النموذج المعياري
المقدمة:
الحمدلله والصلاه والسلام على اشرف الأنبياء والمرسلين سيدنا محمد وعلى آله وصحبه أجمعين أما بعد:
سوف أتكلم في هذا البحث عن النموذج المعياري وأرجوا أن يحوز على إعجابكم .
تقوم نظرية النموذج العياري أو القياسي Standard model في فيزياء الجسيمات على توصيف ثلاث قوى أساسية في الطبيعة هي : الضعيفة والقوية والكهرومغناطيسية كما تقوم بتوصيف الجسيمات الأولية التي تدخل في تركيب المادة. تم تطوير هذه النظرية بين 1973 و1974 كأحد نظريات الحقل الكمومي المتوافقة مع نظرية النسبية الخاصة وميكانيكا الكم، ولهذا التاريخ تؤكد جميع التجارب المجراة صدق تنبؤات هذه النظرية، إلا أن النقص الأساسي في هذه النظرية يكمن في عدم احتوائها للقوة الأساسية الرابعة وهي قوة الثقالة أو الجاذبية. فكل جهود الفيزياء النظرية الآن تنصب على صياغة نظرية كاملة تنبع منها القوى الأساسية الأربع بما فيها قوة الثقالة، فعملية إدخال النظرية النسبية العامة التي تعالج الثقالة مع ميكانيكا الكم تعد من أهم المعضلات التي تواجه الفيزياء الحديثة.
النموذج العياري يتضمن نوعين من الجسيمات الأولية :فرميونية وبوزونية. الفرميونات عبارة عن جسيمات سبين نصف-صحيح half-integer (أي لها عزما مغزليا=1/2) وتخضع مبدأ باولي في الاستبعاد، الذي ينص على أنه لا يمكن لفرميونين أن يتشاركا في الحالة الكمومية ذاتها، أي الصياغة الرياضية للحالة الكمومية التي يحتلانها. ولهذا نجد على سبيل المثال أن إلكترونين في الذرة يتخذ أحدهما الحالة المغزلية الكمومية + 1\2 وويتخذ الإلكترون الآخر الحالة المغزلية الكمومية -1\2.
بالمقابل تملك البوزونات سبينا صحيحا (عزمها المغزلي = 0 أو 1) ولاتخضع لمبدأ باولي بالاستبعاد. بكلام آخر : الفرميونات جسيمات مادية تشكل أساس المادة، في حين أن البوزونات هي الجسيمات التي تنقل القوى، مثل الفوتونات. انظر مقالة جسيمات متماثلة لتفصيل أكبر حول الموضوع.
في النموذج العياري، تندمج نظرية التآثر الإلكتروني-الضعيف electroweak interaction (القوة الإلكترونية الضعيفة) التي تصف (التآثرات الضعيفة والكهرطيسية) مع نظرية الكروموديناميك الكمومي. جميع هذه النظريات هينظريات غيجية gauge theories، أي أنها تنمذج model القوى بين الفرميونات بمزاوجتهم مع البوزونات التي تتوسط (تحمل) القوى المتبادلة بين الجسيمات المادية.
اللاغرانغي Lagrangian لكل مجموعة من البوزونات الوسيطة يكون لامتباينا بالنسبة لتحويل يدعى التحويل الغيجي gauge transformation، لذلك فإن البوزونات الوسيطة (الحاملة للقوى) mediating bosons يشار لهابالبوزونات الغَيجية gauge boson.
في أوائل أبريل، 2011 أكدت نتائج مصادم الهدرونات الكبير اكتشاف سابقه، تيفاترون التي كان قد لاحظها عام 2008. وجد العلماء أن الكوارك العلوي وهو الكوارك الأثقل بين الكواركات الستة يتصرف على نحو شاذ عند الطاقات العليا (فوق 450 غيغا إلكترون فولت) حيث أن 45% من الكواركات العلوية تعبر مسار حزمة البروتونات بينما المتوقع 9%. إن صحت هذه التأكيدات فإن العلماء بذلك قد اكتشفوا قوة أساسية جديدة إضافة للقوى الأربعة المألوفة مسؤولة عن تآثر الكواركات العلوية وهذا يستدعي إعادة نمذجة النموذج العياري.[1][2]
أعلن الباحثون في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (سيرن) انهم رصدوا جسيما يمكنه اعادة تشكيل نفسه ليكتسب صفات جسيمين آخرين وذلك في مصادم الهدرونات الكبير وهو انجاز قد يكون حاسما في التعرف على ملكوت الفيزياء الفلكية التي كانت تمثل ذات يوما مجالا للخيال العلمي.
وكانت نظرية فيزيائية يطلق عليها اسم النموذج المعياري قد تنبأت بعملية التحول هذه. وتصف نظرية النموذج المعياري كيفية سلوك اجرام الكون في ابسط صورها الا ان العلماء لم يتمكنوا حتى الآن من البرهنة عمليا على فرضيات هذه النظرية.
وقال خبراء سيرن إن هذا الاكتشاف أعلن في مؤتمر باليابان ومن شأنه ان يشحذ جهود العلماء سعيا لايجاد ادلة تعضد نظرية اخرى اسمها التناظر الفائق تفسر بعض الالغاز الكونية ومباديء علوم «الفيزياء الحديثة».
وكان مصادم الهدرونات الكبير في جنيف الذي تم تدشين العمل البحثي به في مستهل عام 2010 قد أكد ان برهنة نظرية النموذج المعياري تمثل الهدف المبدئي لجهوده الا ان هدفه على المدى الابعد يظل هو الانطلاق من هذه المرحلة الى مجالات أرحب تتضمنها نظريات الفيزياء الفلكية.
وقال الفيزيائي الامريكي مات ستراسلر الذي يراقب العمل في سيرن في مدونة الكترونية «تستلزم تفاصيل وآثار هذه النتيجة الاخيرة بعض الوقت لسبر اغوارها الا ان من اليسير الاقرار بان نظرية النموذج المعياري اجتازت اختبارا جديدا.»
وكانت نظرية النموذج المعياري التي وضعت خلال النصف الثاني من القرن العشرين قد تنبأت بتحول الجسيمات على النحو الذي حدث في مصادم الهدرونات الكبير في سيرن. وحدث هذا التحول بعد حدوث تصادم نتج عنه تحلل جسيم ميزون الى جسيمين هما ميوون وقرين (ضديد) الميوون.
وكان العلماء يحاولون منذ أكثر من عقد من الزمن رصد هذا التحلل والذي يحدث في مجال فيزياء الجسيمات ذي التعقيدات الرياضية لميزون واحد من بين كل 300 مليون ميزون.
وقال عالم الفيزياء الالماني اوليفر بوخمولر احد كبار المسؤولين في المختبر الاوروبي لفيزياء الجسيمات لرويترز «انه عنصر جديد في اللغز ... إنه يعضد نظرية التناظر الفائق لانها النظرية الوحيدة التي يمكن ان تتضمن النموذج المعياري في اطار مفهوم اوسع للفيزياء الحديثة.»
وتتنبأ نظرية التناظر الفائق بانه مقابل كل جسيم معروف يوجد جسيم آخر غير مرئي أكبر منه يسمى الشريك الفائق وهو في صورة مادة خفية.
وفي تموز الماضي أعلن علماء سيرن انهم توصلوا الى ادلة تبرهن على وجود جسيمات بوزون هيجز الاولية التي تمثل الحلقة المفقودة في فرضيات نشأة الكون وكيفية تطوره في اعقاب الانفجار العظيم.
ويقع مصادم الهدرونات الكبير في المختبر الاوروبي لفيزياء الجسيمات المترامي الاطراف والواقع في منطقة الحدود السويسرية الفرنسية المشتركة قرب جنيف وعلى عمق مئة متر تحت الارض.
ومصادم الهدرونات الكبير هو مجمع ضخم من المغناطيسات الحلقية العملاقة والاجهزة الالكترونية المعقدة والحاسبات وتكلف انشاؤه عشرة مليارات دولار ويصل عمره الافتراضي الى 20 عاما.
وتتضمن اضخم تجربة علمية في العالم احداث تصادم بين حزمتي جسيمات من البروتونات تسيران في اتجاهين متقابلين وفي مسار بيضاوي داخل نفق طول محيطه 27 كيلومترا في مصادم الهدرونات الكبير وبكم طاقة هائل وسرعات تقترب من سرعة الضوء لمحاكاة الظروف التي اعقبت الانفجار العظيم الذي نشأ عنه الكون قبل 13.7 مليار عام.
الخاتمة:
وفي الختام اتمنى أن بحثي حاز على اعجبكم رظاكم والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته.
فالك التفوق
ReplyDelete