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 وضع نظريات جديدة لشرح ذلك (مثل النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات) ، تم تصميم العديد من التجارب الجديدة (باستخدام معدات مثل مسرعات الجسيمات) واتضح تدريجيًا أن الجسيمات التي تتكون منها الذرات يمكن أن تتكسر بشكل متساوٍ بالإضافة إلى ذلك. مثالان على هذه الجسيمات هما الكواركات واللبتونات ، وبينما تشترك هذه الأنواع من الجسيمات كثيرًا ، فإن الاختلافات بينهما غالبًا ما تكون صارخة.

الكواركات (التي أطلقها موراي جيل مان الحائز على جائزة نوبل بعد اقتباس في كتاب "فينيجان ويك" لجيمس جويس) ويعتقد حاليًا أن اللبتونات هي الجسيمات الأساسية الموجودة ؛ أي أنه لا يمكن تقسيمها إلى جسيمات مكوّنة أخرى. الكواركات واللبتونات ليست جسيمات بحد ذاتها ؛ بدلا من ذلك ، تشير إلى عائلات الجسيمات ، كل منها يحتوي على ستة أعضاء. تتكون عائلة جسيمات الكوارك من جسيمات أعلى وأسفل وأعلى وأسفل وسحر وجسيمات غريبة ، بينما تتكون اللبتونات من الإلكترون ونيوترينو الإلكترون والميون ونيوترينو الميون وتاو ونيوترينو تاو حبيبات. هناك أيضًا جسيمات مضادة مرتبطة بكل جسيم ، والجسيم المضاد هو المرآة المقابلة للجسيم المقابل (على سبيل المثال ، وجود الشحنة المعاكسة).

تحتوي اللبتونات على شحنة كهربائية من أي وحدة شحن أساسية واحدة (تُعرف بأنها شحنة واحدة الإلكترون) ، في حالة الإلكترون أو الميون أو تاو ، أو بدون شحنة ، في حالة المقابل النيوترينوات. 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.

في حين أن جميع الكواركات لها شحنة كسرية ، فإن الكواركات لن توجد مطلقًا بحرية في الطبيعة ؛ هذا بسبب القوة الأساسية المعروفة باسم "القوة القوية". القوة القوية التي يتوسطها الجسيمات الحاملة للقوة تسمى الغلوونات ، تعمل داخل نواة الذرات وتبقي الكواركات منجذبة إلى إحداها اخر. 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.

هناك أربع قوى أساسية في الطبيعة: القوة الشديدة (التي تربط النوى الذرية والكواركات معًا) ، القوة الضعيفة (المسؤولة عن الاضمحلال الإشعاعي) ، والقوة الكهرومغناطيسية (التي تساعد على إبقاء الذرات معًا) وقوة الجاذبية (التي تعمل على أي جسم له كتلة أو طاقة في كون). تخضع الكواركات لجميع القوى الأساسية ؛ من ناحية أخرى ، تخضع اللبتونات لجميع القوى باستثناء القوة الشديدة. هذا لأن القوة الشديدة لها مدى قصير جدًا ، وعادة ما يكون أصغر من نواة الذرة ؛ لذلك ، فإن القوة القوية بشكل عام محصورة في هذه المنطقة. من ناحية أخرى ، يمكن للقوى الضعيفة والكهرومغناطيسية وقوى الجاذبية أن تعمل على مسافة أكبر بكثير مما يمكن للقوة القوية.