نگاه اجمالی

جهان ، بزرگترین مجموعه ممکن است که از ذرات بنیادی شکل یافته است. این ذرات توسط نیروهای گرانشی ، الکترومغناطیسی و هسته‌ای به هم پیوند یافته‌اند. سلسله مراتب ساختمانی آن در فضا ( از هسته‌های اتم گرفته تا ابر کهکشانها) و سیر تکاملی آن (ازگوی آتشین تا اشکال کنونی) توسط ویژگیهای ذرات بنیادی و برهمکنش آنها اداره می‌شود. بنابراین ، تشریح ساختمان جهان و تکامل آن بر اساس خواص و برهمکنش ذرات بنیادی صورت می‌گیرد. 

ماده جهان از ذرات بنیادی تشکیل شده است. اجسام ، بدن انسان ، ستارگان و ... سیستم‌هایی متشکل از ذرات بنیادی هستند که از نظر تعداد و نحوه جفت و جور شدن با هم تفاوت دارند. بنابراین ، وجود ذرات بنیادی باید در تمام پدیده های جهان ملموس باشد.فیزیک ذرات بنیادی درک عمیقتر و دید بالایی را در مورد ساختمان و تکامل اجسام منفرد مانند اتم‌ها ، مولکول‌ها ، بلورها ، صخره‌ها ، سیارات ، ستارگان ، منظومه‌های ستاره‌ای و کل جهان ارائه می‌دهد. برای همین مطالعه ذرات بنیادی برای فیزیک معاصر و بخصوصاختر فیزیک و کیهان شناسی اهمیت اساسی دارد.

خواص ذرات بنیادی

• ذرات بنیادی دیده نمی‌شوند. فقط از اثری که می‌گذارند و یا پدیده‌هایی را که سبب می‌شوند ، پی به وجودشان برده می‌شود.

•  برخی خواص ذرات بنیادی با تعمیم مفاهیم فیزیک کلاسیک ناشی می‌شود. مانند ؛ جرم ، انرژی و بارالکتریکی

• برخی دیگر از خواص ذرات بنیادی ریشه در مکانیک نسبیتی دارد. مانند ؛ زمان ویژه ، طول ویژه

•  عمده خواص ذرات بنیادی با تئوری‌های مکانیک کوانتومی تشریح می‌شوند. برای درک این رفتارها ، پدیده‌های کوانتومی از جمله اسپین ، بار لپتونی ، بار باریونی ، اسپین ایزوتوپی ، شگفتی ، زوجیت ، کوانتوم عمل ، نابودی زوج ، تولید زوج ، اصل طرد پاولی ،اصل دوگانگی موج و ذره و ... بایستی بررسی شوند.

• هر ذره ، توسط مجموعه‌ای از اعداد مشخص می‌شود که آن را از دیگر ذرات مجزا می‌کند. و ویژگیهای آنرا توضیح می‌دهد.

•  ویژگیهایی همچون جرم سکون ، بارالکتریکی ، اسپین ، بار باریونی ، بار لپتونی ، شگفتی ، اسپین ایزوتوپی ، زوجیت برای ذرات بنیادی ساکن هستند اما خواص اندازه حرکت خطی ، اندازه حرکت زاویه‌ای ، انرژی کل به دنیای اطراف ارتباط دارند

جرم ذرات بنیادی

جرم ذرات بنیادی بسیار کوچک است ، از اینرو آنها را می‌توان تا سرعت بالایی رساند. مانند فوتونها که بدون جرم بوده و بالاترین سرعت ممکن «سرعت نور) را دارا هستند. سبکترین ذره با جرم غیر صفر الکترون است با جرمی در حدود m_e = 9x10^-28 gr  اغلب به عنوان واحدی برای سنجش جرم سایر ذرات به کار می‌برند. جرم پروتون برابر m_p=1836m_e  و جرم نوترون m_n=1838.6m_e  می‌باشد.

انرژی ذرات بنیادی

انرژی به سبب تغییرپذیری زیادش بر کل جهان حاکم است که ساختمان فضایی ، تکامل زمانی تمام سیستم‌ها از ذرات بنیادی گرفته تا خوشه‌های کهکشانی را تعیین می‌کند. این تنوع انرژی به چند برهمکنش معدود بین ذرات بنیادی می‌تواند تقلیل یابد. 
 

ذرات سنگین ، باریون نام دارند. چنانچه باریونها به حال خود رها شوند ، متلاشی می‌گردند. تنها باریون پایدار پروتون است. در تمام فرایندهای مشاهده شده ، تعداد باریونها همواره بقا دارد «قانون بقای باریون ΔN=0 ).قانون بقای باریون پایداری پروتونها را بیان می‌کند ، باریونی سبکتر از پروتون وجود ندارد. آزمایشات نشان داده‌اند که مدت زمانی که طول می‌کشد تا پروتون تلاشی یابد طولانی تراز 10²² سال ، یعنی <10¹² بار طولانی تر از عمر جهان باشد. عدد بار یونی را با  N

 نشان می‌دهند که برای باریونها (پروتون ، نوترون ، هیپرونها) N=+1  ، برای پاد باریونها N=-1  برای سایر ذرات مزونها ، لپتونها) N=0  ، برای هسته‌ها  N>+1 N برابرعدد جرمی  A  است) و برای پاد هسته ها N<-1 N برابر –A  است) می باشد. 
 

فرمیونهای سبک همان لپتونها هستند که عدد لپتونی را با L نشان می‌دهند. برای لیپون‌ها «الکترون ، موئون ، نوترینو) این عدد برابر L=+1  ، برای غیر لیپونها (باریونها ، بوزونها) این عدد برابر L=0  و برای پالیتونها «پوزیترون ، موئون مثبت ، پادنوترینو) این عدد برابر L=-1  می‌باشدو قانون بقای لیپتون بصورت  ΔL=0  می‌باشد. یعنی مجموع تمام لیپتونها قبل و بعد از واکنش مقدار ثابتی دارند.
 

ایزواسپین

برهمکنش قوی نوکلئون‌ها در هسته ، به بار الکتریکی بستگی ندارد. اندرکنش‌های N-P ، N-N ، P-P  ، همگی شبیه هم هستند و تفاوت چندانی بین نکلئونهای باردار و خنثی وجود ندارد. که اختلاف آنها به وسطه ایزواسپین بیان می‌شود.

شگفتی (strangeress)  به منظور توضیح یک رفتار عجیب بین هیپرونها و مزونهای  K  (کائونها) معرفی شده است. این ذرات توسط برهمکنش قوی به وجود آمده‌اند و از طریق برهمکنش ضعیف متلاشی می‌شوند.

زوجیت

زوجیت یکی از ویژگیهای اساسی ذرات بنیادی است که متناظر با انعکاس آینه ای مختصات فضایی است. این ویژگی ، یک خاصیت تقارنی تابع موج است. زوجیت ممکن است مثبت یا منفی باشد بر حسب آنکه تابع موج در اثر انعکاس فضایی ، زوج یا فرد باشد. زوجیت در بر همکنش‌های قوی و الکترومغناطیسی بقا دارد. اما در برهمکنش‌های ضعیف نقض می شود. 
 

ذرات بنیادی واحدهای اساسی برای ساختمان جهان می باشند و بر اساس جرم در حال سکونشان به بار یونها (ذرات سنگین) ، لپتونها (ذرات سبک) و مزونها (ذرات میان وزن) طبقه بندی می شوند. 

• بیشتر ذرات بنیادی و احتمالا تمام آنها می توانند در نتیجه تبدیل انرژی به ماده به وجود آیند حداقل انرژی لازم برای تولید گروهی از ذرات از معادله انرژی انیشتین بدست می آید..

• در چگالی های زیاد ذرات ناپایدار «نوترون ، هیپرونها ، مزونها) پایدار می شوند. و نیز ذرات پایدار «الکترون و پروتون) می‌توانند در اثر برخوردهای متقابل با ذرات خود نابود شوند.

• چنانچه واحدهای اساسی پایدار (ذرات بنیادی پایدار) ، دارای وجود تضمین شده‌ای نباشند، هیچ چیز در جهان مادی وجود تضمین شده‌ای نخواهد داشت.

 نقل از رشد