نموذج الكوارك quark model من انجاز غال-مان Gell-Mann عام 1964 سمح بتفسير الظاهرتين التاليتين:
اولا الطريقة الثمانية eightfold way اى كون الهايدرونات hadrons (مفرد هايدرون وهى الجسيمات التى تتفاعل عبر القوة النووية القوية strong nuclear force) تأتى فى متعددات multiplets (نعرف اليوم انها متعددات زمرة النكهة flavor group الثلاثية اى ٍٍSU(3)).
هذه المتعددات تأخذ اشكال هندسية متعددة كانت اولها اكتشافا الثمانية الباريونية baryon octet وهو شكل سداسى (يحتوى على البروتون و النوترون من بين ثمانية جسيمات) و الثمانية الميزونية meson octet وهو ايضا شكل سداسى (يحتوى على جسيم البيون pion وهو ثالث الهايدرونات اكتشافا بعد البروتون و النوترون وناقل القوة النووية القوية).
لهذا تسمى (الطريقة الثمانية) بالثمانية لان المتعددات الاولى اكتشافا كانت تحتوى على ثمانية جسيمات لكن هناك متعددات multiplets اخرى مثل العشرية الباريونية baryon decuplet التى تأخذ شكل مثلت راسه يحتوى على جسيم لم يكن معروفا فى ذلك العهد (وهو جسيم الاوميغا) فقال لهم غال-مان يجب ان يكون هناك جسيم بهذه الخصائص و تم اكتشافه بعد ذلك.
ومن اجل هذا الانجاز حصل غال-مان على نوبل.
فى نموذج الكوارك يفترض غال-مان وجود ثلاث جسيمات اولية هى الكواركات (مفرد كوارك quark) تأتى فى ثلاثة نكهات هى الكوارك العلوى up quark و الكوارك السفلى down quark و الكوارك الغريب starnge quark. وهذه الثلاثة نكهات flavors هى التى تؤدى الى زمرة النكهة SU(3).
بأخذ الجداء التنسورى tensor product لهذه الكواركات الاساسية نحصل على الهايدرونات (على الباريونات وهى حالات مرتبطة bound states من ثلاثة كواركات و الميزونات وهى حالات مرتبطة من كوارك و كوارك-مضاد).
اذن هذه هى الظاهرة الاولى.
ثانيا الظاهرة الثانية التى فسرها نموذج الكوارك هو (التصدامات العميقة غير-المرنة deep inelastic scattering).
حيث انه عند ارسال الكترونات ذات طاقة عالية جدا على جسيمات هدف عبارة عن بروتونات فاننا نلاحظ ان اغلب الالكترونات ستمر بدون انحراف لكن هناك بعض الانحرافات عبر زوايا تصادم حادة لا يمكن تفسيرها الا بتصور شحنة البروتون على انها موزعة على ثلاثة جيوب مختلفة داخل البروتون.
هذا يعنى ان اغلب الفضاء داخل البروتون فارغ و ان الشحنة موزعة على ثلاثة جسيمات اولية هى هذه الكواركات. هذا يشبه تجربة تصادم رذفورد مع الذرة.
لكن نموذج الكوارك فشل فى الاجابة عن سؤالين اساسيين:
اولا لماذا لا نرى كواراكات حرة free quarks.
ثانيا التعارض مع مبدأ الاستبعاد لباولى Pauli's exclusion principle.
مثلا جسيم الدلتا من العشرية الباريونية يتشكل من ثلاثة كواركات u.
هذا الجسيم هو جسيم فرميونى fermion اذن حسب مبدأ الاسبتعاد يجب ان تكون دالة الموجة الخاصة به متناظرة-عكسيا anti-symmetric.
لكن دالة الموجة الخاصة بالنكهة و دالة الموجة الخاصة بالفضاء و دالة الموجة الخاصة بعزم-السبين كلها متناظرة symmetric.
اذن كيف يمكن لدالة الموجة الكلية (وهى الجداء) ان تكون متناظرة-عكسيا.
الحل كان فى افتراض عدد كمومى جديد هو (اللون color) اذن هناك دالة موجة خاصة باللون وهذه الاخيرة هى المتناظرة-عكسيا.
مرة اخرى اللغة (اللون) لا تعنى اللون الذى نراه بل هى تعنى خاصية فيزيائية يحملها الكوارك تمثل (الشحنة النووية القوية).
اذن فرضية (اللون) و بالضبط فرضية (ان اللون يمكن ان يأخذ ثلاثة قيم مختلفة) سوف تحل المعضلة مع مبدأ الاستبعاد لباولى.
هذا (اللون) كما يتضح من النظرية المعيارية اللونية color gauge theory فيما بعد هو (محبوس confined) اى انه لا يمكن ابدا ان نرى حالات هايدرونية ملونة فكل الحالات الهايدرونية التى نراها هى حالات شفافة اى بدون لون. فمثلا فى الميزون فان الكوارك يأتى بلون و الكوارك-المضاد يأتى بلون مضاد وهكذا ينعدم اللون.
اذن (اللون) محبوس و منه فان (الكوارك) نفسه وحتى (الغليون) وهو الناقل الحقيقى للقوة النووية القوية هما ايضا محبوسان و اذن فان فرضية (اللون) تؤدى الى حل معضلة عدم رؤيتنا لكواركات حرة عبر فرضية (الحبس اللونى color confinement).
No comments:
Post a Comment