جرم دقیق کوارک

كشف ذرات زیراتمی جدید باعث سردرگمی دانشمندان شده است. این ذرات عجیب و ناشناخته تئوری پردازان را واداشته است تا در نظریات خود در مورد نیروهای قوی كه ذرات زیراتمی را در اتم ها كنار یكدیگر نگه می دارد، تجدیدنظر كنند. احتمالاً این ذره جدید كهDS۲۳۱۷ نام گرفته، صورت غیرمتداولی از كوآرك ها است. كوآرك ها ذرات بسیار ریزی هستند كه در دسته های سه تایی وجود دارند و اجزای سازنده پروتون ها و نوترون ها هستند. شاید این ذره جدید ناشناخته كوآركی باشد كه حول كوآرك دیگر در حال چرخش است، شاید هم مولكول جدیدی است كه از چهار كوآرك ساخته شده است. مارچللو گئورگی از دانشگاه پیزای ایتالیا و اعضای گروهش پس از صرف وقت سه ساله و جمع آوری اطلاعات از آشكارساز بابار (BaBar)
مركز شتاب دهنده خطی استنفورد (Slac) در كالیفرنیا با DS ۲۳۱۷ مواجه شدند. وقتی كه Slac الكترون را با پوزیتون كه ضد ماده الكترون محسوب می شود، برخورد می دهد، آشكارساز باربار تعداد زیادی از ذراتی كه در نتیجه این برخورد به وجود می آیند را شناسایی می كند. گئورگی می گوید: «ما از نتایج این آزمایشات بسیار شگفت زده شدیم، اما چیزی كه بیش از همه باعث اعجاب ما شد، جرم این ذرات است. جرم این ذرات از مقدار پیش بینی شده كمتر و در عین حال بسیار دقیق و مشخص بود. جرم بسیاری از این ذرات پرانرژی دقیقاً مشخص نیست و با كمی عدم قطعیت همراه است. اما وزن DS ۲۳۱۷ دقیقاً مشخص است و مقدار آن برابر ۲۳۱۶ مگاالكترون ولت است. الكترون ولت واحدی است كه فیزیكدانان برای اندازه گیری مقدار جرم و انرژی ذرات به كار می برند. استیاایچتن (Estia Eichten)نظریه پرداز فیزیك نظری از آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فرمی در باتاویای ایلینویز می گوید شاید این جرم دقیق به محققین كمك كند تا ماهیت دقیق نیرویی كه اتم ها را در كنار یكدیگر نگه می دارد، درك كنند. از آن جایی كه در مقیاس های كوچك جرم و انرژی معادل یكدیگرند، دانستن جرم یك كوآرك جدید می تواند ما را به شناخت نیروهای قوی كه در داخل ذرات حاكم است، راهنمایی كند. طی تحقیقاتی كه بعدها صورت گرفت، تصور می شد كه
DS ۲۳۱۷ از كوآرك های سنگین و ناشناخته ای تشكیل شده است. دیوید سینابر و یكی از متخصصین فیزیك انرژی بالا در دانشگاه كورنل در ایتاكای نیویورك می گوید: «قسمت عمده ای از اطلاعاتمان در مورد نیروهای قوی از بررسی كوآرك های سبك تر حاصل شده است. اما امكان دارد با بررسی كوآرك سنگین تر اطلاعات جدیدی كسب كنیم.»كوآرك ها در شش گروه مختلف جای می گیرند: بالا، پایین، جذاب، عجیب، زیر و رو. دسته های سه تایی از كوآرك های بالا و پایین كه جزء سبك ترین و معمولی ترین كوآرك ها محسوب می شوند، پروتون ها و نوترون های مواد عادی را كه دوروبر ما را فرا گرفته است تشكیل می دهد. اما ممكن استDS ۲۳۱۷ از دو كوآرك تشكیل شده باشد و ذره كمیابی به نام مزون را به وجود آورده باشد. ایچتن می گوید این مزون ممكن است تا حدودی شبیه یك اتم باشد. اتمی كه در آن یك كوآرك سبك «ضد ـ عجیب»
(anti-Strange)حول یك كوآرك سنگین تر «جذاب» (Charm)در حال چرخش است. اما سایر محققین در تفسیر پدیده های مشاهده شده، نظریات پیچیده تری را ابراز می كنند. جاناتان رزنر فیزیكدان نظری دانشگاه شیكاگو می گوید احتمال دارد كه ذره جدید حاوی جفت هایی از كوآرك های مزدوج باشد. وجود مولكول هایی حاوی چنین ذرات زیراتمی مدت ها قبل پیش بینی شده بود.سینابرو می گوید: «ما تاكنون هیچ شاهدی مبنی بر وجود این گونه ذرات نداشتیم. اما اگر این شی وجود داشته باشد، واقعاً جای تعجب است. »محققین Slac در مركز سینكروتون انرژی بالای دانشگاه كورنل و سازمان تحقیقات شتاب دهنده انرژی بالا در ژاپن ضمن كنكاش در اطلاعات قدیمی، درصددند نظریات خود را در مورد ذراتی شبیه DS(۲۳۱۷)
بیازمایند.
شیمی مدیون پروتون
نوترون ها و پروتون ها از ذراتی ساخته شده اند كه كوارك های بالا و پایین نامیده می شوند. هر پروتون شامل دو كوارك بالا و یك كوارك پایین است، در حالی كه هر نوترون دارای دو كوارك پایین و یك كوارك بالا است. كوارك های پایین كمی سنگین تر از كوارك های بالا هستند و به همین دلیل وزن نوترون ها از پروتون ها بیشتر است. بار هر كوارك بالا برابر دوسوم بار مثبت است و هر كوارك پایین دقیقا یك سوم بار مثبت را با خود دارد. به همین دلیل پروتون دارای یك بار الكتریكی مثبت است در حالی كه نوترون ها خنثی هستند و باری ندارند.در عین حال ما هنوز هم جرم دقیق كوارك ها را نمی دانیم. به همین دلیل دانشمندان سعی دارند ضمن آزمایشات مختلف جرم آنها را دریابند. در عین حال نظریه پردازان نیز سعی دارند قطعات حاصل از برخورد ذرات مختلف را بررسی كرده و سرعت انجام واكنش های مختلف را محاسبه كنند. آنها امیدوارند با این روش بتوانند به ساختار یك هسته اتم دست نخورده دست یافته و دریابند چه میزان از اختلاف در خواص كوارك های بالا و پایین از اختلاف جرمشان ناشی می شود و چه مقدار از این اختلاف به خاطر تفاوت در بارهای الكتریكی است.آنها امیدوارند با این آزمایشات جرم دقیق كوارك ها را دریابند. بیراون كولك فیزیكدان نظری دانشگاه آریزونا می گوید: «هم آزمایشات انجام شده و هم تفسیرهای نظری ارائه شده در این مورد بسیار پیچیده است و بنابراین لازم است هم از نتایج آزمایشات و هم تفسیرهای نظری كمك گرفت و با تلفیق نتایج حاصل از این آزمایشات اطلاعات مهمی در مورد جرم كوارك ها به دست آورد.» اختلاف بین كوارك های بالا و پایین به این معنی است كه اگر یك نوترون را به حال خود رها كنیم به یك پروتون تبدیل می شود. اما این سرنوشت نهایی نوترون ها نبود.این ذرات با قرار گرفتن در كنار الكترون ها كه بار منفی دارند، می توانند اتم های هیدروژن را به وجود آورند كه ماده سوختی اولیه ستارگان محسوب می شود. ادوارد استفنسون كه یكی از فیزیكدانان دانشگاه ایندیانا است می گوید: «دنیای مملو از پروتون به این معنی است كه مقدار زیادی هیدروژن در اختیار داریم. بدون در اختیار داشتن پروتون، شیمی به آن صورتی كه امروز می شناسیم، ممكن نبود.» البته باید در نظر داشت همین اختلاف كم در جرم این كوارك ها نتایج بسیاری را در پی داشته است. اخیراً یك گروه از دانشمندان دانشگاه ایندیانا دو هسته دوتریم را به هم برخورد دادند. دوتریم نوعی اتم هیدروژن است كه در هسته خود یك پروتون و یك نوترون دارد. گروهی دیگر نیز در دانشگاه اوهایو با استفاده از نوترون و پروتون واكنش همجوشی هسته ای انجام دادند. طی هر دو این آزمایشات ذراتی حاصل شد كه آنها را پیون می نامند.این دانشمندان معتقدند ایجاد پیون نشانه عدم تقارن بار است كه از اختلاف در اجزای تشكیل دهنده پروتون ها و نوترون ها ناشی می شود. این اختلاف در جرم عامل اصلی تركیب اجزای عالم است.

منبع :هوپا