مفهوم فيزياء الجسيمات
تُعرف فيزياء الجسيمات (بالإنجليزية: Particle Physics) أو فيزياء الطاقة العالية (بالإنجليزية: High-Energy Physics) بأنها فرع علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة الجسيمات دون الذرية الأساسية وتفاعلاتها في الطبيعة، أي الجسيمات التي يكون حجمها أصغر من حجم الذرة، حيث يهتم هذا العلم بدراسة بنية هذه الجسميات والقوى التي تنشأ بينها، إذ تمتلك الجسيمات الأساسية دون الذرية خصائص عديدة مميزة، مثل الشحنة الكهربائية، والغزل أو اللف المغزلي، والكتلة، والمغناطيسية، بالإضافة إلى العديد من الخصائص المعقدة الأخرى، رغم أنها تعتبر جسيمات شبيهة بالنقطة.[١]
حسب فيزياء الجسيمات، فإن كل المواد العادية التي نعرفها ونتعامل معها، بما في ذلك كل ذرة في الجدول الدوري للعناصر، تتكون من ثلاثة أنواع فقط من جسيمات المادة، والتي تعرف باسم الكواركات العلوية والسفلية، والتي تشمل البروتونات والنيوترونات الموجودة في نواة الذرة، والإلكترونات التي تحيط بالنواة، وتدور في مدارات ثابتة حولها.[٢]
النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات
تعد أفضل نظرية وضعها العلماء حتى الآن لوصف اللبنات الأساسية للكون باسم النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات (بالإنجليزية: tandard Model of Particle Physics)، وهي نظرية تشرح كيف أن جسيمات تسمى الكواركات (التي تتكون منها البروتونات والنيوترونات) واللبتونات (التي تشمل الإلكترونات) تشكل كل المواد الموجودة على الأرض والتي نعرفها ونتعامل معها، وتشرح النظرية أيضًا كيف تؤثر القوة الحاملة للجسيمات على الكواركات واللبتونات.[٢]
يشرح النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات أربعة من القوى الأساسية التي تحكم الكون، وتعبر عن تفاعلات الجسيمات دون الذرية الأساسية، وهي:[٢][٣]
- القوة الكهرومغناطيسية (بالإنجليزية: Electromagnetic force): يمكن أن تعمل القوة الكهرومغناطيسية على مسافات كبيرة جدًا، حتى إن لها نطاقاً غير محدود، ولكنها تساوي 1/100 فقط من قوة القوة النووية الشديدة، ويقال إن الجسيمات التي تتفاعل من خلال هذه القوة لها شحنة، حيث تعتمد القوة المغناطيسية بطريقة أكثر تعقيدًا على الشحنات وحركاتها.
- القوة النووية الشديدة (بالإنجليزية: Strong nuclear force): هي قوة جاذبة قوية للغاية تعمل فقط على مسافات قصيرة جدًا، أي مسافات تقدر بحوالي 10-15 م، وتجدر الإشارة إلى أن القوة النووية الشديدة هي القوة المسؤولة عن ربط البروتونات والنيوترونات معًا في النوى الذرية.
- القوة النووية الضعيفة (بالإنجليزية: Weak nuclear force): تعمل القوة النووية الضعيفة على مسافات قصيرة جدًا، أي مسافات تقدر بحوالي 10-15 م، وهي كما يوحي اسمها ضعيفة جدا، فهي تساوي تقريبًا 10-6 من قوة القوة النووية الشديدة، وتظهر هذه القوة بشكل ملحوظ في تحلل الجسيمات الأولية وتفاعلات النيوترينو، على سبيل المثال، يمكن أن يتحلل النيوترون إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو إلكتروني من خلال القوة النووية الضعيفة.
- قوة الجاذبية (بالإنجليزية: Gravitational force): مثل القوة الكهرومغناطيسية، يمكن لقوة الجاذبية أن تعمل على مسافات كبيرة جدًا وبلا حدود؛ ومع ذلك، فهي تشكل فقط 10-38 منقوة القوة النووية الشديدة، وهذه القوة هي قوة جاذبة تعمل بين جميع الجسيمات ذات الكتلة.
استغرق بناء النموذج القياسي الكامل لفيزياء الجسيمات وقتًا طويلاً، حيث بدأ ذلك من خلال اكتشاف طومسون للإلكترون في عام 1897 م، وصولًا إلى المرحلة التي وجد فيها العلماء في مصادم الهادرون الكبير الجزء الأخير من اللغز، وهو بوزون هيغز (بالإنجليزية: The Higgs Boson)، وذلك في عام 2012.
المراجع
- ↑ "particle physics", britannica, Retrieved 20/4/2023. Edited.
- ^ أ ب ت "DOE Explains...the Standard Model of Particle Physics", energy, 20/4/2023, Retrieved 20/4/2023. Edited.
- ↑ "11.2: Introduction to Particle Physics", phys.libretexts, Retrieved 20/4/2023. Edited.
