عنوان صفحه
شکل ( 3-2): واکنش هسته ای در سیستم آزمایشگاهی 39
شکل ( 3-3): واکنش هسته ای در سیستم مرکز جرم 40
شکل ( 3-4): آرایش اساسی تجربی برای تعیین سطح مقطع یک واکنش هسته ای 44
شکل (4-1): مدل کوارکی و اعداد جادویی 49
شکل (4-2): داده های تجربی انرژی بستگی هسته ای به ازای هر نوکلئون بر حسب عدد جرمی 52
شکل(4-3): داده های انرژی بستگی هسته ای به ازای هر نوکلئون در مدل قطره مایع برحسب عدد جرمی 53
شکل (4-4) : داده های انرژی بستگی هسته ای به ازای هر نوکلئون در مدل جامع هسته ای بر حسب عدد جرمی 53
فصل اول
ذرات بنیادی
1-1- مقدمه
تحقیقات امروز فیزیکدانان ذرات بنیادی در پیچیده ترین دستگاهها نشان دهنده بلند پروازی بشر برای دستیابی به ساختارهای بنیادی عالم بوده است. جدول تناوبی عناصر از اولین کارهای اصولی بود که نشان می داد بلوک های سازنده ماده، بنیادی هستند و تعداد زیاد این عناصر و نظم جدول به زیر ساختارهای این مواد اشاره داشت. تا سال 1932 الکترون e، پروتون p، نوترون n به عنوان ساختارهای نهایی ماده شناخته شده بودند. نظریه ها همراه با تلاش های آزمایشگاهی در قرن اخیر، بشر را به دنیای باز هم ریزتر ( ذرات بنیادی سازنده عالم ) هدایت کرد: جهان کوارک ها، لپتون ها و بوزون های پیمانه ای [1].
دهه 1950 همچنین شاهد یک سری تحولات فناوری بود که طی آنها باریکه های پرانرژی ذرات در آزمایشگا هها تولید شد. در دهه 1960 این آزمایش ها منجر به کشف تعداد زیادی از ذرات ناپایدار با نیمه عمرهای بسیار کوتاه شد و نیاز به یک نظریه بنیادی برای حل حجم زیاد مشاهدات فراهم شده، احساس گردید. در اواسط دهه 1960مدل کوارکی برای این منظور ابداع گشت. موری گلمن و تقریبا به طور همزمان جورج زوایگ، مدلی را ارائه نمودند که در آن، این ذرات حالت مقیدی در سه نوع کوارک بودند. به این ترتیب کوارک ها به عنوان ذرات بنیادی تر مطرح شدند. نام کوارک اولین بار توسط گلمن پیشنهاد شد. شواهد تجربی برای وجود کوارک ها به عنوان ذرات واقعی در دهه 1960 طی آزمایشاتی شبیه به آزمایشات رادرفورد به دست آمد. در این آزمایشها باریکه های پر انرژی الکترون و نوترینو به وسیله نوکلئون ها پراکنده می شدند. تحلیل توزیع زاویه ای ذرات پراکنده شده نشان داد که نوکلئون ها حالت‌های مقید سه جزء نقطه گونه با مشخصات شبیه کوارک های پیشنهاد شده هستند.
کوارک ها دارای بار کسری و می باشند. تصویر امروزه ما نیز بر همین اساس است. کوارک ها به همراه تعدادی از ذرات دیگر مثل الکترون ها و نوترینو ها واقعا بنیادی اند اما نوکلئون ها چنین نمی باشند [2 ].
طبق مدل کوارک تا به امروز ذرات شناخته شده را می توان در دو گروه جای داد:
1) لپتون ها: که در بر همکنش های قوی شرکت نمی کنند، مانند الکترون، و اسپین نیمه صحیح ( .. . . . و ) دارند.
2) هادرون ها: که ذرات شرکت کننده در بر همکنش های قوی و تشکیل شده از کوارک ها هستند. هادرون ها خود شامل مزون ها و باریون ها می شوند، و باریون ها هم شامل نوکلئون ها و هایپرون ها هستند.
مزون ها ذراتی با اسپین صحیح ( . . .و2و1و0 ) و حالت مقید جفت کوارک – پادکوارک می باشند و از آمار بوز – انیشتین تبعیت می کنند. باریون ها اسپین نیمه صحیح ( . . . و ) دارند و آمار فرمی – دیراک در مورد آنها صدق می کند و از سه کوارک qqq یا سه پادکوارک ساخته شده اند.
پروتون و نوترون جزء نوکلئون ها هستند و پروتون از سه کوارک uud و نوترون از سه کوارک udd ساخته شده اند [1].
شکل (1-1) مقیاس های متفاوت در سلسله مراتب ساختار ماده را نشان می دهد. با افزایش انرژی، ساختارهای کوچک و کوچک تر قابل مشاهده اند: هسته، نوکلئون ها، کوارک ها [3 ].
شکل ( 1- 1 ): سلسله مراتب ساختار ماده