احتمالا میدانید که مواد اطراف ما از
الکترون ،
پروتون و
نوترون تشکیل شده اند. در نگاه اول این حرف درست است : اتمهایی که مواد اطراف ما را تشکیل داده اند ، نه فقط روی زمین ؛ بلکه در دیگر نقاط عالم از یک هسته تشکیل شده اند که تعداد مشخصی الکترون در مناطق بخصوصی حول آن می چرخند. در هسته نیز تعداد مشخصی پروتون و نوترون وجود دارد و تفاوت عناصر مختلف در تعداد پروتون های موجود در هسته است ؛ اما فهمیدن این موضوع خیلی طول کشید. اولین ذره اتمی در سال 1895 کشف شد ، زمانی که لامپهای کاتدی موضوع روز بودند. در آن زمان
تابش کاتدی با بار الکتریکی منفی شناسایی شد که بعدها مشخص شد خاصیت ذره ای دارد و به همین دلیل ، این ذره را الکترون نامیدند. در سال 1896 ،
تابش X و مواد رادیو اکتیو شناسایی شدند. در سال 1899 ، ذرات
آلفا شناسایی شدند و بعدها مشخص شد این ذرات ، درواقع اتمهای هلیوم هستند که الکترون های خود را از دست داده اند. به عبارت دیگر، ذرات آلفا
هسته اتم هلیوم هستند که از 2پروتون و 2نوترون تشکیل شده است . اما در سال 1911 ، مدل اتمی نیلز بوهر ارائه شد که براساس آن هسته ای سنگین با بار مثبت در مرکز اتم قرار داشت و الکترون های سبک در مدارهای شخصی حول آن می چرخیدند. این مدل بسیاری از خواص اتمها را توجیه می کند. در همین سال ، آزمایش دیگری با استفاده از قطرات ریز روغن صورت گرفت و رابرت میلیکان توانست بار الکترون را اندازه گیری کند.
در سال 1932 ، آخرین ذره اتم یعنی نوترون به طور مستقل کشف شد و بدین سان ، دانش دبیرستانی ما در مورد اجزای تشکیل دهنده ماده شکل گرفت . اما این آغاز ماجرا بود. در سال 1928 ، دانشمندی انگلیسی به نام پل دیراک ، با تلفیق نظریه نسبیت خاص اینشتین و معادلات مکانیک کوانتوم ، معادله جدیدی به دست آورد که به معادله دیراک مشهور شد. این معادله وجود ذره ای مشابه الکترون را پیش بینی می کرد که فقط بار الکتریکی مخالف الکترون داشت (یعنی بار الکتریکی مثبت). نام این ذره خیالی را پوزیترون نهادند؛ ولی هنگامی که در سال 1932 وجود این ذره طی یک آزمایش به اثبات رسید، مسیر دنیای علم تغییر کرد. پل دیراک هم مانند دیگر دانشمندانی که اکتشافات مذکور را به عمل آوردند، مفتخر به دریافت جایزه نوبل فیزیک شد. پوزیترون ، نخستین پادماده ای بود که کشف شد و درک ما را نسبت به جهان متحول کرد.
اگر ذره ای با پادذره اش برخورد کند، هر دو نابود می شوند و انرژی آزاد می کنند. مقدار انرژی آزاد شده و جرم ذره و پادذره با دقت تمام از رابطه E=mc2 می آیند. تاکنون ذره ای کشف نشده که فاقد پادذره باشد. در سال 1937 ، اولین ذره جدید کشف شد. میون ، ذره ای مشابه الکترون ولی با جرم بیشتر و بالطبع ناپایدارتر از آن . در سال های بعد نیز ذرات بیشتری کشف شدند، مانند
فرون های پای ، با
ریون لامبدا ، فرون K ، نوترینوها و انبوهی دیگر از ذرات . تعداد ذرات بسیار بسیار زیاد شده بود و همه در تلاش بودند نظریه ای ارائه کنند تا این جمعیت زیاد را منظم کند .
در سال 1963 ، هوری گلمان نظریه ای ارائه کرد مبنی بر آن که ذراتی مانند پروتون و نوترون ، از ذرات کوچکتری تشکیل شده اند که بارشان مضربی از ثلث بار الکترون است . این نظریه بسیار عجیب بود ولی به مرور زمان کارایی خود را نشان داد ، تا جایی که موفقیت های آن جایزه نوبل را برای گلمان به ارمغان آورد . امروزه مدل استاندارد ذرات ، انواع مختلف ذرات بنیادی و واکنش های آن را بخوبی تفسیر می کند. طبق این مدل ، مواد اطراف ما از 2گروه اصلی تشکیل شده اند: لپتون ها و هادرون ها. در حال حاضر 6لپتون شناخته شده است که به همراه پاد ذرات آنها 12عدد می شود! 6
لپتون عبارتند از :
الکترون ،
میون ،
تاو،
نوترینوی الکترون ،
نوترینوی میون و
نوترینوی تاو. به نظر می رسد لپتون ها از چیز دیگری تشکیل نشده باشند. اما هادرون ها، انواع ذراتی هستند که از کوارک ها تشکیل شده اند. طبق مدل استاندارد، 6
کوارک داریم که همراه با
پادکوارک ها ، 12ذره بنیادی دیگر را تشکیل می دهند. این کوارک ها به ترتیب اکتشاف عبارتند از: بالا (Top) ، پایین (down) ، شگفت (Strange) ، افسون (charm) ، ته (bottom) و سر (top) شاید از خودتان بپرسید این همه ذره چه کمکی به ما می کند. واقعیت ماجرا آن است که زمانی تمام این ذرات وجود داشته اند. در یک هزار میلیاردیم ثانیه پس از مهبانگ ، دما به قدری زیاد بود که کوارک ها آزادانه در حرکت بودند. یک میلیونیم ثانیه پس از مهبانگ ، هادرون ها و لپتون ها شکل گرفتند و به همین ترتیب ماجرا ادامه یافت .
دانشمندان توانسته اند شتاب دهنده هایی بسازند که تا یک میلیاردیم ثانیه پس از مهبانگ را شبیه سازی کند و ما را با خصوصیات عالم در آن زمان آشنا سازد. دانشمندان در تلاشند با ساخت شتاب دهنده های بزرگتر مانند LHC در سرن به مهبانگ نزدیکتر شوند و درکشان را از عالم پیرامون افزایش دهند.
