تتكون المادة من جسيمات أولية هي الكواركات واللبتونات والبوزونات، ثم تتحد هذه الجسيمات معًا لتكوين الجسيمات الأكثر شهرة، مثل النيوترون والبروتون، تُعرف هذه الجسيمات بالجسيمات المركبة، لأنها تتكون من اثنين أو أكثر من هذه الجسيمات الأولية، إذا فاللبتون هو المكون الأساسي للمادة، وفي هذا المقال سنوضح ما هي اللبتونات
ما هي اللبتونات
تتكون المادة من ذرات، وتتكون الذرات من إلكترونات، ونواة مرتبطة بالقوة الكهرومغناطيسية.
الإلكترونات لها شحنة كهربائية سالبة، وكتلتها صغيرة بالمقارنة مع النواة، تتكون النوى من البروتونات والنيوترونات، في المقابل، تتكون البروتونات والنيوترونات من جسيمات شبيهة بالنقطة تسمى الكواركات “العلوية” و “السفلية”.
بقدر ما نعلم أن الإلكترونات هي جسيمات أولية، أي أنها تبدو وكأنها جسيمات شبيهة بالنقطة بدون بنية داخلية.
يشير ما يسمى بالنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، المدعوم بقوة بنتائج تجريبية واسعة النطاق، إلى أن الكون المادي يُفترض أنه مبني بواسطة عدد صغير من الجسيمات الأساسية هي كالتالي:
- جسيمات دون الذرية ” الكواركات .
- تسمى الجسيمات الشبيهة بالإلكترون اللبتونات.
ترتبط الكواركات ببعضها البعض من خلال التفاعل القوي لتكوين البروتونات والنيوترونات، على سبيل المثال، لا تشارك اللبتونات في التفاعل القوي، وتتفاعل فقط عبر القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة.
اقرأ أيضا: ما هي الكيمياء الكمومية
أنواع اللبتونات
هناك أدلة تجريبية لستة أنواع مختلفة من اللبتونات: ثلاثة لبتونات سالبة الشحنة الكهربائية، وثلاثة لبتونات محايدة كهربائيًا، أشهر اللبتونات المشحونة كهربائيًا هي:
- الإلكترون (ه).
- الميون (μ).
- تاون (τ).
اللبتونات الثلاثة المحايدة كهربائيًا هي النيوترينوات (ν)، يرتبط كل لبتون مشحون بثلاثة أنواع مختلفة من النيوترينوات وهي:
- نيوترينو الإلكترون (νe).
- نيوترينو الميون (νμ).
- نيوترينو تاون (νε).
الإلكترون
الإلكترون مألوف للجميع، يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالخصائص الكيميائية لجميع الذرات تقريبًا، إنه أصغر جسيم مشحون نعرفه ومستقر للغاية، الجسيم المضاد للإلكترون، البوزيترون، متطابق في الكتلة ولكن له شحنة موجبة، وقد كان أول جسيم من المادة المضادة يتم اكتشافه
المونات والتاون
- الميونات والتاون، هي إصدارات أثقل وغير مستقرة للغاية من الإلكترون.
- الميونات لها كتلة أكبر بـ207 مرة من الإلكترونات، وعمرها 2.20 ميكروثانية، ويمكن إنشاؤها في الأشعة الكونية على ارتفاعات مختلفة فوق الأرض.
- تشكل الميونات أكثر من نصف الإشعاع الكوني عند مستوى سطح البحر، والباقي من الإلكترونات والبوزيترونات والفوتونات.
- يبلغ متوسط تدفق (أو تركيز الميون) مستوى سطح البحر، حوالي ميون واحد لكل سنتيمتر مربع في الدقيقة.
- كان الفيزيائيان الأمريكيان كارل أندرسون وسيث نيدرماير، يدرسان الأشعة الكونية عندما اكتشفوا الميون في عام 1936.
- بينما تم اكتشاف التاون، في تجارب تصادم الجسيمات عالية الطاقة بين عامي 1974 و 1977 بواسطة مارتن بيرل.
- إنه أكبر كتلة من اللبتونات، حيث تبلغ كتلته حوالي 3490 ضعف كتلة الإلكترون، و 17 ضعف كتلة الميون، ولكن عمره قصير جدًا – 100000 مرة أقصر من عمر الميون.
النيوترينوات
- يتم إنتاج النيوترينوات في مجموعة متنوعة من التفاعلات، تنتج الشمس ملايين النيوترينوات في تفاعلات الاندماج الداخلي التي تشغلها.
- نظرًا لأن النيوترينوات لا تتفاعل كهربائيًا أو بقوة، فإنها لا تتفاعل أبدًا مع أي جسيم آخر، تمر معظم النيوترينوات مباشرة عبر الأرض دون أن تتفاعل مع أي ذرة واحدة.
- نظرًا لأن النيوترينوات تم إنتاجها بكثرة في بدايات الكون ونادرًا ما تتفاعل مع المادة، فهناك الكثير منها في الكون.
إن اكتشاف أن النيوترينوات لها كتلة صغيرة جدًا، أخف بمليون مرة على الأقل من الإلكترون، يثير احتمال حصول النيوترينوات على كتلتها من عمليات غير معروفة، والتي قد لا تكون مرتبطة ببوزون هيغز المكتشف مؤخرًا.
اقرأ أيضا: ما هي الفرميونات
ما هو الفرق بين الكواركات واللبتونات
- فيزياء الجسيمات هي الحقل الفرعي للفيزياء الذي يتعامل مع دراسة الجسيمات دون الذرية الأولية – الجسيمات التي تتكون منها الذرات.
- في أوائل القرن العشرين، تم إجراء العديد من الاختراقات التجريبية التي اقترحت أن الذرات، التي يعتقد أنها أصغر مكون للمادة، تتكون من جسيمات أصغر.
- تم ابتكار نظريات جديدة لشرح ذلك (مثل النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات)، وقد تم تصميم العديد من التجارب الجديدة (باستخدام معدات مثل معجلات الجسيمات)، وأصبح من الواضح تدريجيًا أن الجسيمات التي تتكون منها الذرات يمكن أن تتفكك أكثر.
- مثالان على هذه الجسيمات هما الكواركات واللبتونات، وبينما تشترك هذه الأنواع من الجسيمات كثيرًا، فإن الاختلافات بينهما غالبًا ما تكون صارخة كالتالي:
1. الكواركات واللبتونات كلاهما جسيمات أساسية
الكواركات واللبتونات هي أكثر الجسيمات الأساسية الموجودة، أي أنه لا يمكن تقسيمها إلى جسيمات مكوّنة أخرى، وهي ليست جسيمات بحد ذاتها ، بدلا من ذلك، تشير إلى عائلات الجسيمات، أن كل منها يحتوي على ستة أعضاء.
2. اللبتونات لها شحنة عدد صحيح، بينما الكواركات لها شحنة كسرية
تحتوي اللبتونات على شحنة كهربائية من وحدة شحن أساسية واحدة (تُعرف على أنها شحنة إلكترون واحد)، في حالة الإلكترون أو الميون أو التاو، أو بدون شحنة، في حالة النيوترينوات المقابلة.
من ناحية أخرى، لكل منها شحنات جزئية (+/- 1/3 أو +/- 2/3، اعتمادًا على الكوارك)، عندما يتم تجميع هذه الكواركات معًا، فإن مجموع شحناتها دائمًا ما يصل إلى عدد صحيح.
على سبيل المثال، إذا تم تجميع كواركين علويين وكوارك سفلي واحد (بشحنات +2/3 و -1/3 على التوالي) معًا، فإن مجموع الشحنات يصل إلى +1، ويتم إنشاء جسيم جديد، هذا الجسيم الجديد هو البروتون ، وهو أحد المكونات الرئيسية لنواة الذرة.
3. في حين أن جميع الكواركات لها شحنة كسرية، فإن الكواركات لن توجد مطلقًا بحرية في الطبيعة، هذا بسبب القوة الأساسية المعروفة باسم “القوة الشديدة”.
تعمل القوة الشديدة، التي تتوسطها جسيمات حاملة للقوة تسمى الغلوونات، داخل نواة الذرات وتبقي الكواركات منجذبة لبعضها البعض.
تزداد القوة بين الكواركات عندما تتحرك بعيدًا، مما يضمن عدم اكتشاف الكواركات الحرة أبدًا، يُطلق على مجال الدراسة المخصص للتفاعلات بين الكواركات والغلونات اسم الديناميكا اللونية الكمومية (QCD)، من ناحية أخرى، تعتبر اللبتونات جسيمات “مستقلة” للغاية ، ويمكن عزلها.
4. تخضع الكواركات واللبتونات لقوى أساسية مختلفة
هناك أربع قوى أساسية في الطبيعة: القوة الشديدة (التي تربط النوى الذرية والكواركات معًا)، والقوة الضعيفة (المسؤولة عن الاضمحلال الإشعاعي)، والقوة الكهرومغناطيسية (التي تساعد على إبقاء الذرات معًا)، وقوة الجاذبية (التي تعمل أي جسم له كتلة أو طاقة في الكون).
تخضع الكواركات لجميع القوى الأساسية ، من ناحية أخرى، تخضع اللبتونات لجميع القوى باستثناء القوة الشديدة.
