ذرات زیر اتمی چیست؟

ذرات زیر اتمی چیست؟ در این مقاله قصد داریم درباره ذرات زیر اتمی، انواع، ویژگی‌ها و کاربردهای آن‌ها صحبت کنیم. با ما همراه باشید.

بیشتر بخوانید: فیزیک ذرات چیست؟

ذرات زیر اتمی چیست؟

ذرات زیر اتمی اجزای سازنده ماده هستند. آنها کوچک‌ترین ذرات تشکیل دهنده اتم‌ها هستند که به نوبه خود تمام مواد موجود در جهان را تشکیل می‌دهند. این ذرات در اولین سطح، شامل پروتون، نوترون و الکترون است. هر یک از این ذرات دارای خواص منحصر به فردی هستند که نحوه تعامل آن‌ها با یکدیگر و با مواد دیگر را تعیین می‌کند.

پروتون

پروتون‌ها ذرات با بار مثبت هستند که در هسته اتم وجود دارند. جرم آنها حدود 1 واحد جرم اتمی (amu) است. تعداد پروتون‌های یک اتم عدد اتمی و هویت آن را به عنوان یک عنصر ویژه و منحصربه‌فرد تعیین می‌کند. به عنوان مثال، تمام اتم‌های دارای شش پروتون، اتم‌های کربن هستند.

نوترون

نوترون‌ها ذراتی خنثی هستند که در هسته یک اتم وجود دارند. جرمی مشابه جرم پروتون‌ها دارند اما بار ندارند. تعداد نوترون‌ها در یک اتم می‌تواند متفاوت باشد که در نتیجه این امر، ایزوتوپ‌هایی از عناصر با جرم اتمی متفاوت ایجاد می‌شود.

الکترون

الکترون‌ها ذراتی با بار منفی هستند که به دور هسته اتم می‌چرخند. جرم آن‌ها بسیار کمتر از پروتون‌ها و نوترون‌ها است و سطوح انرژی یا پوسته‌های اطراف هسته را اشغال می‌کنند. رفتار الکترون ها تعیین می‌کند که چگونه اتم‌ها با یکدیگر تعامل می‌کنند تا مولکول‌ها و ترکیبات را تشکیل دهند.

ذرات بنیادی

علاوه بر این سه ذره زیر اتمی سطح اول، انواع دیگری ذرات نیز وجود دارند که بنیادی و تجزیه‌ناپذیر هستند و به دو دسته کلی فرمیون و بوزون تقسیم می‌شوند. کوارک‌ها نوعی فرمیون هستند که پروتون‌ها و نوترون‌ها را تشکیل می‌دهند، در حالی که لپتون‌ها نوع دیگری از فرمیون، شامل الکترون‌ها و نوترینوها هستند. بوزون‌ها واسطه نیروهای اساسی مانند گرانش و الکترومغناطیس هستند.

برخی از ذرات بنیادی

ذرات بنیادی زیادی در فیزیک ذرات وجود دارد، اما در این‌جا برخی از شناخته‌شده‌ترین آن‌ها آورده شده است:

1. کوارک‌ها: این ذرات فرمیونی، اجزای سازنده پروتون‌ها و نوترون‌ها هستند که هسته اتم را تشکیل می‌دهند.

2. لپتون‌ها: شامل الکترون‌ها، میون‌ها و تاو می‌شود. آن‌ها با نیروی هسته‌ای قوی تعامل ندارند و از کوارک‌ها ساخته نشده‌اند.

3. بوزون‌ها: این ذرات نیرو بین ذرات دیگر حمل می‌کنند. شناخته‌شده‌ترین بوزون، بوزون هیگز است که به ذرات دیگر جرم می‌دهد.

4. گلوئون‌ها: نوعی از بوزون هستند که نیروی هسته‌ای قوی را بین کوارک‌ها منتقل می‌کنند.

5. بوزون‌های W و Z: مسئول نیروی هسته‌ای ضعیف هستند که در واپاشی رادیواکتیو نقش دارد.

6. فوتون‌ها: نوعی معروف از بوزون و در واقع ذرات تشکیل‌دهنده نور هستند که نیروی الکترومغناطیسی را حمل می‌کنند.

7. نوترینوها: نوعی لپتون ذرات بسیار سبکی هستند که به ندرت با ماده تعامل دارند و می‌توانند بدون شناسایی از اجسام جامد عبور کنند.

8. گراویتون‌ها (نظری): این ذرات فرضی مسئول انتقال نیروی گرانش بین اجرام در فضا-زمان هستند.

فرمیون چیست؟

فرمیون نوعی ذره زیر اتمی است که از آمار فرمی-دیراک پیروی می‌کند. فرمیون‌ها با اسپین نیمه صحیح خود مشخص می‌شوند، به این معنی که آن‌ها از اصل طرد پائولی پیروی می‌کنند و نمی‌توانند به طور هم‌زمان یک حالت کوانتومی را اشغال کنند.

انواع فرمیون‌ها

دو نوع فرمیون وجود دارد:

1. لپتون‌ها: ذراتی بنیادی هستند که توسط نیروی هسته‌ای قوی برهم کنش نمی‌کنند. شش نوع لپتون وجود دارد: الکترون، میون، تاو و نوترینوهای مربوط به آنها.

2. کوارک‌ها: ذراتی بنیادی هستند که از طریق نیروی هسته‌ای قوی برهم‌کنش دارند. شش نوع کوارک وجود دارد: بالا، پایین، جذاب، عجیب، رو و زیر.

بیشتر بخوانید: نیروهای بنیادی جهان چیستند؟

بوزون چیست؟

بوزون نوعی ذره زیر اتمی است که از آمار بوز-انیشتین تبعیت می‌کند. بوزون‌ها دارای مقادیر اسپین عدد صحیح هستند، به این معنی که از اصل طرد پائولی پیروی نمی‌کنند و می‌توانند حالت کوانتومی بوزون‌های دیگر را اشغال کنند.

انواع بوزون‌ها

چهار نوع بوزون وجود دارد:

1. بوزون‌های گیج: ذرات بنیادی حامل نیرو هستند که مسئول انتقال برخی از نیروهای بنیادی طبیعت مانند الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای ضعیف و نیروی هسته‌ای قوی هستند. به عنوان مثال می‌توان به فوتون‌ها، بوزون‌های W و Z و گلوئون‌ها اشاره کرد.

2. بوزون هیگز: این نوع خاصی از بوزون است که وظیفه جرم دادن به سایر ذرات جهان را بر عهده دارد.

3. بوزون‌های مرکب: ذراتی هستند که از چند ذره زیر اتمی تشکیل شده‌اند که مانند یک ذره رفتار می‌کنند. به عنوان مثال می‌توان به مزون‌ها و هسته‌های اتمی اشاره کرد.

4. آنیون: یک نوع فرضی ذره است که در برخی از نظریه‌های مکانیک کوانتومی مطرح شده‌است. آنیون‌ها خواص منحصربه‌فردی دارند که آن‌ها را از فرمیون‌ها و بوزون‌ها متمایز می‌کند.

کاربرد ذرات زیر اتمی

مطالعه ذرات زیراتمی برای درک ماهیت ماده و انرژی در ابتدایی ترین سطح آنها ضروری است. این امر منجر به بسیاری از پیشرفت‌های تکنولوژیکی مانند نیروگاه‌های هسته‌ای، تکنیک‌های تصویربرداری پزشکی مانند اسکنرهای PET و شتاب‌دهنده‌های ذرات مورد استفاده برای تحقیقات علمی شده است.

جمع‌بندی

ذرات زیر اتمی نقش مهمی در درک ما از جهان اطرافمان دارند. خواص آن‌ها رفتار ماده را در اساسی‌ترین سطح آن تعیین می‌کند. استفاده از این خواص، منجر به پیشرفت‌های تکنولوژیکی زیادی شده که به نفع جامعه است. مطالعه ذرات زیر اتمی با اکتشافات و بینش‌های جدیدی که هر روز انجام می‌شود، هم‌چنان یک حوزه تحقیقاتی فعال است.

در این مقاله درباره این که ذرات زیر اتمی چیست و انواع و ویژگی‌های آن‌ها کدامند صحبت کردیم‌. با تشکر از همراهی و مطالعه شما.

منابع

۱. theconversation.com – به انگلیسی

۲. libretext.org – به انگلیسی