نظریه همه چیز
قسمت اول
قسمت دوم
قسمت سوم
قسمت چهارم
قسمت پنجم: کرومودینامیک کوانتومی (QCD)
برای کسانی که به عمیقترین و بنیادیترین قوانین طبیعت علاقهمند هستند، دو چیز الزامی است:
1- شناخت از کوچکترین بلوکهای سازنده مواد ذرات بنیادی.
2- دانش در مورد نیروهایی که برهمکنش بین این ذرات را رقم میزنند و آنها را کنار هم نگه میدارند.
ما چهار نیرو را میشناسیم که قویترین آنها "نیروی قوی" نام دارد. برای شروع میدانیم که پروتونها و نوترونهای کوچکی که هسته اتم را میسازند، خود از ذرات کوچکتری به نام کوارک ساخته شدهاند. وجود کوارکها در سال 1964 پیشبینی شد و در سال 1970 اثبات شد.
به دلیل اینکه پروتونها و نوترونها درون هسته اتم یافت میشوند، به هر دوی آنها "نوکلئون" گفته میشود؛ درست همان طور که به هر دو جنسیت مرد و زن، "انسان" گفته میشود. میتوانید هر نوکلئون را به صورت کرهای با قطر ¹⁵⁻10 متر تصور کنید که از سه کوارک ساخته شده و این کوارکها با سرعتی نزدیک به سرعت نور درون این کره کوچک در حرکت هستند (تصویر شماره 1). وقتی ذراتی داشته باشیم که با چنین سرعت بالایی در فضای به این کوچکی در حال حرکت هستند، باید حتماً نیرویی بسیار قوی هم داشته باشیم که این ذرات را کنار هم نگه دارد و اجازه خروج آنها از نوکلئون را ندهد. و از آنجا که در مورد مقیاس بسیار کوچک صحبت میکنیم، این نیرو باید یک نیروی کوانتومی باشد. در قسمت قبل، در مورد الکترودینامیک کوانتومی، دیدم که ذرات دارای بار الکتریکی با تبادل فوتون به یکدیگر نیروی الکترومغناطیسی وارد میکنند. برای تبادل فوتون و انتقال نیروی الکترومغنایسی باید حتماََ ذراتی که در این برهمکنش الکترومغناطیسی شرکت دارند، دارای بار الکتریکی باشند؛ زیرا فوتونها (ذرات حامل نیروی الکترومغناطیس) تنها با ذرات دارای بار الکتریکی برهمکنش میکنند. اما برهمکنش قوی بین کوارکها درون نوکلئون، قدری متفاوت است.
اول اینکه در این برهمکنش بار مورد نیاز، بار الکتریکی نیست؛ بلکه "بار نیروی قوی" است که فیزیکدانان به آن "رنگ" میگویند. پس برای درک برهمکنش قوی، ابتدا باید در مورد رنگهای کوانتومی بدانیم که در برهمکنشهای قوی، حکم بار الکتریکی در برهمکنشهای الکرومغناطیسی را دارند.
رنگ کوانتومی:
زمانی که کلمه "نیرو" را میشنویم ممکن از مفاهیم مختلفی در ذهنمان ظاهر شود. مثلاً هل دادن یک ماشین یا ارتش یک کشور و یا حتی نیروهای اسرار آمیزی که در باورهای خرافی از آنها صحبت میشود.
اما "نیرو" در فیزیک کوانتوم به حالتی گفته میشود که دو ذره حامل نوعی بار، بر هم اثر بگذارند و موجب تغییر در یکدیگر شوند (مثلاََ تغییر در سرعت یا جهت حرکت یا...). بسته به اینکه نوع بار در این دو ذره چه باشد، نوع نیرویی که از طریق آن با هم برهمکنش میکنند متفاوت خواهد بود. نیروی قوی توسط ذراتی به نام گلئون حمل میشود و گلئونها برای برهمکنش داشتن به ذراتی با "بار قوی" یا به اصطلاح "رنگ" نیاز دارند. این نوع بار (رنگ) کمی از بار الکتریکی آشنای مثبت و منفی پیچیدهتر است.
داستان از سال 1964 شروع شد، زمانی که "ماری گِلمن" و "جورج زِویگ" به طور غیرمستقیم چیزی که ما امروز به نام مدل کوارک میشناسیم را پیشبینی کردند. ما امروز نسبت به آنها در آن زمان، چیزهای بیشتری در مورد کوارکها میدانیم؛ اما آنها پیشبینی کردند سه نوع کوارک با نامهای Up و Down و Strange وجود دارد که جز فرمیونها هستند و این یعنی دو نوع اسپین کوانتومی ½+ و ½− را حمل میکنند. همانطور که قبلاً گفتیم، پروتونها و نوترونها از سه کوارک ساخته شدهاند؛ پروتون از دو کوارک Up و یک Down و نوترون از یک کوارک Up و دو Down. با توجه به این حقیقت که باریونها از سه کوارک ساخته شدهاند، هیچ قانونی وجود نداشت که نشان دهد کدام کوارک میتواند در یک باریون وجود داشته باشد و این یعنی تمام حالتهای ممکن دیگر هم باید وجود میداشت (تصویر شماره 2). زمانی که مدل کوارک پیشبینی شد، ترکیب SSS، یعنی باریونی با سه کوارک Strange، کشف نشده بود. اما کمتر از یک ماه بعد از باریونی به نام ⁻Ω کشف شد که از سه کوارک Strange ساخته شده بود.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language
قسمت اول
قسمت دوم
قسمت سوم
قسمت چهارم
قسمت پنجم: کرومودینامیک کوانتومی (QCD)
برای کسانی که به عمیقترین و بنیادیترین قوانین طبیعت علاقهمند هستند، دو چیز الزامی است:
1- شناخت از کوچکترین بلوکهای سازنده مواد ذرات بنیادی.
2- دانش در مورد نیروهایی که برهمکنش بین این ذرات را رقم میزنند و آنها را کنار هم نگه میدارند.
ما چهار نیرو را میشناسیم که قویترین آنها "نیروی قوی" نام دارد. برای شروع میدانیم که پروتونها و نوترونهای کوچکی که هسته اتم را میسازند، خود از ذرات کوچکتری به نام کوارک ساخته شدهاند. وجود کوارکها در سال 1964 پیشبینی شد و در سال 1970 اثبات شد.
به دلیل اینکه پروتونها و نوترونها درون هسته اتم یافت میشوند، به هر دوی آنها "نوکلئون" گفته میشود؛ درست همان طور که به هر دو جنسیت مرد و زن، "انسان" گفته میشود. میتوانید هر نوکلئون را به صورت کرهای با قطر ¹⁵⁻10 متر تصور کنید که از سه کوارک ساخته شده و این کوارکها با سرعتی نزدیک به سرعت نور درون این کره کوچک در حرکت هستند (تصویر شماره 1). وقتی ذراتی داشته باشیم که با چنین سرعت بالایی در فضای به این کوچکی در حال حرکت هستند، باید حتماً نیرویی بسیار قوی هم داشته باشیم که این ذرات را کنار هم نگه دارد و اجازه خروج آنها از نوکلئون را ندهد. و از آنجا که در مورد مقیاس بسیار کوچک صحبت میکنیم، این نیرو باید یک نیروی کوانتومی باشد. در قسمت قبل، در مورد الکترودینامیک کوانتومی، دیدم که ذرات دارای بار الکتریکی با تبادل فوتون به یکدیگر نیروی الکترومغناطیسی وارد میکنند. برای تبادل فوتون و انتقال نیروی الکترومغنایسی باید حتماََ ذراتی که در این برهمکنش الکترومغناطیسی شرکت دارند، دارای بار الکتریکی باشند؛ زیرا فوتونها (ذرات حامل نیروی الکترومغناطیس) تنها با ذرات دارای بار الکتریکی برهمکنش میکنند. اما برهمکنش قوی بین کوارکها درون نوکلئون، قدری متفاوت است.
اول اینکه در این برهمکنش بار مورد نیاز، بار الکتریکی نیست؛ بلکه "بار نیروی قوی" است که فیزیکدانان به آن "رنگ" میگویند. پس برای درک برهمکنش قوی، ابتدا باید در مورد رنگهای کوانتومی بدانیم که در برهمکنشهای قوی، حکم بار الکتریکی در برهمکنشهای الکرومغناطیسی را دارند.
رنگ کوانتومی:
زمانی که کلمه "نیرو" را میشنویم ممکن از مفاهیم مختلفی در ذهنمان ظاهر شود. مثلاً هل دادن یک ماشین یا ارتش یک کشور و یا حتی نیروهای اسرار آمیزی که در باورهای خرافی از آنها صحبت میشود.
اما "نیرو" در فیزیک کوانتوم به حالتی گفته میشود که دو ذره حامل نوعی بار، بر هم اثر بگذارند و موجب تغییر در یکدیگر شوند (مثلاََ تغییر در سرعت یا جهت حرکت یا...). بسته به اینکه نوع بار در این دو ذره چه باشد، نوع نیرویی که از طریق آن با هم برهمکنش میکنند متفاوت خواهد بود. نیروی قوی توسط ذراتی به نام گلئون حمل میشود و گلئونها برای برهمکنش داشتن به ذراتی با "بار قوی" یا به اصطلاح "رنگ" نیاز دارند. این نوع بار (رنگ) کمی از بار الکتریکی آشنای مثبت و منفی پیچیدهتر است.
داستان از سال 1964 شروع شد، زمانی که "ماری گِلمن" و "جورج زِویگ" به طور غیرمستقیم چیزی که ما امروز به نام مدل کوارک میشناسیم را پیشبینی کردند. ما امروز نسبت به آنها در آن زمان، چیزهای بیشتری در مورد کوارکها میدانیم؛ اما آنها پیشبینی کردند سه نوع کوارک با نامهای Up و Down و Strange وجود دارد که جز فرمیونها هستند و این یعنی دو نوع اسپین کوانتومی ½+ و ½− را حمل میکنند. همانطور که قبلاً گفتیم، پروتونها و نوترونها از سه کوارک ساخته شدهاند؛ پروتون از دو کوارک Up و یک Down و نوترون از یک کوارک Up و دو Down. با توجه به این حقیقت که باریونها از سه کوارک ساخته شدهاند، هیچ قانونی وجود نداشت که نشان دهد کدام کوارک میتواند در یک باریون وجود داشته باشد و این یعنی تمام حالتهای ممکن دیگر هم باید وجود میداشت (تصویر شماره 2). زمانی که مدل کوارک پیشبینی شد، ترکیب SSS، یعنی باریونی با سه کوارک Strange، کشف نشده بود. اما کمتر از یک ماه بعد از باریونی به نام ⁻Ω کشف شد که از سه کوارک Strange ساخته شده بود.
@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language