1793- سلسلة #فيزياء_الجسيمات – الحلقة الخامسة عشرة

ماهي الكواركات؟ وكيف تم اكتشافها؟ وما هي خصائصها؟

كان ميعاد حلقاتنا السابقة عن الكواركات وأنواعها، لكن نظرًا لاكتشاف جديد في فيزياء الجسيمات، فقد تبيّن لي أنْ أؤجّل الحلقة لنتحدث عن الاكتشاف، والآن هيا بنا نتحدث سويًّا عن الكواركات.

– والآن، ما هي الكواركات؟
الكواركات هي الجسيمات الأساسية التي تؤلف#الهادرونات (1) و #الميزونات (2)، فهي إحدى الجسيمات الأولية الأساسية في تركيب المواد.

– كيف تم اكتشاف الكواركات؟
اكتُشِفت الكواركات عام 1964 م من قبل “موري جيلمان” و”جورج زوايغ” عندما قاما بقذف البروتونات بالنيوترونات فلاحظا أنّ البروتونات والنيوترونات بدت كما لو أنها تتألف من ثلاثة جسيمات، فأطلقا عليها اسم (الكواركات)، وأصل الكلمة جاء من رواية للكاتب الإيرلندي “جيمس جويس”. اعتمد “موري جيلمان” وعالم الفيزياء النظرية “يوفال نينمان” الكواركات رياضيًّا عام 1967 م، ومُنِح “موري جيلمان” جائزة نوبل في الفيزياء لاكتشافه الكواركات عام 1969 م.
و في عام 1973 م طرح “موري جيلمان” و”أوتوفريتش” نظرية quantum chromodynamic (3), وفي عام 1974 م طَرَح “ديفيد جروس” و”فرانك فولتشك” و”ديفد بولتزر” أبحاثهم التي تم من خلالها صياغة قوانينَ نظريةِ quantum chromodynamic، واكتشفوا أهمّ ظاهرة في الفيزياء الذرّيّة، ألا وهي الحركة الكواركية asymptotic freedom of quarks، وقد مُنِحوا جائزة نوبل في الفيزياء عام 2005 م لأبحاثهم.

– والآن، ما هي أهم #خصائص #الكواركات؟
عندما نتحدّث عن التفاح -مثلًا- فإننا نجد أنّ هناك أنواعًا مُختلِفة مِن التفاح؛ مثلَ التفاح الأحمر والتفاح الأصفر والتفاح الأخضر.. إلخ، وهناك أيضًا نَكَهاتٌ مُختلِفة للشاي؛ فمثلًا هناك شايٌ بنكهة القرنفل، وآخر بنكهة النعناع، وغيره بنكهة الحبهان.. إلخ من نكهات التوابل العربية المشهورة.
فكذلك نجد أنّ الكواركات تتشابه مع فاكهة التفاح إلى حدٍّ ما في نقطة الألوان؛ فمثلًا الكواركات لها ثلاثة ألوان هي: أحمر Red وأخضر Green وأزرق Blue، وهذا هو سر التسمية #الدينميكا_اللونية Chromodynamics، وهي كلمة مُشتَقّة من الكلمة Khroma، وتعنى اللون باللغة اليونانية، ولكن هل هناك حقًّا لونٌ للكوارك؟
تُخبِرنا الفيزياء أنّه لكي يَمتلك جسمٌ ما لونًا مُعيَّنًا، عليه أنْ يَقومَ بعكس سطح الطول الموجي لذلك اللون الساقط عليه، فهل للكوارك سطحٌ يَعكِس طولًا موجيًّا للضوء فنرى لونًا مُعيَّنًا؟
بالطبع لا، فهذه الألوان هى فقط مُسمَّيات اصطلاحيّة اتّفق عليها العلماء؛ للتفريق بين أعداد كمية مُعيَّنة تَحملها الكواركات تُسمَّى بالشحنات اللونية.

نقطة التشابه الثانية بين الكواركات والشاي هي أن الكواركات لها نَكَهاتٌ مُختلِفة أيضًا، وبالتحديد هناك 6 نكهات، وهذه النكهات تُسمَّى:
1- كوارك عُلوي up، ويُرمَز له اختصارًا بالحرفـ u.
2- كوارك سُفلي down ويُرمَز له اختصارًا بالحرفـ d.
3- كوارك ساحر charm ويُرمَز له اختصارًا بالحرفـ c.
4- كوارك غريب strange ويُرمَز له اختصارًا بالحرفـ s.
5- كوارك قمي top ويُرمَز له اختصارًا بالحرفـ t.
6- كوارك قعري bottom ويُرمَز له اختصارًا بالحرفـ b.

وكما نعلم فإن لكل جسيم فى الطبيعة جسيم مُضاد؛ لذا فإنّ هناك نَكَهات مُضادة وهي:
كوارك علوي u وكوارك علوي مُضاد.
كوارك سفلى d وكوارك سفلي مُضاد.
كوارك ساحر c وكوارك ساحر مُضاد.
كوارك غرئب s وكوارك غرئب مُضاد.
مثل كوارك قمي t وكوارك قمي مُضاد.
مثل كوارك قعري b وكوارك قعري مُضاد.

ومن أهم خصائص الكواركات أيضًا أنها تُصنَّف كـ”فيرميونات” أي أنّ لفّها المغزليّ يساوى 1/2، ولها شَحَنات كهربية كسرية مِن مقدار شحنة الإلكترون، وشحنة الكواركات u و c و t تساوى 2/3 من مقدار شُحنة الإلكترون، أما شحنة الكواركات d و s و b تساوى 1/3- من مقدار شحنة الإلكترون.
وبالطبع فإن الجسيمات المُضادة لها شَحَناتٌ ولفٌّ مغزليٌّ مُضادٌّ (إشارة مُعاكِسة)، وهكذا يُمكِنك بسهولة استنتاجَ الشَّحَنات واللفّ المغزليّ للكواركات المُضادّة.

– لكن ما هي الشحنة اللونية؟ وهل لها شحنة مضادة؟
تابعونا في الحلقة القادمة لنتحدَّثَ عن هذا تفصيليًّا إن شاء الله.
ـــــــــــــ
(1) الهادرونات Hadrons: هي الجسيمات التي تؤلف نواة الذرة مثل الباريونات baryons (الجسيمات التي تتألف من ثلاثة كواركات، وهي مثل البروتونات والنيوترونات التي تؤلف نواة الذرة).
(2) الميزونات mesons: وهي جسيمات تتألف من زوج من الكواركات وأضدادها، وهي جسيمات ذاتُ نصفِ عمرٍ قصيرٍ جدًّا مُحدَّد بأجزاء من الثانية، وتقوم بنقل تأثير القوة النووية الشديدة بين الباريونات.
(3) الـ quantum chromodynamic: هي صيغة نظرية الكم التي تتناول دراسة الكواركات و طبيعتها اللونية وتفسير شحنتها اللونية، وتتناول دراسة القوة اللونية وتفسيرها، والتي هي إحدى حالات القوة النووية الشديدة التي ترتبط بها الكواركات بعضُها مع بعض ضمن تركيبة الجسيم الهادروني.

المصدر

مقدمة عن فيزياء الجسيمات

المراجع:

D. Decamp (1989). “Determination of the number of light neutrino species”. Physics Letters B 231 (4): 519.
M. Gell-Mann (1964). “A Schematic Model of Baryons and Mesons”. Physics Letters 8 (3): 214–215.
G. Zweig (1964). “An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II”. CERN Report No.8419/Th 8412.
#الباحثون_المسلمون
#MRA1793