موضوع مقاله: ذرات بنیادی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ذرات بنیادی | مقدمه: مدل استاندارد در حال حاضر هفده ذرهٔ متمایز را به رسمیت می‌شناسد - دوازده فرمیون و پنج بوزون. | ## بخش 1: ذرات بنیادی | در نتیجهٔ ترکیبات مزه و رنگ و پادماده، فرمیون‌ها و بوزون‌ها به ترتیب دارای ۴۸ و ۱۳ وضعیت متغیر هستند. در میان ۶۱ ذره بنیادی که توسط شماره مدل استاندارد پذیرفته شده‌اند: الکترون‌ها و سایر لپتون‌ها، کوارک‌ها و بوزون‌های بنیادی. ذرات زیراتمی مانند پروتون‌ها یا نوترون‌ها که حاوی دو یا چند ذره بنیادی هستند به عنوان ذرات مرکب شناخته می‌شوند. ماده معمولی از اتم هایی تشکیل شده است که زمانی تصور می شد خود ذرات بنیادی غیرقابل تقسیم هستند. نام اتم از کلمه یونانی باستان ἄτομος ( atomos ) گرفته شده است که به معنای تقسیم ناپذیر یا غیرقابل قطع است . علیرغم تئوری هایی که هزاران سال در مورد اتم ها وجود داشت، وجود واقعی اتم ها تا سال 1905 بحث برانگیز بود. در آن سال آلبرت انیشتین مقاله خود را در مورد حرکت براونی منتشر کرد و نظریه هایی را که مولکول ها را توهمات ریاضی می دانستند، متوقف کرد . انیشتین متعاقباً ماده را به عنوان ماده ای که در نهایت از غلظت های مختلف انرژی تشکیل شده است شناسایی کرد . [ 1 ] [ 3 ] اجزای زیراتمی اتم برای اولین بار در اواخر قرن نوزدهم شناسایی شدند که با الکترون شروع شد ، سپس پروتون در سال 1919، فوتون در دهه 1920 و نوترون در سال 1932 قرار گرفتند. مکانیک تعریف "ذره" را با ارائه درکی که در آن وجودی همزمان را به عنوان امواج ماده انجام می دهد، به شدت تغییر داده بود . [ 4 ] [ 5 ] از زمان تدوین آن در دهه 1970، توضیحات نظری زیادی در مورد مدل استاندارد و فراتر از آن انجام شده است. اینها شامل مفاهیم ابر تقارن است که با این فرضیه که هر ذره شناخته شده با شریک "سایه ای" بسیار پرجرم تر ارتباط دارد، تعداد ذرات بنیادی را دو برابر می کند. [ 6 ] [ 7 ] با این حال، مانند یک بوزون اولیه اضافی واسطه گرانش، چنین ابر شرکای تا سال 2024 کشف نشده باقی می مانند. [ 8 ] [ 9 ] [ 1 ] تاریخچه ابتدای فیزیک ذرات را می‌توان به قرن پنجم پیش از میلاد و کارهای فیلسوفان اتمیست مانند دموکریت و لئوکیپوس نسبت داد. دوره کلاسیک بررسی علمی ذرات تشکیل دهنده ماده در ۱۸۹۷ و با کشف الکترون توسط تامسون شروع می‌شود. در همین دوره هسته هیدروژن را پروتون نامیدند، اما قادر به توضیح عدد اتمی عناصر دیگر نشدند. سرانجام با کشف نوترون توسط چادویک در سال ۱۹۳۲ دوره کلاسیک ذرات بنیادی به پایان رسید. | ## بخش 2: ذرات بنیادی | ۱۹۳۲–۱۹۴۷ سه مبحث مهم در این دوره مطرح گشتند: مزون‌ها سؤالی که پیش می‌آمد این بود که چه چیزی پروتون‌های با بار مثبت را در هسته در کنار هم نگه می‌داشت؟ اینشتین قبلاً ذره‌ای را حامل نیروی الکترومغناطیس توصیف کرده بود این ذره فوتون نام داشت. پادذره‌ها در ۱۹۲۷ هنگامی که دیراک معادله شرودینگر را به صورت نسبیتی بازنویسی کرد به جواب عجیبی برخورد. دیراک این جواب‌ها را با نظریه حبابی توصیف کرد تا این که در دهه چهل میلادی فاینمن تعریف ساده‌تری برای این جواب ارائه داد، این جواب‌ها ذرات پادماده را توصیف می‌کردند. با این اکتشاف‌ها گمان می‌رفت که تمام ذرات بنیادی یافت شده و مشکل توضیح داده نشده‌ای وجود ندارد. جنگل ذرات در سال ۱۹۴۷ راچستر و باتلر در اتاقک ابر پدیده‌ای جدید را مشاهده کردند. تعداد زیاد ذره‌ها و این که نمی‌توانستند این ذرات را دسته‌بندی کنند سردرگمی زیادی در فیزیک ذرات بنیادی به وجود آورد. مدل کوارک و راه هشت‌گانه در ۱۹۶۱ موری گلمان روشی برای دسته‌بندی ذرات کشف شده ارائه کرد. او جدولی که به نام راه هشت‌گانه بود را ساخت که توسط آن می‌شد ذرات بنیادی کشف شده را دسته‌بندی کرد. بر اساس این جدول در ۱۹۶۴ گلمان و شوایگ پیشنهاد کردند که در واقع این ذرات کشف شده خود از ذرات ریزتری تشکیل شده‌اند که این ذرات را کوارک نامیدند. مدل کوارک بسیاری از خواص ذرات را به درستی پیش‌بینی می‌کرد ولی بنیان تجربی برای درستی مدل کوارکی وجود نداشت. انقلاب نوامبر در نوامبر ۱۹۷۴ دو تیم پژوهشی به صورت هم‌زمان مزون جدیدی به نام مزون سای را کشف کردند. بحث‌های زیادی در مورد ماهیت این ذره درگرفت ولی سر انجام تنها مدل کوارکی بود که توصیف درستی از این ذرات ارائه داد. مدل استاندارد در ۱۹۷۸ سرانجام یک توصیف همه‌جانبه از ذرات بنیادی به وجود آمد که با این توصیف مدل استاندارد ذرات بنیادی گفته‌می‌شود. رده‌بندی ذرات بنیادی فرمیون‌های بنیادی فرمیون‌های بنیادی به دو گروه اصلی کوارک و لپتون طبقه‌بندی می‌شوند. کوارک بالا و کوارک پایین کوارک شگفت و کوارک افسون کوارک سر و کوارک ته لپتون ذراتی که تنها نیروی هسته‌ای قوی بر آن‌ها اثر نگذارد، لپتون نامیده می‌شوند. الکترون و الکترون نوترینو میون و میون نوترینو تاو و تاو نوترینو بوزون‌های بنیادی بوزون‌های بنیادی به دو دسته بوزون‌های پیمانه‌ای و بوزون نرده‌ای تقسیم می‌شوند. | ## بخش 3: ذرات بنیادی | فوتون بوزون‌های دبلیو و زد گلوئون گراویتون (ذره فرضی) بوزون نرده‌ای بوزون هیگز فراوانی کیهانی ذرات بنیادی در کیهان بر مبنای مدل‌های کنونیِ هسته‌زایی مه‌بانگ، ترکیب اولیه ماده در جهان قابل مشاهده باید حدود ۷۵٪ هیدروژن و ۲۵٪ هلیوم ۴ (درصد جرمی) باشد. نوترون‌ها از یک کوارک بالا و دو پایین ساخته شده‌اند، در حالی که پروتون‌ها از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین ساخته شده‌اند. از آنجا که سایر ذرات بنیادی معمول (مانند الکترون‌ها، نوترینوها یا بوزون‌های ضعیف) در مقایسه با هسته‌های اتمی بسیار سبک یا بسیار نادر هستند، می‌توان از سهم توده آن‌ها در کل جهان قابل مشاهده صرف‌نظر کرد؛ بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که بیشتر جرم قابل مشاهده در جهان از پروتون و نوترون تشکیل شده‌است، که مانند همهٔ باریون‌ها، به نوبهٔ خود شامل کوارک‌های بالا و کوارک‌های پایین هستند. برخی تخمین‌های ارائه‌شده نشان می‌دهد که تقریباً ۱۰۸۰ باریون (تقریباً تمامی پروتون‌ها و نوترون‌ها) در جهان قابل مشاهده وجود دارد. به تعداد پروتون‌های موجود در جهان قابل مشاهده عدد ادینگتون گفته می‌شود که در فیزیک و کیهان‌شناسی کاربرد دارد. از نظر تعداد ذرات، برخی تخمین‌ها که عبارت «تقریباً کل ماده» را به‌کار برده‌اند، افزوده‌اند: به استثنای ماده تاریک، و نوترینوها را شامل می‌شود، که اکثریت تقریباً ۱۰۸۶ ذرهٔ بنیادی ماده را تشکیل می‌دهند که در جهان قابل مشاهده وجود دارد. برآوردهای دیگر حاکی از آن است که تقریباً ۱۰۹۷ ذره بنیادی در جهان قابل مشاهده (بدون احتساب ماده تاریک) وجود دارد، که بیشتر فوتون‌ها و دیگر ذرات حامل نیروی بدون جرم هستند. مدل استاندارد مدل استاندارد فیزیک ذرات بنیادی، نام نظریه‌ای مربوط به نیروهای الکترومغناطیس، هسته‌ای قوی، هسته‌ای ضعیف و همچنین طبقه‌بندی ذرات زیراتمی شناخته‌شده‌است. این مدل در نیمه دوم قرن بیستم در نتیجه تلاش‌های مشارکت‌آمیز دانشمندان در عرصه جهانی شکل گرفت. مدل استاندارد در حال حاضر نظریه اصلی و مورد پذیرش جامعه علمی در مورد ذرات بنیادی می‌باشد. در ساختار اصلی مدل استاندارد نیروی گرانش بررسی نمی‌شود اما در برخی تعمیم‌های مدل استاندارد نیروی گرانش توسط ذره‌ای به نام گراویتون توضیح داده می‌شود. فراتر از مدل استاندارد مدل استاندارد با وجود موفقیت‌های زیاد، قادر به توضیح کلیه پارامترها نیست و باید برخی از پارامترها به صورت اختیاری در نظریه وارد شود. نظریه وحدت بزرگ نظریّهٔ وحدت بزرگ یاGUT به هرکدام از نظریه‌ها و مدل‌هایی می‌گویند که پیش‌بینی‌شان این است که در انرژی‌های بسیار بالا (بیشتر از ) نیروهای الکترومغناطیسی، هسته‌ای ضعیف و هسته‌ای قوی یک میدان نیروی واحد بوده‌اند. گرانش کوانتومی گرانش کوانتومی، مبحثی در فیزیک نظری است که قصد آن متحد کردن نظریه نسبیت عام با مکانیک کوانتومی است. ابرتقارن در نظریه‌های ابرتقارن به ازای هر فرمیون یک بوزون ابرشریک آن و به ازای هر بوزون یک فرمیون ابرشریک فرض می‌شود. | ## جمع‌بندی | نظریه ریسمان در نظریه ریسمان، بنیادی‌ترین حالت ماده ریسمان‌ها نامیده می‌شوند که ارتعاش‌های مختلف آن‌ها ذرات بنیادی دیگر را تولید می‌کند.