بعد فترة قصيرة من ارساء مفهوم الكواركات، قام العلماء بمحاولة تطبيق مبدا باولي للاستبعاد على الجسيمات المكونة من كواركات.
من المعتاد اننا نطبق مبدأ باولي على الاليكترونات في الذرة، لكن في الحقيقة مبدأ باولي اكثر شمولية وعمومية، فهو يطبق على كل الفيرميونات..( لا داع لان تفغر فاك وتقول ما هذا..صحيح ان حلقات فيزياء الجسيمات مر عليها وقت طويل،،لكن لا بأس بمراجعة صغيرة سريعة لأهم ما قلناه:
تقسم الجسيمات حسب تفاعلها الى قسمين :
1.
الهدرونات
(مكونة من كواركات) وهي نوعان أ. باريونات(ثقيلة، غزلها نصفي)
ب. ميزونات(خفيفة،غزلها 0اوعدد صحيح)
2.
ليبتونات
(أولية ليس لها تركيب داخلي) عددها ستة فقط وغزلها نصفي.
الآن، هناك تقسيم آخر عام للغاية، وهو يقسم الجسيمات الى نوعين رئيسيين حسب الغزل، واظنهما مشهورين:
1. فيرميونات: جسيمات غزلها نصفي ،1/2 ،3/2 ،5/2 ...
2. بوزونــــات: جسيمات غزلها 0 او عدد صحيح..
الان نعود...
قلنا ان مبدا باولي يطبق على كل الفيرميونات،، يعني على أي جسيم غزله نصفي وليس فقط الاليكترونات كما عتدنا..لذا حاول العلماء تطبيق مبدا باولي ( الذي يقول أن من المستحيل ان يحمل فيرميونيين في نفس الذرة نفس القيم من اعداد الكم الاربعة) على الهدرونات وذلك لأنها مكونة من كواركات غزلها نصفي..
لكن العلماء زجدوا أثناء محاولة التطبيق هذه ان هناك خرقا واضحا لقانون باولي، ولنأخذ مثالا بسيطا :
جسيم سيجما السالب، وهو باريون مكون من ثلاث كواركات غريبة(sss) لها ذات الغزل 1/2، أيضا جسيم آخر دلتا موجب + + ، ( uuu) و دلتا – (ddd) ...
لحل هذه المشكلة، افترض العلماء كما قلنا من قبل خاصية اضافية للكواركات، وهي الشحنة اللونية color charge ، أو اللون اختصارا، وهذا بطبيعة الحال لا يعني أن للكواركات لون يمكن تمييزه، لأن اطوالها الموجية لا تقع بالطبع ضمن الضوء المرئي..
يمكن فهم هذا لو قارناه بالقوة الكهرومغناطيسية، فكما أن الشحنات نوعان موجب وسالب،،الكواركات ثلاثة الوان: أحمر وأخضر وأزرق،،هذه مجرد تسمية للتسهيل..
الآن كي نجعل مبدأ باولي قابل للتطبيق على الباريونات يجب ان نقول ان كل باريون مكون من 3 كواركات مختلفة في اللون،،يعني كوارك سيجما السالب مكون من 3 كواركات متشابهة في كل شيء، باسثناء لونها،،وهذا يجعل مبدأ باولي صحيح ...
اللون المتعادل للكواركات هو الابيض كما تذكرون، كما ان الشحنة المتعادلة هي الصفر. وبالنسبة للميزونات المكونة من كوارك ومضاده ينطبق ذات الشيء، فنقول ميزون مكون من كوارك أحمر ومضاد اللون الاحمر..
موضوع حديثنا كله عن النظرية الكروموديناميكية الكمية، او اللونية QCD ((Quantum Chromodynamics)) ، وهي نظرية تصف تفاعلات الكواركات مع بعضها البعض،،تلاحظون انه اسم مشابه لـ Quantum Electrodynamics ...
كما تلاحظون يمكن تسمية القوة القوية الموجودة بين الكواركات بالقوة الملونة color force ...
تحدثنا فيما سبق أن الاليكترونات يربط بينها قوى نووية ،نواقلها الغليونات أو الغرونات كما يقول البعض gleouns ، وبما أننا نشبه على طول الخط فيكفي أن نقول ان الغليونات هذه هي بمثابة الفوتونات بالنسبة للقوة الكهرومغناطيسية..
وعندما يبعث كوارك أو يمتص غليون ما، فإنه لونه يتغير..يعني عندما يمتص كوارك احمر غليون فإن لونه يصبح أزرق مثلا .. وهذا يفسر العبارة الشهيرة التي تكتب في كل كتب فيزياء الجسيمات : وظيفة الغليونات هي تغيير مذاق الكواركات (كلمة مذاق يعني اللون،هم يتحدثون عن الامر باعتباره طعاما!- المهم) بوهذا تتفتت الهدورنات وتتفاعل مع بعضها البعض..
قلنا ان هذه النظرية مسؤولة عن وصف تفاعلات الكواركات التي تربطها القوة الملونة مع بعضها البعض، وبما أن الهدرونات (مثل P,N ) هي عبارة عن كواركات في الاصل، قلنا أن نقول أن القوة النووية القوية التي تربط الهدرونات مع بعضها في النواة هي نتيجة ثانوية للقوة الملونة التي تربط الكواركات مع بعضها البعض.
هل تذكرون بداية الفكرة التي جعلت العلماء يبحثون بجد في فيزياء الجسيمات؟؟
قلنا مسبقا لو تذكرون أن العلماء كانوا يبحثون في طبيعةا لقوة التي تربط بين البروتونات والنيترونات داخل النواة ذاتها..وحدث أن اتفرض العالم الياباني يوكاوا أن هناك جسيا مسؤولا عن تبادل هذه القوة القوية بين النيكليونات داخل النواة،،أسمى هذا الجسيم بالميون..توالت بعدها الاكتشافات وأثبت خطأ يوكاوا..
سنرى الآن كيف فسريوكاوا التفاعل بين البروتون والنيترون داخل النواة استنادا الى أن الميون الذي تحدث عنه هو ناقل القوة النووية،،ثم سنرى الوصف الصحيح الحالي الذي تشرحه نظرية QCD .
*********************************** ***********************
مخطط فاينمان الذي يوضح تقاعل البروتون مع النيترون بانتقال البيون السالب
ما يقوله يوكاوا ::
يقول يوكاوا أن هناك بيون سالب (البيون هو ميون طبعا) ينتقل بين البروتون والنيترون في النواة، وحيث انه مشحون فإنه يحمل شحنة أحدهما إلى الاخر، لذا يصبح البروتون نيترون والنيترون بروتون وهكذا.
الآن،، ننتقل الى الفكرة الصحيحة التي تقوم عليها نظرية QCD ،،صحيح أنها اصعب قليلا لكنها ثابتة وتعطي تفسيرات منطقية استنادا الى نظرية الكواركات...
دعونا معا.
نفس المخطط لفاينمان لكن من وجهة نظر نظرية QCD
في نظرية QCD ، يمثل كل بروتون بمكوناته من الكواركات(البروتون مكون من فوق فوق تحت uud ) والنيترون مكون من 3 كواركات( نيترون تحت تحت فوق ddu )..الآن كل بروتون ونيترون يبعث على نحو متواصل ويمتص غليون..الغليونات هذه قادرة على تكوين أزواج من من كواركات ومضادها(كوارك – مضاد كوارك).. هذا يشبه للتسهيل عملية انتاج الازواج من (اليكترون – يوزيترون) في عملية pair productions ،، هذه الغليونات والازواج المتكونة تصبح قادرة على الانتقال من البروتون والنيترون واليهما،
الآن: كوارك تحتd من النيترون يبعث غليونا، طاقة الغليون هذا تكون أزواج من (كوارك فوق u - مضاد كوارك فوق–u ) ،.كوارك فوق يبقى مع النيكليون نفسه( الذي تحول من نيترون الى بروتون) ، الآن يصطدم مضاد كوارك فوق بالنيترون المقابل له..أيضا يحصل ذات الشيء في الجهة المقابلة بالنسبة للبروتونات،،لكن عندما يصطدم مضاد كوارك فوق بكوارك فوق في البروتون المقابل فإنه يحصل annihilations (عملية فناء) ، ويحصل capture لكوارك تحت ..
المحصلة من كل هذه العملية، هي تغير كوارك فوق الى كوارك تحت، وتحول البروتون الى نيترون..
لنا أن نقول الآن،وختاما،، ان انتقال كوارك تحت ومضاد كوارك فوق هو بمثابةانتقال الغليون الذي يمثل القوة النووية القوية..
وحيث ان كوارك تحت ومضاد كوارك فوق هما في الاصل جسيم بيون سالب،،نجد ان نظرية QCD تحوي داخلها تفسير يوكاوا ذاته!
من المعتاد اننا نطبق مبدأ باولي على الاليكترونات في الذرة، لكن في الحقيقة مبدأ باولي اكثر شمولية وعمومية، فهو يطبق على كل الفيرميونات..( لا داع لان تفغر فاك وتقول ما هذا..صحيح ان حلقات فيزياء الجسيمات مر عليها وقت طويل،،لكن لا بأس بمراجعة صغيرة سريعة لأهم ما قلناه:
تقسم الجسيمات حسب تفاعلها الى قسمين :
1.
الهدرونات
(مكونة من كواركات) وهي نوعان أ. باريونات(ثقيلة، غزلها نصفي)
ب. ميزونات(خفيفة،غزلها 0اوعدد صحيح)
2.
ليبتونات
(أولية ليس لها تركيب داخلي) عددها ستة فقط وغزلها نصفي.
الآن، هناك تقسيم آخر عام للغاية، وهو يقسم الجسيمات الى نوعين رئيسيين حسب الغزل، واظنهما مشهورين:
1. فيرميونات: جسيمات غزلها نصفي ،1/2 ،3/2 ،5/2 ...
2. بوزونــــات: جسيمات غزلها 0 او عدد صحيح..
الان نعود...
قلنا ان مبدا باولي يطبق على كل الفيرميونات،، يعني على أي جسيم غزله نصفي وليس فقط الاليكترونات كما عتدنا..لذا حاول العلماء تطبيق مبدا باولي ( الذي يقول أن من المستحيل ان يحمل فيرميونيين في نفس الذرة نفس القيم من اعداد الكم الاربعة) على الهدرونات وذلك لأنها مكونة من كواركات غزلها نصفي..
لكن العلماء زجدوا أثناء محاولة التطبيق هذه ان هناك خرقا واضحا لقانون باولي، ولنأخذ مثالا بسيطا :
جسيم سيجما السالب، وهو باريون مكون من ثلاث كواركات غريبة(sss) لها ذات الغزل 1/2، أيضا جسيم آخر دلتا موجب + + ، ( uuu) و دلتا – (ddd) ...
لحل هذه المشكلة، افترض العلماء كما قلنا من قبل خاصية اضافية للكواركات، وهي الشحنة اللونية color charge ، أو اللون اختصارا، وهذا بطبيعة الحال لا يعني أن للكواركات لون يمكن تمييزه، لأن اطوالها الموجية لا تقع بالطبع ضمن الضوء المرئي..
يمكن فهم هذا لو قارناه بالقوة الكهرومغناطيسية، فكما أن الشحنات نوعان موجب وسالب،،الكواركات ثلاثة الوان: أحمر وأخضر وأزرق،،هذه مجرد تسمية للتسهيل..
الآن كي نجعل مبدأ باولي قابل للتطبيق على الباريونات يجب ان نقول ان كل باريون مكون من 3 كواركات مختلفة في اللون،،يعني كوارك سيجما السالب مكون من 3 كواركات متشابهة في كل شيء، باسثناء لونها،،وهذا يجعل مبدأ باولي صحيح ...
اللون المتعادل للكواركات هو الابيض كما تذكرون، كما ان الشحنة المتعادلة هي الصفر. وبالنسبة للميزونات المكونة من كوارك ومضاده ينطبق ذات الشيء، فنقول ميزون مكون من كوارك أحمر ومضاد اللون الاحمر..
موضوع حديثنا كله عن النظرية الكروموديناميكية الكمية، او اللونية QCD ((Quantum Chromodynamics)) ، وهي نظرية تصف تفاعلات الكواركات مع بعضها البعض،،تلاحظون انه اسم مشابه لـ Quantum Electrodynamics ...
كما تلاحظون يمكن تسمية القوة القوية الموجودة بين الكواركات بالقوة الملونة color force ...
تحدثنا فيما سبق أن الاليكترونات يربط بينها قوى نووية ،نواقلها الغليونات أو الغرونات كما يقول البعض gleouns ، وبما أننا نشبه على طول الخط فيكفي أن نقول ان الغليونات هذه هي بمثابة الفوتونات بالنسبة للقوة الكهرومغناطيسية..
وعندما يبعث كوارك أو يمتص غليون ما، فإنه لونه يتغير..يعني عندما يمتص كوارك احمر غليون فإن لونه يصبح أزرق مثلا .. وهذا يفسر العبارة الشهيرة التي تكتب في كل كتب فيزياء الجسيمات : وظيفة الغليونات هي تغيير مذاق الكواركات (كلمة مذاق يعني اللون،هم يتحدثون عن الامر باعتباره طعاما!- المهم) بوهذا تتفتت الهدورنات وتتفاعل مع بعضها البعض..
قلنا ان هذه النظرية مسؤولة عن وصف تفاعلات الكواركات التي تربطها القوة الملونة مع بعضها البعض، وبما أن الهدرونات (مثل P,N ) هي عبارة عن كواركات في الاصل، قلنا أن نقول أن القوة النووية القوية التي تربط الهدرونات مع بعضها في النواة هي نتيجة ثانوية للقوة الملونة التي تربط الكواركات مع بعضها البعض.
هل تذكرون بداية الفكرة التي جعلت العلماء يبحثون بجد في فيزياء الجسيمات؟؟
قلنا مسبقا لو تذكرون أن العلماء كانوا يبحثون في طبيعةا لقوة التي تربط بين البروتونات والنيترونات داخل النواة ذاتها..وحدث أن اتفرض العالم الياباني يوكاوا أن هناك جسيا مسؤولا عن تبادل هذه القوة القوية بين النيكليونات داخل النواة،،أسمى هذا الجسيم بالميون..توالت بعدها الاكتشافات وأثبت خطأ يوكاوا..
سنرى الآن كيف فسريوكاوا التفاعل بين البروتون والنيترون داخل النواة استنادا الى أن الميون الذي تحدث عنه هو ناقل القوة النووية،،ثم سنرى الوصف الصحيح الحالي الذي تشرحه نظرية QCD .
*********************************** ***********************
مخطط فاينمان الذي يوضح تقاعل البروتون مع النيترون بانتقال البيون السالب
ما يقوله يوكاوا ::
يقول يوكاوا أن هناك بيون سالب (البيون هو ميون طبعا) ينتقل بين البروتون والنيترون في النواة، وحيث انه مشحون فإنه يحمل شحنة أحدهما إلى الاخر، لذا يصبح البروتون نيترون والنيترون بروتون وهكذا.
الآن،، ننتقل الى الفكرة الصحيحة التي تقوم عليها نظرية QCD ،،صحيح أنها اصعب قليلا لكنها ثابتة وتعطي تفسيرات منطقية استنادا الى نظرية الكواركات...
دعونا معا.
نفس المخطط لفاينمان لكن من وجهة نظر نظرية QCD
في نظرية QCD ، يمثل كل بروتون بمكوناته من الكواركات(البروتون مكون من فوق فوق تحت uud ) والنيترون مكون من 3 كواركات( نيترون تحت تحت فوق ddu )..الآن كل بروتون ونيترون يبعث على نحو متواصل ويمتص غليون..الغليونات هذه قادرة على تكوين أزواج من من كواركات ومضادها(كوارك – مضاد كوارك).. هذا يشبه للتسهيل عملية انتاج الازواج من (اليكترون – يوزيترون) في عملية pair productions ،، هذه الغليونات والازواج المتكونة تصبح قادرة على الانتقال من البروتون والنيترون واليهما،
الآن: كوارك تحتd من النيترون يبعث غليونا، طاقة الغليون هذا تكون أزواج من (كوارك فوق u - مضاد كوارك فوق–u ) ،.كوارك فوق يبقى مع النيكليون نفسه( الذي تحول من نيترون الى بروتون) ، الآن يصطدم مضاد كوارك فوق بالنيترون المقابل له..أيضا يحصل ذات الشيء في الجهة المقابلة بالنسبة للبروتونات،،لكن عندما يصطدم مضاد كوارك فوق بكوارك فوق في البروتون المقابل فإنه يحصل annihilations (عملية فناء) ، ويحصل capture لكوارك تحت ..
المحصلة من كل هذه العملية، هي تغير كوارك فوق الى كوارك تحت، وتحول البروتون الى نيترون..
لنا أن نقول الآن،وختاما،، ان انتقال كوارك تحت ومضاد كوارك فوق هو بمثابةانتقال الغليون الذي يمثل القوة النووية القوية..
وحيث ان كوارك تحت ومضاد كوارك فوق هما في الاصل جسيم بيون سالب،،نجد ان نظرية QCD تحوي داخلها تفسير يوكاوا ذاته!
