في عالم الفيزياء، تُستخدم الجسيمات دون الذرية لوصف أصغر تراكيب المادة. في هذه الحالة، تُعدّ الذرة جزءًا من هذه التراكيب وتُحدد خصائصها. تتنوع الجسيمات دون الذرية، ولها أهمية بالغة في فهم المادة.
لذلك ، سنخصص هذه المقالة لنخبرك بكل ما تحتاج لمعرفته حول الجسيمات دون الذرية وخصائصها وأنواعها الموجودة.
ما هي الجسيمات دون الذرية
على مر التاريخ ، كان البشر يدرسون المادة ويقترحون نظريات وطرق علمية مختلفة إلى حد ما لأصغر الجسيمات التي يتكون منها كل شيء.
نظرًا لتطور نظرية الكم والكيمياء الكهربائية والفيزياء النووية والتخصصات الأخرى ، فإن النماذج الذرية المختلفة المقترحة منذ العصور القديمة تبدو وكأنها أشكال محددة في نفس الوقت.
لذلك، وكما نعلم جميعًا اليوم، فإن الذرة هي أصغر وحدة للمادة، ولها خصائص العناصر الكيميائية. تتكون من نواة محاطة بفراغ في معظمه، وتتركز أكبر الجسيمات (الإلكترونات) في النواة، لتشكل نسبة من كتلتها.
يُعدّ البحث التجريبي في الجسيمات دون الذرية شاقًا نظرًا لعدم استقرار العديد منها، والتي لا يُمكن رصدها إلا في مُسرّعات الجسيمات. مع ذلك، فإنّ الجسيمات الأكثر استقرارًا، كالإلكترونات والبروتونات والنيوترونات، مفهومة جيدًا. في هذا السياق، من المهم استكشاف ماهية الذرة لفهم هذه الجسيمات بشكل أفضل.
الملامح الرئيسية
يمكن تقسيم البروتونات والنيوترونات إلى جسيمات أبسط تسمى الكواركات. يتم تصنيف الجسيمات دون الذرية وفقًا لمعايير مختلفة. على سبيل المثال ، الجسيمات الأكثر شهرة وثباتًا هي من ثلاثة أنواع: الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات. الجسيمات التي تختلف عن بعضها البعض من خلال شحنتها (سالبة ، موجبة ، ومحايدة ، على التوالي) وكتلتها ، أو لأن الإلكترونات هي عناصر أساسية وآخر اثنين من المركبات. أيضًا ، تدور الإلكترونات حول النواة ، بينما تشكل النواة البروتونات والنيوترونات.
من جهة أخرى، يمكن تقسيم البروتونات والنيوترونات، باعتبارها جسيمات مركبة، إلى جسيمات أخرى تُسمى الكواركات ، والتي ترتبط بدورها بنوع آخر من الجسيمات يُسمى الغلوونات. كل من الكواركات والغلوونات جسيمات غير قابلة للتجزئة، أي جسيمات أولية. وهناك ستة أنواع من الكواركات: العلوي، والسفلي، والساحر، والغريب، والقمة، والقاع.
علاوة على ذلك، لفهم التفاعلات على المستوى دون الذري، من المفيد معرفة كيفية ارتباطها ببوزون هيغز ، المسؤول عن كتلة جميع الجسيمات الأولية الأخرى.
وبالمثل ، هناك فوتونات ، وهي جسيمات دون ذرية مسؤولة عن التفاعل الكهرومغناطيسي ، والنيوترينوات والبوزونات المقاسة ، المسؤولة عن القوى النووية الضعيفة. أخيرًا ، هناك بوزون هيغز ، وهو جسيم تم اكتشافه في عام 2012 ، وهو المسؤول عن كتلة جميع الجسيمات الأولية الأخرى (كل ما يتكون منه الكون).
يمثل سلوك الجسيمات الأولية تحديًا للعلم. فرغم أن ميكانيكا الكم والنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات يصفان الإطار النظري لهذا العالم دون الذري بنجاح ملحوظ، إلا أنه لا تزال هناك نظرية قادرة على تفسير جميع سلوكيات الكون ، نظرية تربط ميكانيكا الكم بنظرية النسبية لأينشتاين. توجد بعض هذه النظريات اليوم، مثل نظرية الأوتار ، لكن صحتها لم تُثبت تجريبيًا بعد.
ما الجسيمات دون الذرية التي نعرفها؟
من المهم أن نقول "نعلم" بدلاً من "إنها موجودة"، لأن الفيزيائيين ما زالوا يكتشفون أشياء جديدة حتى اليوم. بفضل مسرع الجسيمات، اكتشفنا الجسيمات دون الذرية، التي تتسبب في تصادم الذرات بسرعات تقارب سرعة الضوء (300.000 كيلومتر في الثانية) بينما ننتظر تحللها إلى هذه الجسيمات دون الذرية.
بفضلهم ، اكتشفنا العشرات من الجسيمات دون الذرية ، ولكن يُقدر أن هناك مئات أخرى لاكتشافها. الجسيمات التقليدية هي البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ، ولكن مع تقدمنا ، نكتشف أنها مكونة من جسيمات دون ذرية أخرى أصغر. لذلك ، يتم تصنيفها وفقًا لما إذا كانت جسيمات دون ذرية أساسية أو جسيمات دون ذرية مركبة.
الجسيمات دون الذرية المركبة
الجسيمات المركبة هي أول كيانات دون ذرية يتم اكتشافها. لفترة طويلة (حتى منتصف القرن العشرين ، تم التنظير بوجود أناس آخرين) ، اعتقد الناس أنهم الوجود الوحيد. ومع ذلك ، فإن هذه الجسيمات دون الذرية تتشكل من اتحاد الجسيمات الأولية التي سنراها في النقطة التالية.
بروتون
تتكون الذرة من نواة ذرية تتألف من بروتونات ونيوترونات، ومدار من الإلكترونات يدور حولها. البروتون جسيم دون ذري يحمل شحنة موجبة أكبر بكثير من شحنة الإلكترون، إذ تبلغ في الواقع ألفي ضعف.
تجدر الإشارة إلى أن عدد البروتونات يحدد العنصر الكيميائي. لذا، تحتوي ذرات الهيدروجين دائمًا على بروتونات. وإذا كنت مهتمًا بكيفية تشكل الظواهر الفيزيائية، يمكنك الاطلاع على كيفية تشكل الشفق القطبي.
نيوترون
النيوترونات هي جسيمات دون ذرية تشكل النواة مع البروتونات. كتلته تشبه إلى حد بعيد كتلة البروتون ، على الرغم من أنها في هذه الحالة لا تحتوي على شحنة. لا يحدد عدد النيوترونات في النواة العنصر (كما تفعل البروتونات) ، ولكنه يحدد النظير ، وهو نوع من العناصر المستقرة إلى حد ما للعنصر الذي يفقد النيوترونات أو يكتسبها.
هادرون
الهادرونات هي جسيمات دون ذرية تتكون من الكواركات، وسنتناول هذه الجسيمات الأولية لاحقًا. ولتجنب الخوض في مواضيع معقدة للغاية، دعونا نكتفي بفكرة أن هذه الجسيمات تربط الكواركات معًا بفضل التفاعلات النووية القوية جدًا.
إلكترون
الإلكترون نفسه جسيم دون ذري لأنه يستطيع الوجود بشكل مستقل عن الذرات ولا يتكون من اتحاد جسيمات أخرى. وهو أصغر من البروتون بألفي مرة ويحمل شحنة سالبة. في الواقع، هو أصغر وحدة مشحونة في الطبيعة. وفي مجال الفيزياء، تجدر الإشارة إلى الجاذبية التي تؤثر على الجسيمات دون الذرية.
كوارك
الكواركات هي جزء من البروتونات والنيوترونات. اليوم ، ستة من هذه الجسيمات دون الذرية معروفة ، لكن لا يبدو أن أيًا منها موجود بشكل مستقل عن الذرة. بعبارة أخرى ، تشكل الكواركات دائمًا البروتونات والنيوترونات.
لذا، فإن وجود هذين الجسيمين دون الذريين يعتمد على نوع الكواركات التي يتكونان منها. بعبارة أخرى، يعتمد تكوّن عنصر كيميائي دون آخر على ترتيب الكواركات الستة. وقد تأكد وجودهما في ستينيات القرن العشرين.
بوسون
البوزون هو جسيم دون ذري يفسر طبيعة جميع التفاعلات الأساسية في الكون، باستثناء الجاذبية. البوزونات جسيمات تنقل قوة التفاعل بين الجسيمات الأخرى بطريقة ما. فهي تحمل القوة التي تربط البروتونات والنيوترونات معًا، والقوة الكهرومغناطيسية (التي تربط الإلكترونات بالنواة، مما يجعلها تدور في مداراتها)، والإشعاع.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن الجسيمات دون الذرية وخصائصها.