الفيزياء

الكواركات هي احجار البناء الأساسية لجميع المواد

 

 الكوارك هي المكونات الأساسية لكل المادة ، ولكن لا يبدو أن لها أي هيكل خاص ويبدو أنها غير قابلة للتجزئة.

قد تبدو البروتونات والنيوترونات ، وهي الجسيمات التي تشكل نوى الذرات ، صغيرة جدًا. لكن العلماء يقولون إن تلك الجسيمات دون الذرية تتكون من شيء أصغر - جسيمات تسمى الكواركات.

يشرح جيفري ويست: "حسنًا ، أعتقد أن أبسط طريقة للتعبير عن ذلك هي أن الكواركات هي المكون الأساسي للمادة ، من بين كل الأشياء التي حولنا". وهو فيزيائي نظري أسس مجموعة فيزياء الطاقة العالية في مختبر لوس ألاموس الوطني وهو الآن أستاذ متميز في معهد سانتا-في  (وهو أيضًا مؤلف كتاب "مقياس" الأكثر مبيعًا لعام 2017 ، حول كيفية تطبيق القوانين الرياضية التي تحكم هيكل ونمو العالم المادي على الحياة البيولوجية والمجتمع البشري.)

 مثل الإلكترونات ولبتونات أخرى ، لا يبدو أن للكواركات أي بنية ، ويبدو أنها غير قابلة للتجزئة ، الكواركات صغيرة جدًا لدرجة أنه من المحير محاولة حتى التعبير عن حجمها المقدر. وأوضح أستاذ الفيزياء بجامعة كوليدج لندن جون بتروورث أن نصف قطر الكوارك أصغر بحوالي 2000 مرة من نصف قطر البروتون ، وهو بدوره أصغر بمقدار 2.4 تريليون مرة من حبة الرمل.

 

تم اقتراح وجود الكواركات لأول مرة عام 1964

تم اقتراح وجود الكواركات لأول مرة في عام 1964 من قبل الفيزيائي النظري لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا موراي جيلمان ، أحد الشخصيات الرئيسية في تطوير النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. اكتشف جيلمان ، الفائز بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 1969 ، أن شرح خصائص البروتونات والنيوترونات يتطلب أن تتكون من جزيئات أصغر.

 تم تأكيد وجود الكواركات من خلال التجارب التي أجريت من عام 1967 إلى عام 1973 في المسرع الخطي لمركز ستانفورد.

 أحد الأشياء الغريبة حول الكواركات ، كما يوضح ويست ، هو أنه يمكن ملاحظتها ، لكن لا يمكن عزلها. يقول: "هناك اختلاف دقيق". "إنها تشبه الإلكترونات في أن الإلكترونات أساسية ، ولكن مع الإلكترونات يمكننا مراقبتها وعزلها أيضًا ويمكننا الإشارة إلى الإلكترون. مع الكواركات ، لا يمكنك إخراج واحد من النواة ووضعه على الطاولة و تفحصه ".

 وبدلاً من ذلك ، وباستخدام مسرعات الجسيمات الضخمة ، يسرع العلماء الإلكترونات ويستخدمونها لاستكشاف عمق النواة. إذا توغلت الالكترونات الى عمق كاف بما فيه الكفاية ، فستشتت الإلكترونات عن الكواركات ، والتي يمكن قياسها باستخدام كاشفات معقدة للغاية. يقول ويست: "نعيد بناء ما يوجد في الهدف ، أي ما تتكون منه البروتونات والنيوترونات". "نرى هذه الأشياء الصغيرة التي نحددها على أنها كواركات."

 

هناك ستة أنواع من الكواركات

الكواركات لها شحنات جزئية مقارنة بالبروتونات التي تشكلها. هناك ستة أنواع من الكواركات على أساس الكتلة ، والجسيمات لها أيضًا صفة تسمى اللون ، وهي طريقة لوصف كيفية مسك القوة القوية لها ، بعضها ببعض. يتم حمل صفة اللون بواسطة جلوؤنات (gluons)  وهو نوع من الرسائل القوة القوية التي تربط الكواركات معًا. (إنها مماثلة للفوتونات).

 يخطط فريق من علماء الفيزياء بجامعة كانزاس لاستخدام جهاز مثبت في مصادم الجسيمات الكبير Hadron Collider ، وهو مسرع ضخم للجسيمات يقع في نفق بطول 17 ميلاً (27 كيلومترًا) بين فرنسا وسويسرا ، للتحقق من التفاعل القوي بين الكواركات والغلوونات.

 يوضح كريستوف رويون ، أستاذ الفيزياء بجامعة كانزاس الذي يقود البحث ، "الفكرة هي الحصول على فهم أفضل للبروتون والبنية الأيونية الثقيلة - مثل الرصاص على سبيل المثال - ودراسة ظاهرة جديدة تسمى التشبع، وتحدث "عندما يصطدم بروتونان أو أيونان بطاقة عالية جدًا ، يمكن ملاحظة مكوناتهم الاساسية - الكواركات والجلوؤنات - ويمكننا استكشاف بعض المناطق حيث تصبح كثافة الجلون كبيرة جدًا."

 ويتابع رويون: "سيكون القياس هو المترو في نيويورك في ساعات الذروة عندما يكون المترو مكتظًا تمامًا". "في هذه الحالة ، لا تتصرف الجلوؤنات كهويات مفردة ولكن يمكنها إظهار سلوك جماعي ، بنفس الطريقة التي يعمل بها المترو المزدحم ، إذا سقط شخص ما ، سيشعر به الجميع لأن الناس قريبون جدًا من بعضهم البعض. في مرحلة ما ، يمكن أن تتصرف البروتونات أو الأيونات الثقيلة مثل جسم صلب ، مثل الزجاج ، يسمى مكثف الزجاج الملون. هذا ما نريد رؤيته في LHC )the Large Hadron Collider   (وأيضًا في مصادم Electron-Ion في الولايات المتحدة مستقبلا "

 يقول رويون إن العثور على دليل على وجود هذه المادة الجليونية الكثيفة سيجيب على أحد أكبر الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها حول الكواركات. ويقول: "هذه حالة جديدة". "ظهرت بعض التلميحات بالفعل في مصادم الأيونات الثقيلة النسبية أو مصادم هادرون الكبير ولكن لا يوجد شيء مؤكد حتى الآن. سيكون هذا اكتشافًا مهمًا ، وكلاهما مصادم هادرون الإلكتروني ومُصادم الأيونات الإلكترونية هما آلة مثالية لرؤية ذلك"

 يتساءل العلماء أيضًا عما هناك شيء أصغر من الكوارك. "يطرح السؤال ، هل هناك مستوى آخر بعد؟" يقول ويست "نحن لا نعرف الجواب على ذلك."

المصدر

النشرة البريدية

الرجاء تعبئة التفاصيل ادناه لتلقي نشرتنا البريدية