WELCOME

                        free hit counters 
 

خانه       اخبار    مقالات

English

نظریه سی. پی. اچ
سرفصل ها
گروه فارسی
گروه انگلیسی
سایتهای مرتبط
پیوندها
 تماس با ما

 
    
 

اگر همواره مانند گذشته بينديشيد، هميشه همان چيزهايي را به‌دست مي‌آوريد كه تا بحال كسب كرده‌ايد

 فاينمن

کتاب الکترونیکی

فیزیک از آغاز تا امروز

 

فصل دوازده

ذرات بنیادی و مدل استاندارد

 

 

 

مقدمه

شیمی را می توان با سه ذره بنیادی پروتون، نوترون و الکترون و نیروی الکترومغناطیس فهمید و مباحث مختلف آن را توضیح داد. فیزیک هسته ای را می توان با چهار ذره بنیادی پروتون، نوترون، الکترون و نوترینو-الکترون و نیروهای هسته ای قوی، هسته ای ضعیف و الکترومغناطیس فهمید و تشریح کرد

در عین حال باید توجه داشت که مکانیک کوانتوم نظریه ی ساده ای نیست، زیرا رفتار ذرات مانند رفتار اجسام بزرگ نیست. ما برای شناسایی رفتار ذرات در مکانیک کوانتوم، به یک بینش جدید نیاز داریم

پایه بینش

برای شکل دادن به پایه بینش خود در مکانیک کوانتوم، باید به خصوصیات اتمها، ملکولها و سایر ذرات زیر اتمی توجه کنیم. این ذرات به سادگی و به سرعت از مکانی به مکان دیگر حرکت می کنند. این امر پایه اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را تشکیل می دهد به طوریکه همواره رابطه زیر بین اندازه حرکت، مکان و ثابت پلانک بر قرار است

DX .DP > or =h

باید توجه داشت که ذرات نقاط مادی اجسام نیستند که با سرعت ثابت حرکت می کنن. همچنین یکی از ویژگی مهم ذرات اسپین آنهاست. پنچ حالت مختلف اسپین برای آنها تعریف شده است

اگر ذره در یک حالت بتواند بماند دارای اسپین صفر است

Spin=0

 اگر ذره در دو حالت بتواند بماند دارای اسپین یک دوم است

2/1=Spin

اگر ذره در سه حالت بتواند بماند دارای اسپین یک است

1=Spin

اگر ذره در پنج حالت بتواند بماند دارای اسپین دو است

2=Spin

این ذرات را بهد و دسته بوزونها و فرمیونها تقسیم می کنند. بوزونها ذراتی هستند که نیروها را حمل می کنند و فرمیونها ماده را شکل می دهند و از قاعده ی زیر طبعیت می کنند

Bosons have Spin=0, 1, 2

  مدت زيادي اين طور تصور مي شد كه پروتونها و نو ترونها ذرات بنيادي هستند و بنابراين گمان مي رفت مثل الكترون ديگر قابل تقسيم نبوده و داراي يك ساختار داخلي نيستند امروزه مي دانيم كه نو كلئونها يا به عبارت ديگر پروتونها و نو ترونها خود از ذرات كوچكتري ساخته شده اند كه کوارک ناميده مي شوند

  مدل پذیرفته شده استاندارد ساده و شامل یک توضیح ازذرات بنیادی و نیروها است

مدل ستاندارد شامل دوازده ذره فرمیون با اسپین نیم  که شش تای آن کوارک و شش تای دیگر لپتون  و چهار ذره بوزون با اسپین یک هستند. و یک هگز بوزون با اسپین صفر است که هنوز مشاهده نشده است

بسیاری از فیزیکدانان اعتقاد دارند بزرگترین چالش فیزیک در قرن بیست و یکم به تحقیقات روی ذرات هگز مربوط می شود

اما سئوال این است که اصولاً هگز چیست؟

کلمه هگز اولین بار در سال 1960 توسط پتر هگز وارد فیزیک شد. ایده اساسی چنین است که تمام ذراتی که با یکدیگر کنش و واکنش دارند، کنش آنها توسط یک میدان اعمال می شود که توسط ذره هگز بوزون حمل می شوند

 

  ذرات بنیادی

تا سال 1932 ذرات بنیادی شناختهتنها شامل الکترون، پروتون و نوترون بود. اما امروزه تعداد این ذرات بالغ بر صدها ذره می باشد

 

 

   Pion Production

تولید پیون


Hidekei Yukawa (1907-1981)
 

یوکاوا در سال 1935 وجود

پیون را پیشگویی کرد

که در سال 1947 کشف شد
 


پیون در مدت

0.8 x 10-16 s.

به دو فوتون گاما واپاشیده می شود

   

 

 

  Matter from Energy

تولید ماده از انرژی

همه ذرات و پاد صرات از انرژی خالص قابل تولید هشتند. پوزیترون یکی از آنها است

   

    Antiparticles

پاد ذرات


Paul Dirac (1902-1984)
1933 Nobel Prize

دیراک در سال 1928 وجود

 پوزیترون را پیشگویی کرد


پوزیترون در سال 1932 توسط آندرسن کشف شد

یک فوتون گاما ناپدید می شود و

یک زوج الکترون-پوزیترون تولید می شود


 

   

 

  Missing Energy in Beta Emission
   (Leads to discovery of another elementary particle)

هنگام تابش بتا، انرژی مفقود می شود

این امر هدایت می کند تا یک ذره ی بنیادی دیگر کشف شود


الکترون (اشعه بتا) هرگز همان مقدار انرژی را ندارد

چرا؟

 

   

  The Neutrino

نوترینو


Wolfgang Pauli, Austrian
physicist (1900-1958)

در سال 1931 ولفگانگ پائولی وجود

یک ذره را پیشگویی کرد و فرمی

آنرا نوترینون نامید

1945 Nobel Prize


 

نوترینو در سال 1956 کشف گردید. تصور می شود

 نوترینون بدون بار و با جرم سکون صفر است
 

    The Anti-Neutrino

پاد نوترینو



 
پاد نوترینون انرژی مفقود شده را حمل می کند

 

 

 

  Neutrinos from Supernova

نوترینوی ابرنوا



ابرنوا

 1987A
در فاصله

170,000

نوترینو منتشر می کند که با

 سرعت نزدیک به سرعت

حرکت می کند

 
 

دو ساعت بعد ابر نوا یک

میلون نورانی تر از خورشید

تابش می کند

 

امروزه هر سانتیمتر مربع

از سطح زمین یک

نوترینون در هر ثانیه دریافت

می کند

 

 

 

 

   Positron-Electron Annihilation

واپاشی زوج الکترون - پوزیترون


پوزیترون پاد ماده ی الکترون است، و بالعکس

هنگامیکه با هم ادغام می شوند، به انرژی  واپاشیده می شوند

و دو فوتون گاما در دو جهت دو جهت مختلف به حرکت در می آیند

  

  Positron Emission Tomography 

پوزیترون در شناخت بیماری ها مورد استفاده قرار می گیرد


"tomos":  slice  

8O15 -------> 7N15 + 1e0   then  1e0  +  -1e0 -------> g + g

 

 

 

  PET Scan Image of Brain


          
مغز مبتلا به بیماری آلزایمر  مغز سالم

 

 

 

 
  Material Particles

ذرات ماده

 Leptons

لپتون ها

Examples: 
 
 
 muon (-) 
 
electron    
   
neutrino

-----------------
No internal
structure

Hadrons
هادرونها
Examples:

   neutron  
   proton

   pion
(+)
----------------
Believed to
contain
quarks.

                                                                                (The pion is also called a pi-meson.)

  

 Quarks

کوارکها

Hadrons
هادرونها
Examples:

   neutron  
   proton

   pion
(+)
----------------
Believed to
contain
quarks.


نام کوارکها توسط موری

گلمن انتخاب شد

Murray Gell-Mann took
the name quark from
"Three quarks for muster
Mark", in James Joyce's
book Finnegan's Wake.

(1963)


اسامی کوارکها

Whimsical names--
called "flavors"--for
the quarks.

   

  Molecules, Atoms, and Nuclei

مولکولها، اتمها و هسته

   

   Nuclei, Nucleon, and Quarks

هسته و کوارک

  

   Quark Charge

The neutron
contains three quarks.  Which three quarks
could be used to make a neutron?

The proton
contains three quarks.  Which three quarks
could be used to make a proton?

The pion
has a charge of +1 and contains two quarks.  
Which two quarks--if any--could be used to
make a pion?

 

  Quarks and Anti-Quarks

The Pion 
(
Two quarks; charge:  + 1)

Which two quarks could
be used to make a pion?

The Neutron    
(Three quarks; charge:  0)

Could a neutron have
one or more antiquarks?

 

 

 Quark Structure of the Pion, Proton, and Neutron

 

  Quark Color Causes Strong Force (Nuclear Force)

 
   
Moo-Young Han, Duke Univ
In 1965 Moo-Young Han and Yoichiro
Nambu suggested quarks possess color.



 The "color" attribute is not traditional color;
the name is somewhat arbitrary, and almost
as whimsical as the names of the quarks.

Color is also called
color charge.

Like colors repel.

Unlike attract.

Color-AntiColor
attraction is
stronger.

Blue-AntiBlue
stronger than
Blue-Red, for
example

 

 

  Quark-Containing Particles are White

 Protons and neutrons contain
 three quarks:



 Protons and neutrons each
 contain a  red, blue, and
 green quark.

Pi-mesons contain only two quarks.
For example:


 Anti-red is white light minus red,
 or, blue-green.

 

  Quarks Exert Force by Exchanging Color

       Material particles:
Leptons 
Examples:
 
 
 
muon (+)
 
electron    
 neutrino

-------------
 
Leptons
  contain
  no quarks 
Hadrons 
Examples:

 neutron
 proton
 pion
(+)
-----------
Hadrons
contain
quarks

    Color charge is the cause of the color force, also known as the
    strong force.

 

 Quarks and Gluons

کوارک و گلئون


کنش قوی توسط گلئ.نها

انجاک می شود
The strong force is caused
by the emission and
absorption of gluons.



Rule:  Sum of colors conserved

قاعده: مجموع رنگها ثابت است

Red-antigreen gluon is
emitted by a red quark,
which is transformed to
a green quark.

A green quark, not shown,
absorbs the red-antigreen
gluon and becomes a
red quark.

 

ذرات بنیادی و کنش بین آنها

 

 

 

 

 Name

Spin

Electric
charge

Mass

Observed?

Graviton

2

0

0

Not yet

Photon

1

0

0

Yes

Gluon

1

0

0

Indirectly

W+

1

+1

80 GeV

Yes

W-

1

-1

80 GeV

Yes

Z0

1

0

91 GeV

Yes

Higgs

0

0

> 78 GeV

Not yet

 

 

با تشکر

حسین جوادی

 

 


This site is © Copyright CPH 2004-2005, All Rights Reserved.

Powered  by M.H. Dalvand