجود تضمين شده‌اي نخواهد داشت