هيگز

فروش کتاب الکترونیکی - فیزیک از آغاز تا امروز

ذرات چگونه جرم کسب مي کنند؟

مسئله جرم دو جنبه متفاوت دارد. اول آن که نياز است بدانيم جرم چگونه به وجود مي آيد. معلوم شده است که جرم حداقل از سه سازوکار متفاوت ايجاد مي شود که در ادامه تشريح خواهد شد. يک بازيگر مهم در نظريه هاي آزمايشي فيزيک دانان در مورد جرم، نوع جديدي از ميدان است که تمام جهان را فرا مي گيرد و ميدان هيگز نام دارد. گمان مي رود جرم ذرات بنيادي از برهمکنش با ميدان هيگز به وجود مي آيد. اگر ميدان هيگز وجود داشته باشد، طبق نظريه هيگز، وجود يک ذره وابسته به آن به نام هيگز ضروري است. هم اکنون دانشمندان با استفاده از شتاب  دهنده هاي ذرات به دنبال ذره هيگز هستند. جنبه ديگر اين مسئله آن است که دانشمندان مي خواهند بدانند چرا انواع مختلف ذرات بنيادي، جرم خاص خودشان را دارند. اما هنوز نمي دانيم چرا اينگونه است .

جرم چيست؟

مباني درک نوين ما از جرم بسيار پيچيده تر از تعريف نيوتن و مبتني بر مدل استاندارد است. در بطن مدل استاندارد تابع رياضي به نام لاگرانژي است که نشان دهنده چگونگي برهمکنش ذرات گوناگون است. فيزيک دانان با استفاده از اين تابع و تبعيت از قواعدي به نام نظريه نسبيت کوانتومي مي توانند رفتار ذرات بنيادي را محاسبه کرده و دريابند اين ذره ها چگونه گرد هم مي آيند و ذرات مرکبي همچون پروتون را به وجود مي آورند. مي توان چگونگي واکنش ذرات بنيادي و ذرات مرکب را نسبت به نيروها به دست آورد. در مورد نيرويF  معادله F=ma ، نيرو، جرم و شتاب حاصل از نيرو را به هم مربوط مي کند. لاگرانژي مي گويد که در اين جا براي m بايد از چه مقداري استفاده کنيم و اين مقدار همان چيزي است که از عبارت جرم ذره مد نظر فيزيک دانان است. اما جرمي که به طور معمول آن را درک مي کنيم، چيزي بيش ازF=ma  از خود نشان مي دهد. براي مثال نظريه نسبيت خاص پيش بيني مي کند که ذرات بدون جرم در خلاء با سرعت نور و ذرات جرم دار بسيار کندتر از نور حرکت مي کند، به طوري که اگر جرمشان را بدانيم مي توانيم سرعت شان را حساب کنيم. قوانين گرانش با دقت بسيار، پيشگويي مي کند که گرانش هم روي ماده و هم روي انرژي تاثير مي گذارد. همان طور که از يک مقدار خاص جرم انتظار داريم، مقدار m که از روي لاگرانژي براي هر ذره به دست مي آيد، در تمام موارد ديگر نيز صحيح است و کاربرد دارد. ذرات بنيادي، جرمي ذاتي دارند که آن را با نام جرم سکون مي شناسيم. در مورد ذرات مرکب بايد گفت که جرم سکون اجزاي تشکيل دهنده و انرژي جنبشي و انرژي پتانسيل برهمکنش ها در جرم کلي ذره نقش دارد. همان طور که رابطه جرم - انرژی مي گويد انرژي و جرم به يکديگر ربط دارند.

مثالي از مشارکت انرژي در جرم را مي توان در آشنا ترين نوع ماده در جهان يعني پروتون و نوترون مشاهده کرد. مدل استاندارد ما را مجاز مي سازد که تقريبا تمام جرم پروتون ها و نوترون ها را از انرژي جنبشي کوارک ها و گلئون هاي تشکيل دهنده آن به دست آوريم و باقي مانده آن از جرم سکون کوارک ها به دست مي آيد. بنابراين چهار تا پنج درصد از کل جهان، تقريبا تمام ماده معمولي، از انرژي حرکت کوارک ها و گلئون هاي موجود در پروتون ها و نوترون ها ناشي مي شود.

 سازوکار هيگز

ذرات بنيادي(کوارک ها و الکترون ها) برخلاف پروتون ها و نوترون ها از اجزاي کوچک تري تشکيل نشده اند. شرح چگونگي کسب جرم سکون در اين ذره ها به يکي از اصلي ترين مسائل در مورد منشاء جرم تبديل شده است. تفسيرهاي ارائه شده به وسيله فيزيک نظري جديد مي گويد جرم ذرات بنيادي از برهمکنش با ميدان هيگز ناشي مي شود. اما چرا ميدان هيگز در همه جاي جهان حاضر است؟ چرا قدرت اين ميدان همانند ميدان الکترومغناطيسي در مقياس هاي کيهاني اصولا صفر نيست؟ ميدان هيگز چيست؟

چاپ دوم، به انضمام فناوری نانو

کتابی برای همه ی نسل ها و همه ی کتابخانه ها

لینک مستقیم خرید کتاب

عطف به عتف - نگاهی به پژوهش و ISI در ایران

امید عمومی - نامه به ریاست جمهوری

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات