۱۳۹۳ خرداد ۱۱, یکشنبه

مدل استاندارد

از: دانشنامه‌ی آریانا

مدل استاندارد

(ذرات بنیادی)


فهرست مندرجات
مفاهیم بنیادین فیزیکذرات بنیادی

مدل استاندارد (به انگلیسی: Standard Model) یا مدل استاندارد ذرات بنیادی، نام نظریه‌ای مربوط به نیروهای الکترومغناطیس، هسته‌ای قوی، هسته‌ای ضعیف و هم‌چنین طبقه‌بندی ذرات زیراتمی - در فیزیک ذرات بنیادی - شناخته‌شده است.

بر اساس مدل استاندارد (ذرات بنیادی) ماده از ٦۱ ذره تشکیل شده که این ذرات در سه دسته قرار می‌گیرند: لپتون‌ها (Leptons)، کوارک‌ها (Quarks) و واسطه‌ها (بوزون‌ها = Bosons).

شش عدد كوارك، شش عدد لپتون و چهار واسطه كه نیروها را حمل می‌كنند. به‌طور كلی ذراتی كه ماده را می‌سازند فرمیون و ذراتی كه نیروها را حمل می‌كنند، بوزون نامیده می‌شوند كه در شكل زیر اسامی ذرات بنیادی به همراه جرم سكون، بارالكتریكی و اسپین (اسپین یكی از خواص ذرات مانند جرم و بار است. اسپین اندازه‌ی حركت زاویه‌ای ذره است) آمده است.

مدل استاندارد ذرات بنیادی


پیشینه‌ی تاریخی

در اوایل قرن ۱۹ میلادی، مایکل فارادی (Michael Faraday)، فیزیکدان و شیمیدان انگلیسی، دریافت الکتریسیته و مغناطیس رابطه‌ای تنگاتنگ دارند؛ یعنی مغناطیسِ متحرک و الکتریسیته و بار الکتریکیِ متحرک هم میدان مغناطیسی تولید می‌کند. این اصل مبنای کار موتورهای الکتریکی و دینام‌ها شد. در سال ۱٨٦۴، جیمز کلارک مکسول (James Clerk Maxwell)، از فیزیکدانان بریتانیایی، کشفیات فارادی را به‌صورت ۴ قانون مشهور که چگونگی تولید یک میدان مغناطیسی به‌وسیله‌ی یک میدان الکتریکی متغیر و برعکس را بیان می‌کند مدون ساخت.

جواب این معادلات در فضای خالی از ماده میدان‌های مغناطیس و الکتریکی که نوسان می‌کنند، این همان نور است. یعنی موج انرژی الکتریکی و مغناطیسی. بدین ترتیب تنها دو نیروی مجزا باقی ماند: الکترومغناطیس و گرانش. ۱٠٠ سال بعد از فارادی، آلبرت انیشتین (Albert Einstein)، فیزیک‌دان نظری آلمانی، سال‌های پسین عمر خود را صرف جستجو برای یافتن رابطه‌ی عمیق بین این دو نیرو صرف کرد. اما تلاش‌های او نیز به‌جایی نرسید. زیرا وی هنوز از نیروهای حاکم بر ذرات اطلاعی نداشت، یعنی نیروی هسته‌ای قوی و ضعیف.

نیروی هسته‌ای قوی که عامل پیوند بین پروتون و نوترون در هسته اتم‌هاست و نیروی هسته‌ای ضعیف که برای واپاشی تشعشعی و نوترینوها اهمیت اساسی دارد.

با این حال، مُدل استاندارد ذرات بنیادی، در نیمه دوم قرن بیستم در نتیجه تلاش‌های مشارکت‌آمیز دانشمندان در عرصه جهانی شکل گرفت. نخستین گام به‌سوی مُدل استاندارد، کشف شلدون گلاشو (Sheldon Lee Glashow)، فیزیکدان مشهور آمریکایی، در سال ۱۹٦۱ میلادی بود که راهی برای ترکیب الکترومغناطیس و نیروی هسته‌ای ضعیف یافت. در سال ۱۹٦۷ استیون واینبرگ (Steven Weinberg)، فیزیکدان مشهور آمریکایی‌ و محمد عبدالسلام (Mohammad Abdus Salam)، فیزیکدان معروف پاکستانی، سازوکار هیگز را به نظریه الکتروضعیف گلاشو افرودند و شکل امروزی آن را پدید آوردند.

چنین پنداشته می‌شود که سازوکار هیگز به همه ذرات بنیادی مدل استاندارد جرم می‌بخشد. این موضوع جرم بوزون‌های دبلیو و زد و هم‌چنین جرم فرمیون‌ها یعنی کوارک‌ها و لپتون‌ها را نیز شامل می‌شود.

فرمول‌بندی کنونی مُدل استاندارد ذرات بنیادی، در اواسط دهه ۱۹۷۰ پس از تایید تجربی وجود کوارک، نهایی شد.

پس از کشف جریان خنثای ناشی از تبادل بوزون زد در سرن در سال ۱۹۷۳، نظریه الکتروضعیف مورد پذیرش همگانی قرار گرفت و واینبرگ، عبدالسلام و گلاشو جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۷۹ را برای این کشف به‌طور مشترک به‌خود اختصاص دادند.

نظریه‌ی برهم‌کنش هسته‌ای قوی که بسیاری در آن مشارکت داشتند، شکل امروزی خود را در حدود سال‌های ۷۴-۱۹۷۳ یافت، یعنی زمانی که آزمایش‌ها تایید نمودند که هادرون‌ها از کوارک‌های با بار کسری تشکیل‌ شده‌اند. بوزون‌های دبلیو و زد در سال ۱۹۸۱ به‌شکل تجربی کشف شدند و مشاهده شد که جرم‌شان با مقدار پیش‌بینی شده در مدل استاندارد مطابقت داشت.

از آن زمان تا کنون کشف کوارک سر (۱۹۹۵)، تاو نوترینو (۲۰۰۰) و به تازگی، بوزون هیگز (۲۰۱۳) بر اعتبار این مدل افزوده‌اند. به دلیل توانایی آن در توضیح نتایج تجربی، از مدل استاندارد گاهی با نام نظریه تقریباً همه‌چیز یاد می‌شود.

در حال حاضر، بهترین راه فهمیدن ماده و انرژی، از طریق سینماتیک و برهم‌کنش‌های ذرات بنیادی است. تا به امروز فیزیک قوانین حاکم بر برهم‌کنش‌های میان تمام شکل‌های شناخته‌شده ماده و انرژی را به مجموعه‌ی کوچکی از نظریه‌ها و قوانین بنیادی کاهش‌ داده‌ است. یکی از اهداف اصلی دانش فیزیک این است که زمینه‌ی مشترکی بیابد تا بتوان تمام این نظریه‌ها را در قالب یک نظریه همه‌چیز یکپارچه سازد، به گونه‌ای که همه قوانین شناخته‌شده دیگر حالت خاصی از آن باشند.


ذرات بنیادی مُدل

مدل استاندارد اعضای از دسته‌های مختلف ذرات بنیادی (فرمیون‌ها، بوزون‌های پیمانه‌ای و بوزون هیگز) را شامل می‌شود که به نوبه‌ی خود توسط ویژگی‌های دیگری مانند (Color charge) از هم تمایز پیدا می‌کنند.


نیروهای بنیادی

مدل استاندارد هر ۴ نیروی بنیادی طبیعت را دسته‌بندی می‌کند. در مدل استاندارد یک نیرو به شکل مبادله بوزون میان دو چیز، مثلاً مبادله فوتون در مورد نیروی الکترومغناطیس و یا گلوئون برای برهم‌کنش هسته‌ای قوی، تعریف می‌گردد. این ذرات را با نام حامل نیرو می‌شناسند.


تعمیم مدل استاندارد

اگر نیروی گرانشی در مُدل استاندارد وارد شود، یک ذره‌ی به‌نام گراویتون (Graviton، که یک ذره بنیادی فرضی از نوع بوزون پیمانه‌ای در نظریه گرانش کوانتومی است) لازم است. این ذره تاکنون در آزمایشگاه مشاهده نشده‌ است.


[] يادداشت‌ها




[] پيوست‌ها

گوردون کین، آن‌سوی مُدل استاندارد
...


[] پی‌نوشت‌ها

...

قلی‌پور، مُدل استاندارد ذرات بنیادی، فیزیک‌پدیا: شنبه سیزدهم مهر ۱۳۹۲
مارتین ریس، فیزیک‌ذرات و مدل‌استاندارد، از کتاب شش عدد، ترجمه و گردآوری: آرش آریامنش
R. Oerter (2006). The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics (Kindle ed.). Penguin Group. p. 2. ISBN 0-13-236678-9
S.L. Glashow (1961). “Partial-symmetries of weak interactions”. Nuclear Physics 22 (4): 579–588.



[] جُستارهای وابسته






[] سرچشمه‌ها







[] پيوند به بیرون

[۱ ٢ ٣ ۴ ۵ ٦ ٧ ٨ ٩ ۱٠ ۱۱ ۱٢ ۱٣ ۱۴ ۱۵ ۱٦ ۱٧ ۱٨ ۱۹ ٢٠]

رده‌ها:فیزیکمفاهیم بنیادین فیزیکفیزیک ذرات بنیادی