04-13-2009, 06:22 PM
ذرات زير اتمي
در ادامه‌ي بحث به ذرات زير اتمي مي‌رسيم: ذرات زير اتمي غير از كوارك‌ها و ذرات كاملا بنيادي هستند. مثل الكترون-نوترون و پروتون. چون اينها به هر حال شامل كوارك‌ها مي‌شوند. در مورد الكترون هنوز آن را بنيادي مي‌دانيم. آزمايشگاه‌هاي برخورددهنده‌ي خطي و نه مدور مثل SLAC در آينده‌اي بسيار نزديك آنقدر انرژي دارند تا با برخوردهاي سربه سر باعث شكافته شدن احتمالي الكترون هم بشوند.
شايد واژه‌ي ذره كمي ايجاد شبه كند چرا كه قانون بلامنازع حاكم بر ابعاد ريز مكانيك كوانتمي است. و مي‌دانيم كه يك خاصيت عجيب در طبيعت وجود دارد. دوگانگي موج-ذره!! يعني بر حسب نوع آزمايش گاهي مثلاً الكترون خودش رو به‌صورت موج نشون ميده و گاهي ذره. آزمايش دوشكافي يانگ يك نمونه معروف از اثبات اين قضيه است و اثر تداخلي كه از الكترون ديده شد. و اين يعني موج!!
اين خاصيت موجي در اصطلاح كوانتم با فضاي رياضياتي بنام هيلبرت معرفي ميشه كه فضا رو nبُعدي در نظر مي گيره. البته من تذكر اساسي بدم اين فضا، فضاي رياضياتي مثل مجموعه است و نه فضاي فيزيكي. اين فضاي بي‌نهايت بعدي، بي‌نهايت حالت رو در خودش جاي داده. حالت هم به معناي اون چيزي است كه ما در طيف هم مي‌بينيم. يا در آزمايش‌هايي چون اشترن كرلاخ يا امثال اينها كه فيزيكي ها در فيزيك مدرن يا جلد 4 هاليدي باهاش آشنا ميشن.
اينها رو اگر دوست داشتين و متن كشش داشت در ادامه بعد از معرفي فيزيك ذرات و توضيح مي‌دم، بعد ميريم سراغ شتابدهنده‌ها.
اگر بخواهيم ذرات رو و ديناميك(بررسي حالتهاي فيزيكي و شرايط فيزيكي رو بررسي كنيم) وارد حيطه‌اي بنام نظريه‌هاي ميدان‌هاي كوانتمي ميشيم. و اگر تمام ذرات رو بخواهيم با اين نوع رياضيات و فرماليسم بررسي كنيم به مدل استادارد مي‌رسيم كه نيروهاي مورد بحث در نظريه‌ي ميدان، رو ميشه وحدت داد. و فقط گرانش تا به حال نشده.
در مدل استاندارد 17 ذره بدون احتساب پادذره‌ي اونهااست و البته بايد اونها رو بهم به حساب بياريم:
12 فرميون (ذراتي كه در مكانيك آماري كوانتمي از قانون فرمي تبعيت مي‌كنند و شماره‌ي اسپين اونها عدد صحيحه! باز هم مجبورم بعدا توضيح بدم)+ پادذره‌هاشون.
4 بوزون برداري (اين اسم رياضياتي است به دليل اينكه حالت ما برداريه در رياضيات). و يك پادذره داره كلاً.
1 بوزون اسكالر
و اينها تركيب ميشن و صدهاعنصر و ماده رو بوجود ميارن! تابه حال حدود صدها ذره‌ي زير اتمي كشف شده كه براي خودشون يك جدول دارند شبيه جدول مندليف. جالب اينه كه مدل استاندارد ذرات بسيار با آزمايش‌ها تأييد شده. ولي هنوز ذرات زيادي هستند كه پيش‌بيني شدند و در انرژي هاي بالا ممكنه ظاهر بشن يا ذراتي كه هنوز در فيزيك نظري هم پيش‌بيني نكرديم كه LHC يكي از كارهاي اصليش همينه. فيزيكدانان ذرات بنيادي منتظر يك مدل بزرگتر از استاندارد هستند تا نواقص موجود رو برطرف كنه. يكي از مسائلي ممكنه كمي باعث اجبار تصحيح نظريه بشه جرم نوترينو است. در اين مدل نوتروينو نبايد جرم داشته باشه. ولي داره به تجربه. هرچند كم ولي بايد مدل آنقدر بزرگ باشه كه نظريه‌ها و رفتارهاي طبيعت رو در انرژي‌هاي مختلف فعلاً در حد ابعاد ريز جواب بده تا اينكه به مدلهاي گرانش كوانتمي هم برسيم.
و نكته‌ي آخر اينكه تا كجا اين دنياي كوچك ادامه داره. ريزتر و ريزتر ميشه؟ آيا هرقدر انرژي رو بالاتر ببريم به ابعاد ريز تري مي‌رسيم. در فلسفه و فيزيك ذرات بنيادي اصطلاح و نوعي نگرش در اين باره وجود داره به نام كاهش پذيري.Reductionism
و به نظر من نوعي صرفاً به عنوان يك فيزيكي عادي، اين كاهش پذيري فكر نمي‌كنم بي‌انتها باشه. فيزيك طبيعت نشون داده كه محدوده‌ي انرژي وجود داره. حتي اگر از حد كنوني كه دست پيدا كرديم بيش‌تر باشه. چرا؟ چون هر روز داريم باهاش كار ميكنيم.
اينكه اين گفته يا هر نظري در فيزيك تغيير كنه يا عكسش ثابت بشه دليل بر ضعف فيزيك نيست. اين رو اكثرا اشتباها بر ضعف فيزيك مي‌دونن در حالي كه اين بزرگترين نقطه‌ي قوت فيزيكه!
در ادامه‌ي بحث به ذرات زير اتمي مي‌رسيم: ذرات زير اتمي غير از كوارك‌ها و ذرات كاملا بنيادي هستند. مثل الكترون-نوترون و پروتون. چون اينها به هر حال شامل كوارك‌ها مي‌شوند. در مورد الكترون هنوز آن را بنيادي مي‌دانيم. آزمايشگاه‌هاي برخورددهنده‌ي خطي و نه مدور مثل SLAC در آينده‌اي بسيار نزديك آنقدر انرژي دارند تا با برخوردهاي سربه سر باعث شكافته شدن احتمالي الكترون هم بشوند.
شايد واژه‌ي ذره كمي ايجاد شبه كند چرا كه قانون بلامنازع حاكم بر ابعاد ريز مكانيك كوانتمي است. و مي‌دانيم كه يك خاصيت عجيب در طبيعت وجود دارد. دوگانگي موج-ذره!! يعني بر حسب نوع آزمايش گاهي مثلاً الكترون خودش رو به‌صورت موج نشون ميده و گاهي ذره. آزمايش دوشكافي يانگ يك نمونه معروف از اثبات اين قضيه است و اثر تداخلي كه از الكترون ديده شد. و اين يعني موج!!
اين خاصيت موجي در اصطلاح كوانتم با فضاي رياضياتي بنام هيلبرت معرفي ميشه كه فضا رو nبُعدي در نظر مي گيره. البته من تذكر اساسي بدم اين فضا، فضاي رياضياتي مثل مجموعه است و نه فضاي فيزيكي. اين فضاي بي‌نهايت بعدي، بي‌نهايت حالت رو در خودش جاي داده. حالت هم به معناي اون چيزي است كه ما در طيف هم مي‌بينيم. يا در آزمايش‌هايي چون اشترن كرلاخ يا امثال اينها كه فيزيكي ها در فيزيك مدرن يا جلد 4 هاليدي باهاش آشنا ميشن.
اينها رو اگر دوست داشتين و متن كشش داشت در ادامه بعد از معرفي فيزيك ذرات و توضيح مي‌دم، بعد ميريم سراغ شتابدهنده‌ها.
اگر بخواهيم ذرات رو و ديناميك(بررسي حالتهاي فيزيكي و شرايط فيزيكي رو بررسي كنيم) وارد حيطه‌اي بنام نظريه‌هاي ميدان‌هاي كوانتمي ميشيم. و اگر تمام ذرات رو بخواهيم با اين نوع رياضيات و فرماليسم بررسي كنيم به مدل استادارد مي‌رسيم كه نيروهاي مورد بحث در نظريه‌ي ميدان، رو ميشه وحدت داد. و فقط گرانش تا به حال نشده.
در مدل استاندارد 17 ذره بدون احتساب پادذره‌ي اونهااست و البته بايد اونها رو بهم به حساب بياريم:
12 فرميون (ذراتي كه در مكانيك آماري كوانتمي از قانون فرمي تبعيت مي‌كنند و شماره‌ي اسپين اونها عدد صحيحه! باز هم مجبورم بعدا توضيح بدم)+ پادذره‌هاشون.
4 بوزون برداري (اين اسم رياضياتي است به دليل اينكه حالت ما برداريه در رياضيات). و يك پادذره داره كلاً.
1 بوزون اسكالر
و اينها تركيب ميشن و صدهاعنصر و ماده رو بوجود ميارن! تابه حال حدود صدها ذره‌ي زير اتمي كشف شده كه براي خودشون يك جدول دارند شبيه جدول مندليف. جالب اينه كه مدل استاندارد ذرات بسيار با آزمايش‌ها تأييد شده. ولي هنوز ذرات زيادي هستند كه پيش‌بيني شدند و در انرژي هاي بالا ممكنه ظاهر بشن يا ذراتي كه هنوز در فيزيك نظري هم پيش‌بيني نكرديم كه LHC يكي از كارهاي اصليش همينه. فيزيكدانان ذرات بنيادي منتظر يك مدل بزرگتر از استاندارد هستند تا نواقص موجود رو برطرف كنه. يكي از مسائلي ممكنه كمي باعث اجبار تصحيح نظريه بشه جرم نوترينو است. در اين مدل نوتروينو نبايد جرم داشته باشه. ولي داره به تجربه. هرچند كم ولي بايد مدل آنقدر بزرگ باشه كه نظريه‌ها و رفتارهاي طبيعت رو در انرژي‌هاي مختلف فعلاً در حد ابعاد ريز جواب بده تا اينكه به مدلهاي گرانش كوانتمي هم برسيم.
و نكته‌ي آخر اينكه تا كجا اين دنياي كوچك ادامه داره. ريزتر و ريزتر ميشه؟ آيا هرقدر انرژي رو بالاتر ببريم به ابعاد ريز تري مي‌رسيم. در فلسفه و فيزيك ذرات بنيادي اصطلاح و نوعي نگرش در اين باره وجود داره به نام كاهش پذيري.Reductionism
و به نظر من نوعي صرفاً به عنوان يك فيزيكي عادي، اين كاهش پذيري فكر نمي‌كنم بي‌انتها باشه. فيزيك طبيعت نشون داده كه محدوده‌ي انرژي وجود داره. حتي اگر از حد كنوني كه دست پيدا كرديم بيش‌تر باشه. چرا؟ چون هر روز داريم باهاش كار ميكنيم.
اينكه اين گفته يا هر نظري در فيزيك تغيير كنه يا عكسش ثابت بشه دليل بر ضعف فيزيك نيست. اين رو اكثرا اشتباها بر ضعف فيزيك مي‌دونن در حالي كه اين بزرگترين نقطه‌ي قوت فيزيكه!
Science is a way of trying not to fool yourself. The first principle is that you must not fool yourself, and you are the easiest person to fool. Richard Feynman