كشف ذرات زيراتمي جديد باعث سردرگمي دانشمندان شده است. اين ذرات عجيب و ناشناخته تئوري پردازان را واداشته است تا در نظريات خود در مورد نيروهاي قوي كه ذرات زيراتمي را در اتم ها كنار يكديگر نگه مي دارد، تجديدنظر كنند. احتمالاً اين ذره جديد كه DS2317 نام گرفته، صورت غيرمتداولي از كوآرك ها است. كوآرك ها ذرات بسيار ريزي هستند كه در دسته هاي سه تايي وجود دارند و اجزاي سازنده پروتون ها و نوترون ها هستند. شايد اين ذره جديد ناشناخته كوآركي باشد كه حول كوآرك ديگر در حال چرخش است، شايد هم مولكول جديدي است كه از چهار كوآرك ساخته شده است.

مارچللو گئورگي از دانشگاه پيزاي ايتاليا و اعضاي گروهش پس از صرف وقت سه ساله و جمع آوري اطلاعات از آشكارساز بابار (BaBar) مركز شتاب دهنده خطي استنفورد (Slac) در كاليفرنيا با DS 2317 مواجه شدند. وقتي كه Slac الكترون را با پوزيتون كه ضد ماده الكترون محسوب مي شود، برخورد مي دهد، آشكارساز باربار تعداد زيادي از ذراتي كه در نتيجه اين برخورد به وجود مي آيند را شناسايي مي كند. 

گئورگي مي گويد: «ما از نتايج اين آزمايشات بسيار شگفت زده شديم، اما چيزي كه بيش از همه باعث اعجاب ما شد، جرم اين ذرات است. جرم اين ذرات از مقدار پيش بيني شده كمتر و در عين حال بسيار دقيق و مشخص بود. جرم بسياري از اين ذرات پرانرژي دقيقاً مشخص نيست و با كمي عدم قطعيت همراه است. اما وزن DS 2317  دقيقاً مشخص است و مقدار آن برابر 2316 مگاالكترون ولت است. الكترون ولت واحدي است كه فيزيكدانان براي اندازه گيري مقدار جرم و انرژي ذرات به كار مي برند. 

استياايچتن (Estia Eichten)  نظريه پرداز فيزيك نظري از آزمايشگاه شتاب دهنده ملي فرمي در باتاوياي ايلينويز مي گويد شايد اين جرم دقيق به محققين كمك كند تا ماهيت دقيق نيرويي كه اتم ها را در كنار يكديگر نگه مي دارد، درك كنند. از آن جايي كه در مقياس هاي كوچك جرم و انرژي معادل يكديگرند، دانستن جرم يك كوآرك جديد مي تواند ما را به شناخت نيروهاي قوي كه در داخل ذرات حاكم است، راهنمايي كند.

طي تحقيقاتي كه بعدها صورت گرفت، تصور مي شد كه DS 2317  از كوآرك هاي سنگين و ناشناخته اي تشكيل شده است. ديويد سينابر و يكي از متخصصين فيزيك انرژي بالا در دانشگاه كورنل در ايتاكاي نيويورك مي گويد: «قسمت عمده اي از اطلاعاتمان در مورد نيروهاي قوي از بررسي كوآرك هاي سبك تر حاصل شده است. اما امكان دارد با بررسي كوآرك سنگين تر اطلاعات جديدي كسب كنيم.» 

كوآرك ها در شش گروه مختلف جاي مي گيرند: بالا، پايين، جذاب، عجيب، زيرورو. دسته هاي سه تايي از كوآرك هاي بالا و پايين كه جزء سبك ترين و معمولي ترين كوآرك ها محسوب مي شوند، پروتون ها و نوترون هاي مواد عادي را كه دوروبر ما را فرا گرفته است تشكيل مي دهد. 

اما ممكن است DS 2317  از دو كوآرك تشكيل شده باشد و ذره كميابي به نام مزون را به وجود آورده باشد. ايچتن مي گويد اين مزون ممكن است تا حدودي شبيه يك اتم باشد. اتمي كه در آن يك كوآرك سبك «ضد ـ عجيب» (anti-Strange)  حول يك كوآرك سنگين تر «جذاب» (Charm)  در حال چرخش است. اما ساير محققين در تفسير پديده هاي مشاهده شده، نظريات پيچيده تري را ابراز مي كنند. جاناتان رزنر فيزيكدان نظري دانشگاه شيكاگو مي گويد احتمال دارد كه ذره جديد حاوي جفت هايي از كوآرك هاي مزدوج باشد. وجود مولكول هايي حاوي چنين ذرات زيراتمي مدت ها قبل پيش بيني شده بود. 

سينابرو مي گويد: «ما تاكنون هيچ شاهدي مبني بر وجود اين گونه ذرات نداشتيم. اما اگر اين شي وجود داشته باشد، واقعاً جاي تعجب است. » محققين Slac در مركز سينكروتون انرژي بالاي دانشگاه كورنل و سازمان تحقيقات شتاب دهنده انرژي بالا در ژاپن ضمن كنكاش در اطلاعات قديمي، درصددند نظريات خود را در مورد ذراتي شبيه DS(2317)  بيازمايند. 

شيمي مديون پروتون نوترون ها و پروتون ها از ذراتي ساخته شده اند كه كوارك هاي بالا و پايين ناميده مي شوند. هر پروتون شامل دو كوارك بالا و يك كوارك پايين است، در حالي كه هر نوترون داراي دو كوارك پايين و يك كوارك بالا است. كوارك هاي پايين كمي سنگين تر از كوارك هاي بالا هستند و به همين دليل وزن نوترون ها از پروتون ها بيشتر است. بار هر كوارك بالا برابر دوسوم بار مثبت است و هر كوارك پايين دقيقا يك سوم بار مثبت را با خود دارد. به همين دليل پروتون داراي يك بار الكتريكي مثبت است در حالي كه نوترون ها خنثي هستند و باري ندارند. 

در عين حال ما هنوز هم جرم دقيق كوارك ها را نمي دانيم. به همين دليل دانشمندان سعي دارند ضمن آزمايشات مختلف جرم آنها را دريابند. در عين حال نظريه پردازان نيز سعي دارند قطعات حاصل از برخورد ذرات مختلف را بررسي كرده و سرعت انجام واكنش هاي مختلف را محاسبه كنند. آنها اميدوارند با اين روش بتوانند به ساختار يك هسته اتم دست نخورده دست يافته و دريابند چه ميزان از اختلاف در خواص كوارك هاي بالا و پايين از اختلاف جرمشان ناشي مي شود و چه مقدار از اين اختلاف به خاطر تفاوت در بارهاي الكتريكي است. 

آنها اميدوارند با اين آزمايشات جرم دقيق كوارك ها را دريابند. بيراون كولك فيزيكدان نظري دانشگاه آريزونا مي گويد: «هم آزمايشات انجام شده و هم تفسيرهاي نظري ارائه شده در اين مورد بسيار پيچيده است و بنابراين لازم است هم از نتايج آزمايشات و هم تفسيرهاي نظري كمك گرفت و با تلفيق نتايج حاصل از اين آزمايشات اطلاعات مهمي در مورد جرم كوارك ها به دست آورد.» اختلاف بين كوارك هاي بالا و پايين به اين معني است كه اگر يك نوترون را به حال خود رها كنيم به يك پروتون تبديل مي شود. اما اين سرنوشت نهايي نوترون ها نبود. 

اين ذرات با قرار گرفتن در كنار الكترون ها كه بار منفي دارند، مي توانند اتم هاي هيدروژن را به وجود آورند كه ماده سوختي اوليه ستارگان محسوب مي شود. ادوارد استفنسون كه يكي از فيزيكدانان دانشگاه اينديانا است مي گويد: «دنياي مملو از پروتون به اين معني است كه مقدار زيادي هيدروژن در اختيار داريم. بدون در اختيار داشتن پروتون، شيمي به آن صورتي كه امروز مي شناسيم، ممكن نبود.» البته بايد در نظر داشت همين اختلاف كم در جرم اين كوارك ها نتايج بسياري را در پي داشته است. اخيراً يك گروه از دانشمندان دانشگاه اينديانا دو هسته دوتريم را به هم برخورد دادند. دوتريم نوعي اتم هيدروژن است كه در هسته خود يك پروتون و يك نوترون دارد. گروهي ديگر نيز در دانشگاه اوهايو با استفاده از نوترون و پروتون واكنش همجوشي هسته اي انجام دادند. طي هر دو اين آزمايشات ذراتي حاصل شد كه آنها را پيون مي نامند. 

اين دانشمندان معتقدند ايجاد پيون نشانه عدم تقارن بار است كه از اختلاف در اجزاي تشكيل دهنده پروتون ها و نوترون ها ناشي مي شود. اين اختلاف در جرم عامل اصلي تركيب اجزاي عالم است..

منبع: هوپا

جف برومفيل 

ترجمه: سليمان فرهاديان

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40