حقائق عن الكوارك ( الجسيم الأصغر من الذرة )
حقائق عن الكوارك ( الجسيم الأصغر من الذرة )
الصورة أعلاه توضح تركيب بروتون من كواركين علويين وثالث سفلي
الكوارك : هو جسيم يعتقد العلماء الفيزيائيين بأنه الوحدة الأساسية للنيوترونات والبروتونات. وكل نيوترون وبروتون يتألفان من ثلاثة كواركات، ولكن يبدو أن الكواركات لاتوجد منفردة في المواد ، وإنما تكون على الدوام مع كواركات الأخرى، حيث تجمعها معاً قوة تنقلها جسيمات تسمى القلونات.
تحمل الكواركات إما شحنة كهربائية سالبة تعادل ثلث شحنة البروتون، أو شحنة كهربائية موجبة تعادل ثلثي شحنة البروتون.
تشكل الكواركات واحدة من العائلات الثلاث الكبرى للجسيمات الأولية. أما العائلتان الأُخريان فهما يعرفان ، بالبوسونات واللبتونات.
لايعرف علماء الفيزياء حتى الآن كم نوعاً من الكواركات هناك، ولكنهم يقدِّرون أنه لاتوجد أكثر من ستة أنواع ، وربما ثمانية أنواع.
حيث تحتوي المادة العادية على نوعين من الكواركات يرمز إليهما بالأعلى (ع) والأسفل (س)، ولكن علماء الفيزياء أوجدوا كواركات أخرى بالاستعانة بجهاز يدعى معجل الجسيمات.
يعمل معجل الجسيمات على اصطدام الجسيمات بعضها تحت بعض بعنف كبير منتجًا كواركات أثقل بكثير من الكواركات العليا (ع) والسّفلى (س).
هذه الكواركات لاتتصف بالثبات وتتفكك إلى النوعين الأعلى والأسفل في أقل من جزء من بليون جزء من الثانية، وتشمل الكواركات الأكثر ثقلاً كواركات ذات أسماء طريفة مثل الجذاب والغريب والقاعي.
إن الكواركات تتاثر بالقوى الأساسية الاربعة في الطبيعة وهي ( القوة النووية القوية و هي القوة التي ترتبط بها الكواركات مع بعضها ضمن تركيبة الجسيم الهادروني و ترتبط بها الهادرونات ضمن تركيبة نواة الذرة و تحمل على جسيم افتراضي لا يمتلك كتلة و انما يمتلك مستوى طاقة يعرف بالغلوونات glouns ,و تتاثر بالقوة الكهرومغناطيسية بالرغم من ان الكوارك بحد ذاته غير مشحون كهربائيا لكنه يدخل ضمن تركيبة جسيمات مشحونة مثل البروتونات و بعض انواع الميزونات و القوة الكهرومغناطيسية هي قوة تحمل على جسيم افتراضي لا يمتلك كتلة لكن يمتل مستوى طاقة يعرف بالفوتونات photons , و هذه القوة هي القوة التي تتولد من الجسيمات المشحونة و هي القوة التي تجعل الالكترونات تدور بمدارات حول نواة الذرة, و القوة النووية الضعيفة و هي القوة التي تتحكم بالانحلالات الجسيمية و تحمل على جسيمات مادة تمتلك كتلة تعرف ببوزونات Z , W+ ,-W, و القوة الثقالة التي تحمل على الغرافتونات gravtons وهي جسيمات افتراضية اكمام طاقة تحمل عليها القوة الثقالة و تتاثر هذه الجسيمات بقوة الجاذبية رغم ان اينشتاين كان معترض على هذه الفرضية لكن اثبتت تجريبيا ان القوة الثقالة تؤثر على الجسيمات).
تخضع الكواركات لمبدأ و خاصية الحصر (confinment ) الذي تم صياغته و اكتشافه اعتمادا على ابحاث عالم الفيزياء الامريكي ياكيرو ناموبو حيث انه من غير الممكن ان تكون الكواركات منفردة و انما تكون موجودة على شكل مجاميع و هي:
1_ الباريوناتbaryon : الجسيمات التي تتالف من ثلاث كواركات و هي مثل البروتونات و النيوترونات التي تؤلف نواة الذرة.
2_ الميزونات mesons : و هي جسيمات تتالف من زوج من الكواركات و اضدادها و هي جسيمات اعمار نصفها قصيرة جدا محددة باجزاء من الثانية و تقوم بنقل تاثير القوة النووية الشديدة بين الباريونات.
3_ البنتا كوارك penta quark : وهي جسيمات تتالف من خمس كواركات اربع كواركات و واحد ضديد كوارك ينحل في حالة الاستثارة الى باريون و ميزون .
4_ تتراكوارك: تتالف من زوجيناو اكثر من الكواركات و اضدادها و تنجم من اندماج ميزونين او اكثر.
5_ ديباريون dibaryon :تتالف من ست كواركات و ينجم من اندماج باريونين.
هنالك أونواع مختلفة من الكواركات هي :
1ـ الكوارك الساحر (Charm Quark)
في العام 1974، اكتُشف ميزون يُعرف بـ J/Psi particle. بكتلته البالغة 3100 ميغا الكترون فولط -أي أكثر من كتلة البروتون بثلاث مرات كان هذا الجسيم أول الامثلة على كوارك من نوعٍ آخر يُعرف بالكوارك الساحر. ويتألف هذا الميزون من زوج كوارك ساحر-كوارك ساحر مضاد.
ويُعرف أخف الميزونات التي تحتوي كواركات ساحرة بالميزون D. ويُقدم هذا الميزون أمثلةً مهمة على التفكك لأنه يجب على الكوارك الساحر التحول إلى كوارك غريب عبر التفاعل الضعيف حتى يحصل التفكك.
ويُمثل جسيم لمدا ذو الرمز [Math Processing Error]Λc+ أحد الباريونات التي تمتلك كواركاً ساحراً. ويتكون تركيبه من udc، وبكتلة تصل إلى 2281 ميغا إلكترون فولط/مربع سرعة الضوء.
2ـ الكوارك القمي (Top Quark)
ذُكرت أولى الأدلة المقنعة على اكتشاف الكوارك القمي في مختبر فيرمي بتاريخ أبريل/نيسان 1995. ووُجدت هذه الأدلة في منتجات تصادم حصلت بين بروتونات بطاقة وصلت إلى 0.9 تيرا إلكترون فولط وبروتونات مضادة داخل مصادم البروتونات-البروتونات المضادة.
وبعد حصول التصادم، وجدت منشأة كاشف المصادم 56 مرشحاً ليكون كوارك قمي وهي أكثر من تلك التي تمَّ التنبؤ بها (56)، في حين وجدت مجموعة D0 عدداً من الأحداث وصل إلى 17. ووصلت قيمة كتلة الكوارك القمي بعد الجمع بين بيانات المجموعتين إلى 174.3 جيغا إلكترون فولط وبارتياب +/-5.1 جيغا إلكترون فولط. وهذا أكبر بـ 180 مرة من كتلة البروتون، وأكبر بحوالي مرتين من كتلة أثقل الجسيمات العنصرية التي تمَّ اكتشافها لاحقاً، وهو بوزون Z0 الذي وصلت كتلته إلى 93 جيغا إلكترون فولط.
أما التفاعل الذي تمَّ تصوره فهو التالي:
[Math Processing Error]qq¯→t¯t
يُمكن أن يحصل ذلك في التفاعل الضعيف فقط، ويقود هذا الأمر إلى عمر أطول بكثير. وتوضح عملية التفكك عدم انحفاظ الغرابة:
[Math Processing Error]t→W+b
3ـ الكوارك القاعي (Bottom Quark)
في العام 1977، اكتشفت مجموعة تجريبية في مختبر فيرمي يقودها ليون ليدرمان حالة طنين جديدة عند 9.4 غيغا الكترون فولط/مربع سرعة الضوء. وفُسرت تلك الحالة على أنها زوج كوارك قاعي-كوارك قاعي مضاد وُعرفت بالميزون أبسيلون. ومن هذه التجربة، تم استنتاج أن كتلة الكوارك القاعي هي حوالي 5 جيغا إلكترون فولط/مربع سرعة الضوء. والتفاعل الذي أجريت دراسته حينها هو:
[Math Processing Error]P+N→μ−+μ++X
حيث N هو نواة النحاس أو البلاتينيوم. وسمح المطياف، الذي يمتلك دقة فصل كتلة تصل إلى 2%، للعلماء بقياس زيادة في الأحداث وصلت إلى 9.4 جيغا إلكترون فولط/مربع سرعة الضوء. وبعد ذلك، دُرس هذا الطنين في مسرعات أخرى، ودُرست حالات الترابط لميزون الكوارك القاعي-الكوارك القاعي المضاد بشكلٍ مفصل.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ