ذرات زیر اتمی

ذره زیر اتمی ذره ای کوچکتر از اتم است . برخی از ذرات زیراتمی می توانند بخشی از اتم ها باشند، برخی دیگر فقط در ستارگان ، در آزمایشگاه یا در شرایط غیرعادی دیگر تشکیل می شوند. ذرات کوچکتر از 1 fm (10-15 ^متر ) هستند. آنها توسط فیزیک ذرات مطالعه می شوند .

مقدمه

ذرات زیراتمی را می توان به ذرات بنیادی و ذرات مرکب تشخیص داد. تا آنجا که مشخص است، ذرات بنیادی را نمی توان بیشتر به واحدهای کوچکتر تقسیم کرد. یک ذره مرکب از دو یا چند ذره بنیادی تشکیل شده است.

تمایز دیگر تقسیم به بوزون و فرمیون است . فرمیون ها، ذراتی با اسپین نیمه صحیح ، ذرات ماده ای هستند که جهان را می سازند. بوزون ها ، ذرات با اسپین عدد صحیح ، فقط به طور موقت برای انتقال نیروها (برهمکنش) بین فرمیون ها وجود دارند. دو نوع ذره رفتار متفاوتی دارند. بوزون ها می توانند در یک حالت کوانتومی به تعداد نامحدود باشند . به عنوان مثال، برای فوتون ها محدودیتی برای قدرت پرتو لیزر وجود ندارد ، یعنی تعداد فوتون هایی که پرتو را تشکیل می دهند. از طرف دیگر فرمیون ها باید همیشه در حالت کوانتومی خود تنها باشند. به عنوان مثال، اتم هلیوم فقط می تواند حاوی دو الکترون باشد ، یکی با اسپین بالا و دیگری با اسپین پایین. این خاصیت فرمیون ها اصل طرد پائولی نامیده می شود . توزیع انرژی مقداری از بوزون ها از آمار بوز-انیشتین پیروی می کند . توزیع فرمییون ها فرمی دیراک است .

نمای کلی

در زیر مروری بر ذرات زیر اتمی و خواص آنها ارائه شده است. تقریباً برای هر ذره (به استثنای ذرات Majorana )، باید توجه داشت که پادذره آن نیز وجود دارد، با جرم و اسپین یکسان ، اما با سایر خواص، به اصطلاح کمیت های حفظ شده، دقیقا برعکس. بنابراین ضد الکترون (که پوزیترون نیز نامیده می شود ) جرم 0.511 مگا الکترون ولت، اسپین ½، اما عدد لپتون -1 و بار الکتریکی +1 دارد. ماده و پادماده مربوطه یکدیگر را نابود می کنند . در شرایط عادی، پادماده فقط برای مدت کوتاهی می تواند وجود داشته باشد، زیرا یک پادذره به زودی با یک ذره معمولی تماس پیدا می کند.

ذرات بنیادی

ذرات بنیادی اجزای سازنده همه مواد هستند. آنها اجزای مدل استاندارد ماده و نیرو هستند که در فیزیک ذرات در دهه 1970 برای توضیح ذرات شناخته شده تا آن زمان ایجاد شد. این مدل حتی ذرات بیشتری را پیش‌بینی کرد که اکثریت آن‌ها از آن زمان کشف شده‌اند. تنها یک ذره بنیادی از مدل – گراویتون – هنوز با قطعیت ثابت نشده است. این بوزونی است که طبق نظریه های گرانش کوانتومی ، باید گرانش را منتقل کند.

با گذشت زمان، نظر در مورد اینکه کدام ذرات باید ابتدایی در نظر گرفته شوند تغییر کرده است. تا اوایل قرن بیستم اعتقاد بر این بود که اتم ها ذرات بنیادی هستند، از این رو نام آنها یونانی به معنای غیرقابل تقسیم است. در سال 1911 ، ارنست رادرفورد کشف کرد که اتم مرکب است. این که نوکلئون‌ها از کوارک‌ها تشکیل شده‌اند، تنها توسط موری گل-من در دهه 1960 پیشنهاد شد . از آن زمان، نوکلئون ها دیگر ذرات بنیادی در نظر گرفته نمی شوند. اگرچه نمی توان رد کرد که کوارک از ذرات کوچک تری نیز تشکیل شده باشد، اما هنوز هیچ مدرکی برای این موضوع یافت نشده است.

فرمیون های عنصری

فرمیون‌های مدل استاندارد کوارک‌ها و لپتون‌ها هستند ( لپتوس یونانی به معنای «ریز» است: ذرات ریز). همه آنها دارای اسپین ½ (چرخش نیم عدد صحیح) هستند. آنها در سه نسل به اصطلاح (گروه) رخ می دهند. ذرات نسل اول “عادی” و رایج ترین ذرات هستند. بقیه به طور قابل توجهی سنگین تر هستند و در برخورد با انرژی بالا تشکیل می شوند. آنها ناپایدار هستند و به ذرات نسل اول تجزیه می شوند. با وجود آزمایش های فراوان، هیچ نسل دیگری از فرمیون های ابتدایی کشف نشده است.

نسل		ذره	سمبل	اسپین جی	بارگذاری Q	عدد لپتون L	باریون شماره B	جرم ( MeV )	زمان انقضا (ها)
نسل اول	کوارک ها	بالا	شما	½	+2/3	0	+1/3	1.5 – 4
	کوارک ها	پایین	د	½	-1/3	0	+1/3	4-8
	لپتون ها	الکترون	e ^–	½	-1	+1	0	0.511	> 1.5 × 10 ³⁴
	لپتون ها	نوترینوی الکترونی	$\nu _{e}$	½	0	+1	0	< 2.2 × ^10-9
نسل دوم	کوارک ها	افسون	ج	½	+2/3	0	+1/3	1150 – 1350
	کوارک ها	عجیب	س	½	-1/3	0	+1/3	80 – 130
	لپتون ها	میون	μ ^–	½	-1	+1	0	105.7	2.197 × ^10-6
	لپتون ها	میون نوترینو	$\nu _{\mu }$	½	0	+1	0	<0.17
نسل سوم	کوارک ها	بالا (حقیقت)	تی	½	+2/3	0	+1/3	172500
	کوارک ها	پایین (زیبایی)	ب	½	-1/3	0	+1/3	4100 – 4400
	لپتون ها	تاو	$\tau ^{-}$	½	-1	+1	0	1777	2.91 × ^10-13
	لپتون ها	نوترینو تاو	$\nu _{\tau }$	½	0	+1	0	<15.5

در اینجا جرم ها بر حسب مگا الکترون ولت ( MeV ) بیان می شوند، بارها در بار اولیه e و اسپین در تکانه زاویه ای ابتدایی هستند. $\hbar$ . علاوه بر بار الکتریکی فوق الذکر (Q)، عدد لپتون (L) و عدد باریون (B)، مقادیر دیگری (تا حدی) حفظ شده وجود دارد، اما آنها تقریباً برای همه ذرات برابر با 0 هستند:

جذابیت (C) برای c- کوارک 1+ و برای ذرات دیگر 0 است
عجیب بودن (S) برای s -کوارک 1- و برای ذرات دیگر 0 است
بالا برای t- کوارک 1+ و برای ذرات دیگر 0 است
پایین برای کوارک b -1 و برای ذرات دیگر 0 است

بوزون های ابتدایی

بوزون های مدل استاندارد سه نیروی از چهار نیروی اساسی طبیعت را منتقل می کنند : نیروی هسته ای قوی ، نیروی هسته ای ضعیف و نیروی الکترومغناطیسی . هر نیرو با یک یا چند ذره برهم کنش مرتبط است. به این ترتیب فوتون (ذره نور) نیروی الکترومغناطیسی را منتقل می کند. فوتون به عنوان یک حالت انرژی مشخص از میدان الکترومغناطیسی دیده می شود . همین امر در مورد سایر بوزون های برهم کنش نیز صادق است. بوزون Z و بوزون W توسط مدل استاندارد پیش‌بینی شد و بعداً توسط سیمون ون در میر و همکارانش نشان داده شد. بوزون هیگز پیش بینی شده مسئول جرم ذرات است. گراویتون قرار است گرانش را منتقل کند اما هنوز وضعیت “فرضی” را دارد.

قدرت	ذره	سمبل	اسپین جی	بارگذاری Q	جرم ( GeV )
نیروی الکترومغناطیسی	فوتون	$\gamma$	1	0	0
نیروی هسته ای قوی	گلوئون	g	1	0	0
نیروی هسته ای ضعیف	بوزون W (مثبت)	W ⁺	1	+1	80.4
	بوزون W (منفی)	W ^–	1	-1	80.4
	بوزون Z	ز	1	0	91.2
سایر (مدل استاندارد)	بوزون هیگز (مثبت)	H ⁺	0	+1	125.3
	بوزون هیگز (منفی)	H ^–	0	-1	125.3
	بوزون هیگز (خنثی)	H ⁰	0	0	125.3
جاذبه زمین	گراویتون	–	2	0	< 7 × ^10-41

علاوه بر موارد ذکر شده در اینجا، انواع بوزون های فرضی، ناشی از ایده هایی در مورد ابرتقارن ، نظریه همه چیز یا سایر اصلاحات مدل استاندارد وجود دارد.

ذرات مرکب

ذرات زیر اتمی باقیمانده ذرات مرکب هستند. آنها از دو یا چند کوارک و گلوئون هایی که کوارک ها را در کنار هم نگه می دارند تشکیل شده اند. نیروی هسته ای قوی تضمین می کند که کوارک ها نمی توانند از ذرات جدا شوند. این ذرات هادرون (به یونانی به معنای قوی ) نامیده می شوند. تعداد زوج کوارک یک بوزون تولید می کند و یک عدد فرد فرمیون. بیشتر هادرون ها به طور کامل از کوارک های نسل اول ( بالا و پایین ) تشکیل شده اند. فقط تعداد کمی در ماده معمولی وجود دارد: آنها پروتون ، نوترون و پیون هستند . ذرات سنگین تر فقط در طی واکنش های هسته ای یا به صورت نوسانات بسیار کوتاه مدت تشکیل می شوند .

فرمیونهای مرکب

فرمیون های زیر اتمی مرکب از تعداد فرد (ضد) کوارک – در بیشتر موارد سه – تشکیل شده اند. اینها توسط نیروی هسته ای قوی به هم متصل شده اند . ما این ذرات را باریون (به یونانی به معنای سنگین ) می نامیم. دو ساده ترین باریون پایدار هستند. اینها پروتون (کاملاً پایدار) و نوترون (در حالت غیرمحدود پس از میانگین 886 ثانیه تجزیه می شود) هستند. باریون های باقی مانده به سرعت تجزیه می شوند.

از بین بی‌شماری ترکیب‌های ممکن، بیش از 120 مورد به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. اینها شامل حالات برانگیخته پیوندهای سه کوارک نسل اول (مانند باریون های دلتا) می شود. باریون های دیگر حاوی یک یا چند کوارک نسل دوم هستند.

باریون ها (در هر گروه)

ذره	سمبل	ساختار کوارکی	اسپین جی	بارگذاری Q	جرم ( MeV )	زمان انقضا (ها)
پروتون	پ	uud	1/2	+1	938.3	> 6.6 × 10 ³⁶
نوترون	n	udd	1/2	0	939.6	886
باریون های N	ن	uud یا udd	1/2 – 11/2	0 یا 1+	1440 – 2600
باریون های دلتا	Δ	uuu/uud/udd/ddd	1/2 – 11/2	+2/+1/0/-1	1232 – 2420
باریون های لامبدا	Λ	uds	1/2 – 9/2	0	1116 – 2350
باریون های سیگما	Σ	uus/uds/dds	1/2 – 7/2	+1/0/-1	1189 – 2250
باریون های شی	Ξ	uss یا dss	1/2 – 5/2	0 یا -1	1315 – 2030
باریون های امگا	Ω	sss	3/2	-1	1672 – 2250

در جایی که زمان انقضا ذکر نشده است، بسیار کوتاه است. علاوه بر گروه‌هایی که در اینجا ذکر شد، باریون‌های دیگری نیز مورد بررسی قرار گرفته‌اند، مانند آن‌هایی که دارای کوارک c یا «غیربیگانه» هستند، که در آن یک ضد کوارک رخ می‌دهد (به عنوان مثال ذره Θ ^{+ –} که از uudd و anti تشکیل شده است. – ها ).

بوزون های مرکب

بوزون های زیر اتمی و مرکب از دو کوارک تشکیل شده اند: کوارک و ضد کوارک. اینها توسط نیروی هسته ای قوی به هم متصل شده اند . ما این ذرات را مزون می نامیم (به یونانی به معنای وسط ، یعنی در وسط بین لپتون های سبک و باریون های سنگین). مزون ها ناپایدار هستند و پس از مدت کوتاهی پوسیده می شوند.

از تعداد بی‌شماری ترکیب‌های ممکن، بیش از 135 مورد به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. اینها شامل حالات برانگیخته جفت کوارک/ضد کوارک نسل اول (مثلاً سه رومسون) است. مزون های دیگر حاوی یک یا دو کوارک (ضد) نسل دوم هستند. برای مثال یک ضد ذره با یک خط تیره نشان داده می شود ${\bar {u}}$ . حالت های مختلط ( برهم نهی های مکانیکی کوانتومی حالت های مختلف) به عنوان مجموع یا تفاوت حالت های خالص نشان داده می شوند.

مزون ها (در هر گروه)

ذره	سمبل	ساختار کوارکی	اسپین جی	بارگذاری Q	جرم ( MeV )	زمان انقضا (ها)
پیاده (مثبت)	π ⁺	$u{\bar {d}}$	0	+1	139.6	2.603 × ^10-8
پیاده (منفی)	π ^–	${\bar {u}}d$	0	-1	139.6	2.603 × ^10-8
پیاده (خنثی)	π ⁰	$u{\bar {u}}-d{\bar {d}}-s{\bar {s}}$	0	0	135.0	8.4 × ^10-17
اتامزون	η	$(u{\bar {u}}+d{\bar {d}})+s{\bar {s}}$	0	0	548
مزون های رو	ρ	$u{\bar {d}}/(u{\bar {u}}-d{\bar {d}})/{\bar {u}}d$	1	+1/0/-1	776
مزون امگا	ω	$(u{\bar {u}}+d{\bar {d}})+s{\bar {s}}$	1	0	783
مزون های نور دیگر		رجوع کنید به π/η	0/1/2/3/4	+1/0/-1	400 – 2340
کائون (K-مزون)	ک	$u{\bar {s}}/d{\bar {s}}/{\bar {d}}s/{\bar {u}}s$	0/1/2/3/4	+1/0/-1	494 – 2045
J/psi مزون	Y/ψ	$c{\bar {c}}$	1	0	3097	7.2 × ^10-21
مزون های B	ب	$u{\bar {b}}/d{\bar {b}}/s{\bar {b}}/c{\bar {b}}$	0	+1/0	5279 – 6276
مزون های D	D	$c{\bar {d}}/c{\bar {u}}/{\bar {c}}u/{\bar {c}}d$	0/1/2	+1/0/-1	1865 – 2459
D _{s –} مزون ها	_D.s	$c{\bar {s}}/{\bar {c}}s$	0/1/2	+1/0/-1	1968 – 2572

در جایی که زمان انقضا ذکر نشده است، بسیار کوتاه است. علاوه بر گروه‌هایی که در اینجا ذکر شد، مزون‌های دیگری مانند آن‌هایی که دارای کوارک b هستند، مورد بررسی قرار گرفته‌اند .

مقدمه

نمای کلی

ذرات بنیادی

فرمیون های عنصری

بوزون های ابتدایی

ذرات مرکب

فرمیونهای مرکب

بوزون های مرکب

دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ

سیلندر کالیبراسیون با اتصال ولدی یا جوشی Socket & Butt weld

انواع اتصال سیلندر کالیبراسیون به پکیج تزریق مواد شیمیایی

چگونه از ظرف مدرج یا سیلندر کالیبراسیون استفاده کنیم

ذرات زیر اتمی