نظرية النموذج العياري

Question: ما هي نظرية النموذج العياري؟


نظرية النموذج العياري أو القياسي (بالإنجليزية Standard model) هي نظرية في فيزياء الجسيمات تقوم على توصيف لثلاث قوى أساسية في الطبيعة هي: القوى النووية الضعيفة والقوى النووية القوية والقوى الكهرومغناطيسية. كما تقوم بوصف مجال هيغز الذى يعطى للجسيمات الاولية كتلتها و تصف الجسيمات الأولية التي تدخل في تركيب المادة. تم تطوير هذه النظرية بين 1973 و1974 كأحد نظريات الحقل الكمومي المتوافقة مع نظرية النسبية الخاصة وميكانيكا الكم، ولهذا التاريخ تؤكد جميع التجارب المجراة صدق تنبؤات هذه النظرية، إلا أن النقص الأساسي في هذه النظرية يكمن في عدم احتوائها للقوة الأساسية الرابعة وهي قوة الثقالة أو الجاذبية.
فكل جهود الفيزياء النظرية الآن تنصب على صياغة نظرية كاملة تنبع منها القوى الأساسية الأربع بما فيها قوة الثقالة، فعملية إدخال النظرية النسبية العامة التي تعالج الثقالة مع ميكانيكا الكم تعد من أهم المعضلات التي تواجه الفيزياء الحديثة ولكن هذه المشكلة تم حلها نظريا عن طريق نظرية الأوتار الفائقة التى تشرح الكون على احجام اصغر من حجم الجسيمات الاولية المعروفة في النموذج العيارى (نظرية النموذج العياري .
النموذج العياري لفيزياء الجسيمات
النموذج العياري يتضمن نوعين من الجسيمات الأولية:فرميونية وبوزونية. الفرميونات عبارة عن جسيمات لها عزما مغزليا يساوي 1/2 وتخضع لمبدأ باولي في الاستبعاد، الذي ينص على أنه لا يمكن لفرميونين أن يتشاركا في الحالة الكمومية ذاتها (الحالة الكمومية  هي وصف حالة الالكترون رياضيا من حيث اعداد الكم الاربعة و هى 1.عدد كم رئيسي 2.عدد كم مداري او الثانوى 3.عدد كم مغناطيسي 4.عدد كم مغزلي) ، و نجد على سبيل المثال أن إلكترونين في الذرة المشتركان في عدد كم الرئيسي و عدد كم الثانوي و عدد كم المغناطيسي يتخذ أحدهما الحالة المغزلية الكمومية + 1\2 و يتخذ الإلكترون الآخر الحالة المغزلية الكمومية -1\2 لاختلاف اتجاهما في المدار الواحد . وبالمقابل تملك البوزونات لف مغزلي او عدد كم المغزلى صحيحا (عزمها المغزلي = 0 أو 1) ولاتخضع لمبدأ باولي بالاستبعاد. بعبارة اخرى الفرميونات جسيمات مادية تشكل أساس المادة، في حين أن البوزونات هي الجسيمات التى تنقل القوى الثلاث ، مثل الفوتونات التي تحمل القوة الكهرومغنطاسية
في النموذج العياري، تندمج نظرية التآثر الإلكتروني-الضعيف (القوة الإلكترونية الضعيفة) التي تصف (التآثرات الضعيفة والكهرطيسية) مع نظرية الكروموديناميك الكمومي. جميع هذه النظريات هي نظريات مقياسية (gauge theories)، أي أنها تعدّ نموذجا للقوى بين الفرميونات بمزاوجتهم مع البوزونات التي تتوسط (تحمل) القوى المتبادلة بين الجسيمات المادية.
يكون اللاغرانغي (Lagrangian) لكل مجموعة من البوزونات الوسيطة لامتباينا بالنسبة لتحويل يدعى التحويل المقياسي (gauge transformation)، لذلك يشار للبوزونات الوسيطة الحاملة للقوى (mediating bosons) بالبوزونات الغَيجية (gauge boson).
في أوائل أبريل 2011 أكدت نتائج مصادم الهدرونات الكبير اكتشاف سابقه، تيفاترون التي كان قد لاحظها عام 2008. وجد العلماء أن الكوارك العلوي وهو الكوارك الأثقل بين الكواركات الستة يتصرف على نحو شاذ عند الطاقات العليا (فوق 450 غيغا إلكترون فولت) حيث أن 45% من الكواركات العلوية تعبر مسار حزمة البروتونات بينما المتوقع 9%. إن صحت هذه التأكيدات فإن العلماء بذلك قد اكتشفوا قوة أساسية جديدة إضافة للقوى الأربعة المألوفة مسؤولة عن تآثر الكواركات العلوية وهذا يستدعي إعادة نمذجة النموذج العياري.[1][2]
تصنيف الجسيمات في النموذج القياسى

تنقسم الجسيمات الاولية بشكل أساسي إلى الفرميونات و الليبتونات. 
تنقسم الفرميونات بدورها إلى شقين اولهم الكواركات و التى تتكون من 6 جسيمات منها الكوارك العلوي  و الكوارك السفلي و الكوارك الساحر  و الكوارك الغريب  و ايضا الكوارك القمي  و الكوارك القعري. نطلق على كل عمود موجود بالجدول اسم الجيل الأول و الثاني و الثالث بالترتيب من اليسار إلى اليمين. وتنقسم الليبتونات بدورها إلى ستة جسيمات و هى الالكترون (إلكترون) و الميون (ميوون) و التاو (تاوون) و ايضا النيوترينو الالكترونى و هو ما يدعى بالنيوترينو الطبيعى (إلكترون نيوترينو) و النيوترينو الميون (ميوون نيترينو) و النيوترينو التاو (تاو نيترينو).
تتميز الفرميونات بخواص من أهمها أن جميع الفرميونات لها شحنة و تتاثر بالحقل المغناطيسى ما عدا النيوترونات ليس لها شحنة و لا تتاثر بالحقل المغناطيسى 
تنقسم الجسيمات الأولية أيضا إلى أربع بوزونات وهي تعدّ حاملات القوى الطبيعبة، ومنها:  
بداية ببوزون بالقوى النووية القوية و هو الغلوون بوزون (غلوون) و هو القوة المسئول عن تغير لون الكوارك و لون الكوارك ما هو الا خاصيه للكواركات فقط و يطلق على هذه الخصية اسم الشحنة اللونية و تفسرها نظرية ديناميكا لونية كمومية
بوزون القوة النووية الضعيفة هو z و -w و +w و هم  يتفاعلوا مع جميع الفرميونات و الفوتون
بوزون القوة الكهرومغنطيسية هو الفوتون و يتفاعل مع جميع الجسيمات التى لديها شحنة ماعدا الغلوون و الهيغز بوزون لعدم حملها لشحنة كهربية
بوزون الجاذبية و يطلق عليه اسم الجرافيتون و حتى الان على الرغم من ان اكتشافنا للبوزونات الباقية يجعلنا نتنبا بوجود بوزون للجاذبية و حاليا يعدّ اكتشافه كارثة نظرا إلى ان ميكانيكا الكم لا تتوافق مع الجاذبية على الرغم انها صحيحة حتى الان
5.  يوجد بوزون خامس تم اكتشافة عام 2012 يطلق عليه اسم الهيغز بوزون مما يجعلنا متاكدون من وجود حقل هيغز الذى يفسر وجود الكتلة للجسيمات

المراجع

اقرأ أيضا
نموذج عياري فائق التناظر الأصغر
وصلات خارجية
"" omega tau podcast.
"" on the CERN web site explains how the basic building blocks of matter interact, governed by four fundamental forces.
, ليونارد سسكيند lectures (2010).
 on YouTube

تصنيف:فيزياء الجسيمات
تصنيف:مسائل غير محلولة في الفيزياء
تصنيف:مفاهيم فيزيائية
تصنيف:نموذج قياسي