هادرون
عودة للموسوعةالهادرونات هي مجموعة جسيمات كان يظن في بادئ الأمر أنها جسيمات أولية أي ليست مكونة من جسيمات أصغر ولكن تبين فيما بعد خطأ هذا الزعم، فقد عثر حتى الهدرونات تتكون إما من كواركات أوكواركات مضادة أوكليهما معاً، إضافة إلى الغلونات. والغلون هوجسيم افتراضي يحمل قوة "التفاعل الشديد" التي تربط الكواركات ببعضها البعض، والهدرونات تنقسم إلى ميزونات (والتي منها البيونات والكاونات) وباريونات (والتي منها البروتونات والنيوترونات وجسيمات سجما) والرنين المتعدد لكل منهم.. لا يمكن لأغلب الهدرونات حتى تكتشف في المواد العادية وذلك لأن معظمها - باستثاء النيوترون والبروتون – تنحل في أجزاء من الثانية إلى جسيمات مستقرة، وبشكل نسبي يعد البروتون أكثر الهدرونات استقراراً حيث بينت التجارب حتى عمر نصفه لا يقل عن 1032 سنة، بينما النيوترون الحر لا تتجاوز فترة عمر نصفه 10.3 دقيقة.
المقدمة
اقترح العالمان موري جِل ـ مان وجورج زفايج (1964م) – كلاً على حداه - حتى الهدرونات ليست مجرد جسيمات أولية كما كان سائداً آن ذاك وإنما تتكون من جسيمات أدق أسماها جل - مان بالكواركات ، تقع تلك الكواركات – طبقاً لنموذج جل مان وزفايج – في ثلاثة أنواع فقط هي العلوي (u) والسفلي(d) والغريب (s)، وقد تكهنت النظريات والتجارب فيما بعد بوجود ثلاثة أنواع أخرى من الكواركات تدعى الجذاب (c) والقاعي (b) والذروي (t)، والكواركات كسائر الجسيمات الأولية لها جسيمات مضادة ولذلك فإن جميع نوع من الستة أنواع له جسيم مضاد يقابله، فالجسيم المضاد للكوارك العلوي – على سبيل المثال – يدعى مضاد الكوارك العلوي (
u
).
تحمل الكواركات ومضاداتها شحنات كهربية ذات قيم كسرية بالنسبة لمقدار شحنة الإلكترون، فالكواركات العلوي والجذاب والذروي لكل واحد منهم شحنة كهربية موجبة تعدل ثلثي شحنة الإلكترون (
وتصنف الهدرونات في نموذج الكوارك إلى باريونات وباريونات مضادة وميزونات، حيث يفترض في هذا النموذج حتى الباريونات تتألف من ثلاثة كواركات (qqq) والباريونات المضادة من ثلاثة كواركات مضادة (
q
q
q
) بينما الميزونات فتتألف من كوارك وكوارك مضاد (
q
q
). حيث q ترمز للكوارك و
q
ترمز للكوارك المضاد
الشحنة اللونية وقوى التفاعل الشديدة
في أول الأمر بدى نموذج الكوارك متعارضاً مع مبدأ استثناء باولي الذي ينص على حتى أي فرميونين متماثلين (كواركين أوإلكترونين على سبيل المثال) لا يمكن حتى يشغلا نفس الحالة الكمية معاً في ذات الوقت ، في حين حتى البروتون مثلاً – طبقا لنموذج الكوارك - يحتوي على فرميونين متماثلين "ظاهرياً" وهما الكواركان العلويان، مما جعل العالم أوسكار والاس جرينبيرج (1964م) يقترح بأن الكواركات إلى جانب كونها تحمل شحنات كهربية فإنها أيضاً تحمل شحنات لونية يرمز لها بالألوان: الأحمر(r) والأخضر(g) والأزرق (b)، بينما تحمل الكواركات المضادة شحنات لونية مضادة هي على الترتيب الفيروزي (r) والقرنفلي (g) والأصفر (b)، بحيث تعبر تلك الألوان ومضاداتها عن حالات أوأعداد كمية مختلفة، وبناء على ذلك فإن الكواركين العلويين داخل البروتون يحملان شحنتين لونيتين مختلفتين وبالتالي تم درء التعارض الظاهري بين نموذج الكوارك ومبدأ استثناء باولي.
تعتبر الشحنات اللونية هي المسئول الأول عن قوى التفاعل الشديدة، حيث تقوم مجموعة من الجسيمات الدفيقة بحمل تلك القوى الشديدة ونقلها بين الجسيمات المشحونة بشحنات لونية (الجسيمات الملونة كالكواركات)، وتسمى تلك الجسيمات بالقلونات، وهي جسيمات عديمة الكتلة تتميز بأنها ثنائية الشحنة اللونية حيث حتى القلون يحمل لوناً ولوناً مضاداً في نفس الوقت (على سبيل المثال خليط من الأحمر (r) والأصفر (b))، والقلونات في حالة تبادل مستمر بين الجسيمات الملونة فهي إذن بمثابة نظائر للفوتونات في حالة الجسيمات المشحونة كهربياً، ينتج عن ذلك التبادل الدائم تغير مستمر في الشحنات اللونية للكواركات، لتبسيط ذلك نفترض حتى قلوناً شحنته اللونية خليط من الأحمر والقرنفلي (مضاد الأخضر) ينتقل من كوارك أحمر ليمتصه آخر أخضر، فإن الكوارك الأول يتحول إلى أخضر بينما الثاني فيتغير إلى أحمر.
ومن الجدير بالذكر حتى الحالات المركبة من جسيمات تحمل شحنات لونية (جسيمات ملونة) لا تكون إلا في تجمعات متعادلة المحصلة اللونية (عديمة الشحنة اللونية المحصلة)، وبذلك يمكن القول حتى هناك ثمة تناظر بين الشحنات الكهربية والشحنات اللونية، فكما حتى الذرة متعادلة كهربياً كذلك فإن البروتون والنيوترون وسائر الهدرونات متعادلة الشحنة اللونية، ولا يتسنى الوصول لحالة التعادل اللوني في الهدرونات إلا بارتباط ثلاثة كواركات مختلفة الشحنات اللونية (كما في حالة الباريونات والباريونات المضادة) أوعن طريق ارتباط كوارك بكوارك مضاد ذي شحنة لونية مضادة لشحنة الأول (كما في حالة الميزونات)
الاحتجاز اللوني والحرية التقاربية
يلاحظ حتى جميع المحاولات لرصد الكواركات على انفراد قد باءت بالفشل مما يعني حتى الكواركات دائما محتجزة في مجموعات داخل الهدرونات، هذا ولسبب ما فإن الحالات المركبة المتعادلة لونياً هي فقط التي يمكن رصدها كجسيمات حرة فيما يعهد بخاصية الاحتجاز اللوني، وقد وضع الفهماء نظرية تدعى بنظرية "التحرر التقاربي Asymptotic Freedom" في محاولة لتفسير السبب وراء صعوبة اكتشاف الجسيمات الملونة كالكواركات حالة كونها مفردة، النظرية تشبه الكواركات كما لوكانت مجموعة من الأسرى مقرنين أومكبلين بأصفاد، فحدثا كان الكوارك قريباُ من أقرانه تمتع بقدر أكبر من الحرية وحدثا ابتعد يظهر تأثير القيود التي تمنعه من الإفلات أوالتحرر عن بقية الكواركات، هذا يعني حتى قوى التفاعل الشديد تقترب من الانعدام باقتراب الكواركات من بعضها وتئول إلى ما لا نهاية إذا ما ابتعدت عن بعضها البعض، ولذلك يحتاج الأمر قدراً لا نهائياً من الطاقة لفصل كوارك عن بقية أقرانه بداخل الهدرون بحيث يكفي هذا القدر لخلق زوج من كوارك وكوارك مضاد عند موضع الانفصال، فإذا تخيلنا حتى كواركاً تم فصله من ميزون (
q
q
) فإنه في نفس اللحظة سيتخلق كوارك وكوارك مضاد، حيث يتحد الكوارك المتخلق بالكوارك المضاد الأصلي وكذا نفس الشيء بالنسبة للكوارك المضاد المتخلق، ويصبح لدينا هدرونان جديدان.
يمكن تشبيه عملية فصل كوارك من الهدرون بكسر مغناطيس إلى جزئين، فمن المعروف حتى المغناطيس له قطبان شمالي وجنوبي وعندما يكسر فإن موضع الانكسار في الجزء الذي يحوي القطب الشمالي الأصلي يصبح قطباً جنوبياً، بينما موضع الانكسار في الجزء الآخر يصبح قطباُ شمالياً، وهذا يعني حتى قطباً ومضاده قد تخلقا عند موضع الانكسار وفي الوقت ذاته أصبح لدينا مغناطيسان.نستنتج من ذلك حتى الكواركات ستظل دائماً محتجزة في مجموعات بحيث تكون المحصلة اللونية النهائية منعدمة (حالة التعادل اللوني).
كتلة الهدرون
أغلب كتلة الهدرون تكمن في صورة طاقة داخل القلونات
الباريونات والباريونات المضادة
إن كافة الباريونات المعروفة والتي تم اكتشافها حتى الآن تتألف من ثلاثة كواركات تسمى بكواركات التكافؤ ولذا تسلك سلوك الفرميونات لأنه إما حتىقد يكون للثلاثة كواركات نفس اتجاه الدوران المغزلي فيكون عدد الدوران المغزالي للباريون ككل 3/2 أوحتىقد يكون كواركان لهما نفس اتجاه الدوران المغزلي والثالث يخالفهما فيلاشي الدوران المغزلي لأحد الكواركين الدوران المغزلي للكوارك المخالف ومن ثم تكون محصلة الدوران المغزلي للباريون ككل 1/2، ومن المعروف حتى الفرميونات هي الجسيمات التيقد يكون لها عدد دوران مغزلي نصف سليم. يتميز الكوارك المفرد بأن عدده الباريوني B=1/3 ومن ثم فإن الباريون الواحد له عدد باريوني B=1، وأشهر باريونين: البروتون والنيوترون، يفترض حتى بعض الباريونات يمكن حتى تتكون من ثلاثة كواركات بالإضافة لزوج من كوارك وكوارك مضاد (أي ميزون) فيألفون معاً ما يسمى خماسي الكواركات (
q
q
q
q
q
) وهوما يحقق خاصية التعادل اللوني اللازم تحققها في الهدرونات عامة كما يحقق وحدة العدد الباريوني للباريونات لأن العدد الباريوني للكوارك المضاد B=-1/3، ولذا يصنف كباريون ولكنه يسمى باريون شاذ لاحتوائه أكثر من ثلاثة كواركات، لكن الباريونات خماسية الكوارك لما تكتشف بعد وليس ثمة مرشد على وجود مثل هذا النوع.
كل باريون له باريون مضاد يقابله، بحيث يستبدل جميع كوارك في الباريون بالكوارك المضاد له في الباريون المضاد، على سبيل المثال الباريون الشهير المعروف بالبروتون بتألف من كواركين علويين وكوارك سفلي (uud) أما الجسيم المضاد له وهومضاد البروتون فيتألف من مضادي كواركين علويين ومضاد كوارك سفلي(
u
u
d
)، وبالتالي يحمل الباريون المضاد شحنة كهربية مخالفة لشحنة الباريون المرادف له كما حتى عدده الباريوني B=-1.
الميزونات
الميزونات هي هدرونات مؤلفة من زوج كوارك وكوارك مضاد ولذلك فإن العدد الباريوني للميزونات B=0، تقع الميزونات تحت عائلة البوزونات لأنه إما حتىقد يكون كلا الكوارك والكوارك المضاد لهما نفس اتجاه دوران العزم فتكون محصلة العزم للميزون 1 أويخالف أحدهما اتجاه الآخر فتكون المحصلة صفراً، ومعروف حتى البوزونات هي الجسيمات ذات عزم دوران سليم، وتعد البايونات والكاونات أكثر الميزونات التي تنتج في تجارب فيزياء الجسيمات
هنالك أيضاً افتراض بوجود ميزونات شاذة كما هوالحال مع الباريونات، وهي تتكون من زوج كوارك وكوارك مضاد إضافي للميزونات العادية فيؤلفون معاً ما يعهد باسم الميزون رباعي الكواركات، ولكن هذا النوع من الميزونات الشاذة لم يعثر عليها في أي من التجارب العملية ولا تعدوكونها مجرد افتراض.
انظر أيضاً
- الكواركات
- الشحنة اللونية
- البروتون
- النيوترون
- الفرميونات
المصادر
- ^ الموسوعة العربية العالمية، نسخة إلكترونية، حرف الكاف، تحت عنوان الكوركات
- ^ Encyclopedia Britannica (Electonic Version), Hadrons
- ^ Hyper Physics Website نسخة محفوظة 31 يوليو2018 على مسقط واي باك مشين.
- ^ Griffiths D. Introduction to elementary particles, p.45
- ^ Halzen F., Martin A.D. Quarks and leptons.. introductory course in modern particle physics, p.20
- ^ Frank Close, Particle Physics, A Very Short Introduction p.50
- ^ Griffiths D. Introduction to elementary particles, p.46
- ^ Encyclopedia Britannica (Electronic Version), subatomic particle
- ^ Particle Physics 3rd Ed.. p184
- ^ Halzen F., Martin A.D. Quarks and leptons.. introductory course in modern particle physics p.21
- ^ Sundaresan M.K. Handbook of particle physics, p 42
- ^ Encyclopedia Britannica (electronic version), asymptotic freedom
- ^ Particle Adventure نسخة محفوظة 18 يوليو2017 على مسقط واي باك مشين.
- ^ The Sub-Atomic Zoo نسخة محفوظة 05 يوليو2017 على مسقط واي باك مشين.
التصنيفات: هادرونات, فيزياء الجسيمات, فيزياء نووية, قالب أرشيف الإنترنت بوصلات واي باك, صفحات بها بيانات ويكي بيانات, صفحات تستخدم خاصية P683, معرفات مركب كيميائي, بوابة ميكانيكا الكم/مقالات متعلقة, بوابة الفيزياء/مقالات متعلقة, جميع المقالات التي تستخدم شريط بوابات, قالب تصنيف كومنز بوصلة كما في ويكي بيانات, صفحات تستخدم خاصية P227
