كوارك در طبيعت
قبل از كشف كوارك توسط موراي ژل مان تصور مي‌شد كه پروتونها و نوترونها مانند الكترونها غيرقابل‌تقسيم هستند، ولي اكنون مي‌دانيم نوكلئونها (پروتونها و نوترونها) تجزيه‌پذير بوده و از ذرات كوچكتري به نام كوارك تشكيل شده‌اند.
كواركها هيچگاه در طبيعت به عنوان ذرات مستقل و آزاد وجود ندارند. مزون‌هاي ? از يك كوارك و يك ضد كوارك تشكيل مي‌شوند، كه آنتي كوارك (ضد كوارك) با يك خط تيره افقي (علامت منفي) بالاي حرف مربوطه مشخص مي‌گردد. چون اين مزون‌ها از ماده و ضد ماده تشكيل مي‌شوند، خيلي سريع فرو مي‌پاشند. ايجاد ذرات متشكل از 2 كوارك يا به عبارت ديگر مزون‌ها البته ممكن است، ولي اين ذرات پايدار نيستند. برعكس گروههايي سه‌تايي يا به زبان ديگر پروتونها و نوترونها ساختارهايي بسيار پايدار هستند.
انسان ، كره زمين و در واقع كهكشان راه شيري عملا از سه سنگ بناي اوليه ايجاد شده‌اند، كه عبارت از كوارك‌ها‌ي U و كوارك‌ها‌ي D و الكترونها مي‌باشند. كواركها ، نوكلئونها را مي‌سازند و آنها به همديگر متصل شده، هسته اتمها را بوجود مي‌آورند. هسته‌ها و الكترونها در اتحاد با يكديگر اتمها را ايجاد مي‌كنند و اتمها نيز با پيوستن به يكديگر مولكولهاي كوچك و بزرگ از قبيل مولكولهاي آب يا سفيده تخم مرغ را مي‌سازند.
ميلياردها مولكول سلولهاي بدن ما را بوجود مي‌آورند و هر انسان در بدن خود ميلياردها سلول دارد. اما با تمام تفاوتهايي كه انسانها ، جانوران ، گياهان ، سيارات و يا ستارگان با يكديگر دارند، باز هم تمام آنها فقط از سه ذره زيربنايي ساخته شده‌اند، كه عبارتند از: كوارك‌ها‌ي U و كوارك‌ها‌ي D و الكترونها.
آيا كوارك ها را مي‌توان مشاهده كرد؟
روشن است كه كواركها را نمي‌توان مشاهده كرد، بلكه مي‌شود وجود آنها را مثل هسته اتمها ، از طريق آزمايشهاي فراوان پيچيده اثبات نمود. براي اين كار مشابه آنچه كه رادرفورد 75 سال پيش براي شناسايي هسته اتم ، انجام داد، عمل مي‌شود و پروتونها ، با الكترونهاي بسيار پرشتاب ، مورد اصابت قرار مي‌گيرند. بيشتر الكترونها در اين آزمايش ، به ندرت تغيير مسير مي‌دهند، ولي تعدادي از آنها كاملا از مدار خود خارج مي‌شوند، درست مثل اينكه به گلوله‌هاي سخت و كوچكي در داخل پروتونها ، برخورد كنند. اين گلوله‌هاي بسيار كوچك همان كواركها هستند، كه در جستجويشان بوده‌ايم. يك بررسي دقيق ، نشان داده كه پروتون در مجموع از سه واحد سنگ بناي اوليه اين چنيني تشكيل شده است.
نيروهاي بنيادي اوليه
بين ذرات بنيادي چهار نيرو عمل مي‌كنند كه آنها را نيروهاي بنيادي يا اوليه مي‌نامند.
نيروي پرقدرت كوارك:
نيروي پرقدرت كوارك كه نيروي رنگ نيز ناميده مي‌شود، از جدا شدن بيش از حد كوارك‌ها‌ي داخل هسته از يكديگر و يا حتي از پرت شدن آنها به خارج جلوگيري مي‌كند. نيروي پرقدرت كوارك يا نيروي قوي ، از طريق ذرات مبادله كننده يا به اصطلاح گلوئون‌ها ، كه بين كواركها در پرواز هستند، انتقال مي‌يابد. اين نيرو مانند چسب ، پيوستگي بين كواركها را تضمين مي‌كنند. نيروي هسته‌اي كه پروتونها و نوترونها را در هسته اتم به هم پيوسته نگاه مي‌دارد، در واقع نيروي بنيادي نيست، بلكه نيرويي است كه از نيروي رنگ كواركها (يعني قويترين نيرويي كه به آن اشاره مي‌شود)، بدست مي‌آيد.
برهمكنش الكترومغناطيسي:
اين نيرو ، وقتي كه صحبت از بارهاي الكتريكي به ميان مي‌آيد، ظاهر مي‌شود. يك ذره داراي بارالكتريكي مثبت ، به وسيله يك ذره مثبت ديگر ، دفع و به سوي يك ذره داراي بار الكتريكي منفي ، جذب مي‌شود. اين نيرو توسط فوتونها يا ذرات نوري مبادله مي‌شود و در نتيجه اين ذرات نوري كه بين ذرات باردار در پرواز هستند، به يكديگر متصل مي‌شوند.
برهمكنش ضعيف هسته‌اي:
بسياري از ذرات ، نسبت به هيچ يك از دو نيروي ياد شده در بالا ، يعني نيروي قوي كوارك و نيروي الكترومغناطيسي واكنش نشان نمي‌دهند. از آن ميان ذراتي هستند كه فاقد بار الكتريكي و رنگ هستند. براي اين گونه ذرات يك نيروي بنيادي ديگر وجود دارد. كه در فاصله‌هاي خيلي خيلي كم خود را نشان مي‌دهد و بدون استثنا بر روي همه ذرات اثر مي‌گذارد. اين نيرو كه نيروي ضعيف نام دارد، توسط ويكون‌ها منتقل مي‌شود.
نيروي جاذبه يا گرانش:
اين نيرو تمام ذراتي را كه داراي جرم هستند، جذب مي‌كند، ولي در مقايسه با سه نيروي قبلي ، آن قدر ضعيف است، كه مي‌توان آن را ناديده گرفت. از آنجايي كه اين نيرو در فاصله‌هاي زياد كارگر است، در علم ستاره شناسي داراي اهميت مي‌باشد.
كواركها هيچگاه در طبيعت به عنوان ذرات مستقل و آزاد وجود ندارند. مزون‌هاي ? از يك كوارك و يك ضد كوارك تشكيل مي‌شوند، كه آنتي كوارك (ضد كوارك) با يك خط تيره افقي (علامت منفي) بالاي حرف مربوطه مشخص مي‌گردد. چون اين مزون‌ها از ماده و ضد ماده تشكيل مي‌شوند، خيلي سريع فرو مي‌پاشند. ايجاد ذرات متشكل از 2 كوارك يا به عبارت ديگر مزون‌ها البته ممكن است، ولي اين ذرات پايدار نيستند. برعكس گروههايي سه‌تايي يا به زبان ديگر پروتونها و نوترونها ساختارهايي بسيار پايدار هستند.
انسان ، كره زمين و در واقع كهكشان راه شيري عملا از سه سنگ بناي اوليه ايجاد شده‌اند، كه عبارت از كوارك‌ها‌ي U و كوارك‌ها‌ي D و الكترونها مي‌باشند. كواركها ، نوكلئونها را مي‌سازند و آنها به همديگر متصل شده، هسته اتمها را بوجود مي‌آورند. هسته‌ها و الكترونها در اتحاد با يكديگر اتمها را ايجاد مي‌كنند و اتمها نيز با پيوستن به يكديگر مولكولهاي كوچك و بزرگ از قبيل مولكولهاي آب يا سفيده تخم مرغ را مي‌سازند.
ميلياردها مولكول سلولهاي بدن ما را بوجود مي‌آورند و هر انسان در بدن خود ميلياردها سلول دارد. اما با تمام تفاوتهايي كه انسانها ، جانوران ، گياهان ، سيارات و يا ستارگان با يكديگر دارند، باز هم تمام آنها فقط از سه ذره زيربنايي ساخته شده‌اند، كه عبارتند از: كوارك‌ها‌ي U و كوارك‌ها‌ي D و الكترونها.
آيا كوارك ها را مي‌توان مشاهده كرد؟
روشن است كه كواركها را نمي‌توان مشاهده كرد، بلكه مي‌شود وجود آنها را مثل هسته اتمها ، از طريق آزمايشهاي فراوان پيچيده اثبات نمود. براي اين كار مشابه آنچه كه رادرفورد 75 سال پيش براي شناسايي هسته اتم ، انجام داد، عمل مي‌شود و پروتونها ، با الكترونهاي بسيار پرشتاب ، مورد اصابت قرار مي‌گيرند. بيشتر الكترونها در اين آزمايش ، به ندرت تغيير مسير مي‌دهند، ولي تعدادي از آنها كاملا از مدار خود خارج مي‌شوند، درست مثل اينكه به گلوله‌هاي سخت و كوچكي در داخل پروتونها ، برخورد كنند. اين گلوله‌هاي بسيار كوچك همان كواركها هستند، كه در جستجويشان بوده‌ايم. يك بررسي دقيق ، نشان داده كه پروتون در مجموع از سه واحد سنگ بناي اوليه اين چنيني تشكيل شده است.
نيروهاي بنيادي اوليه
بين ذرات بنيادي چهار نيرو عمل مي‌كنند كه آنها را نيروهاي بنيادي يا اوليه مي‌نامند.
نيروي پرقدرت كوارك:
نيروي پرقدرت كوارك كه نيروي رنگ نيز ناميده مي‌شود، از جدا شدن بيش از حد كوارك‌ها‌ي داخل هسته از يكديگر و يا حتي از پرت شدن آنها به خارج جلوگيري مي‌كند. نيروي پرقدرت كوارك يا نيروي قوي ، از طريق ذرات مبادله كننده يا به اصطلاح گلوئون‌ها ، كه بين كواركها در پرواز هستند، انتقال مي‌يابد. اين نيرو مانند چسب ، پيوستگي بين كواركها را تضمين مي‌كنند. نيروي هسته‌اي كه پروتونها و نوترونها را در هسته اتم به هم پيوسته نگاه مي‌دارد، در واقع نيروي بنيادي نيست، بلكه نيرويي است كه از نيروي رنگ كواركها (يعني قويترين نيرويي كه به آن اشاره مي‌شود)، بدست مي‌آيد.
برهمكنش الكترومغناطيسي:
اين نيرو ، وقتي كه صحبت از بارهاي الكتريكي به ميان مي‌آيد، ظاهر مي‌شود. يك ذره داراي بارالكتريكي مثبت ، به وسيله يك ذره مثبت ديگر ، دفع و به سوي يك ذره داراي بار الكتريكي منفي ، جذب مي‌شود. اين نيرو توسط فوتونها يا ذرات نوري مبادله مي‌شود و در نتيجه اين ذرات نوري كه بين ذرات باردار در پرواز هستند، به يكديگر متصل مي‌شوند.
برهمكنش ضعيف هسته‌اي:
بسياري از ذرات ، نسبت به هيچ يك از دو نيروي ياد شده در بالا ، يعني نيروي قوي كوارك و نيروي الكترومغناطيسي واكنش نشان نمي‌دهند. از آن ميان ذراتي هستند كه فاقد بار الكتريكي و رنگ هستند. براي اين گونه ذرات يك نيروي بنيادي ديگر وجود دارد. كه در فاصله‌هاي خيلي خيلي كم خود را نشان مي‌دهد و بدون استثنا بر روي همه ذرات اثر مي‌گذارد. اين نيرو كه نيروي ضعيف نام دارد، توسط ويكون‌ها منتقل مي‌شود.
نيروي جاذبه يا گرانش:
اين نيرو تمام ذراتي را كه داراي جرم هستند، جذب مي‌كند، ولي در مقايسه با سه نيروي قبلي ، آن قدر ضعيف است، كه مي‌توان آن را ناديده گرفت. از آنجايي كه اين نيرو در فاصله‌هاي زياد كارگر است، در علم ستاره شناسي داراي اهميت مي‌باشد.
منبع : دانشنامه رشد