ما هي اللبتونات ؟

اللبتونات: نعلم أن المادة تتكون من ذرات، وهذه الذرات تتكون من إلكترونات ونواة تربطهما ببعضهما القوة الكهرومغناطيسية. تمتلك الإلكترونات شحنة سالبة وكتلة صغيرة مقارنةً بكتلة النواة. تتكون النواة من بروتونات ونترونات. تتكون النترونات والبروتونات من جزيئات لها شكل شبيه بشكل النقطة وتسمى “الكواركات العلوية والسفلية”. نعلم أن الإلكترونات هي جسيمات أولية وهذا يجعلنا نظن أنها جزيئات تشبه النقطة ولا تملك بنية داخلية.

يشير النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات إلى أن الكون المادي يُفترض أن يبنى بواسطة عدد صغير من الجزيئات الأساسية وهي:

_الكواركات.

_اللبتونات، وهي جزيئات تشبه الإلكترونات.

ترتبط الكواركات ببعضها من خلال تفاعلات الاصطناع القوية؛ كاصطناع البروتونات والنترونات، لكنها لا تشارك في هذه التفاعلات، فهي لا تتفاعل إلا عبر القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة.

توجد الكواركات في الحالات الطبيعية بحالة الارتباط فقط، أما اللبتونات يمكننا أن نجدها منفصلة.

_ أنواع اللبتونات:

يوجد لدينا أدلة تجريبية لستة أنواع مختلفة من اللبتونات، ثلاثة سالبة الشحنة، وثلاثة محايدة.

أشهر اللبتونات المشحونة:

_ الإلكترون (e).

_ الميون (μ).

_ التايون (τ).

اللبتونات الثلاثة المعتدلة كهربائيًا هي النترونات (ν)، وهي ترتبط مع اللبتونات المشحونة.

هناك ثلاثة أنواع مميزة من النترونات:

_ الإلكترون نترون (νe).

_ الميون نترون (νμ).

_ التايون نترون (νε).

يوجد لكل من هذه اللبتونات جسيم مضاد مرافق؛ مماثل لها بالكتلة ويعاكسها بالشحنة.

الإلكترون مألوف لدينا جميعًا فهو يرتبط مباشرة بالخواص الكيميائية لجميع الذرات.

إنه أصغر جسيم مشحون عرفناه، وهو مستقر للغاية.

جسيم الإلكترون المضاد المرافق هو البوزيترون، يماثله بالكتلة إلا أن شحنته موجبة.

وهو أول جسيم مضاد مرافق تم اكتشافه.

_الميونات والتايونات:

هي نسخ أثقل وغير مستقرة أبدًا من الإلكترونات.

للميونات كتلة أكبر من كتلة الإلكترونات بمقدار 207 مرة وعمرها 2.20 ثانية، وتنشأ في الأشعة الكونية على ارتفاعات مختلفة فوق الأرض.

تشكل الميونات أكثر من نصف الإشعاع الكوني عند مستوى سطح البحر، والباقي هو في الغالب من الإلكترونات، البوزترونات والفوتونات.

يبلغ متوسط معدل تدفق الميون عند مستوى سطح البحر حوالي ميون واحد لكل سنتيمتر مربع في الدقيقة.

اكتشف الميون أثناء دراسة الفيزيائيين الأمريكيين كارل أندرسون وسيث ندرماير للأشعة الكونية في عام 1936.

واكتشف التايون في تجارب اصطدام الجسيمات عالية الطاقة بين عامي 1974 و1977 من قبل مارتن بيرل وزملائه في مركز ستانفورد ليني. وهو أثقل نوع من اللبتونات، تبلغ كتلته 3490 ضعف كتلة الإلكترون، و17 ضعف من كتلة الميون.

عمر التايون قصير للغاية؛ أقصر 100000 مرة من عمر الميون.



_النترونات:

تنتَج النترونات خلال مجموعات متنوعة من التفاعلات.

تنتج الشمس ملايين النترونات من خلال تفاعلات الانصهار الداخلية التي تضيئها.

بما أن النترونات لا تتفاعل كهربائيًا أو بقوة، فإنها لا تتفاعل أبدًا مع أي جسيم آخر؛ حتى أنها تمر عبر الأرض دون أن تتفاعل مطلقًا مع أي ذرة واحدة.

وبما أن النترونات لا تتفاعل أبدًا مع أية مادة أو ذرة بالإضافة إلى أنها تُنتَج منذ بداية تشكيل الكون هذا يقود إلى أنها موجودة بكثرة في الكون.

اكتشف أن النترونات لها كتلة صغيرة جدًا، أخف مليون مرة على الأقل من الإلكترون، وهذا يقودنا إلى احتمال أن النترونات تحصل على كتلتها من عمليات غير معروفة، قد لا تكون مرتبطة ببوزون هيغز المكتشف حديثًا.

_ شجرة عائلة معقدة:

نظمت جميع جسيمات المادة الأساسية في ثلاث أسر متميزة.

الأسرة الأولى:

تشمل الإلكترون، والإلكترون نيوترينو والكوارك العلوي والسفلي، تعطينا المادة على شكل بروتونات ونترونات وإلكترونات.

أما جزيئات العائلتين الثانية والثالثة ليست جزءًا من المادة العادية. وجدت في الجزء الأول من ثانية في الكون، ولكنها تفككت بسرعة كبيرة لتصبح جسيمات في العائلة الأولى.

تفترض نظرية فيزياء الجسيمات الحالية أنه لا يوجد أكثر من ثلاث عائلات من اللبتونات.

يعود ذلك إلى الأدلة التجريبية التي تشير إلى أن هناك ثلاثة أنواع من النترونات، وبالتالي ثلاث أسر لبتونات.

تأتي إحدى الأدلة من نسبة وفرة الهيدروجين/الهيليوم المقاسة في الكون، فعندما تتم محاكاة عملية تكوين النوى من الانفجار العظيم، يؤثر عدد أنواع النترونات على وفرة الهيليوم.

على الرغم من نجاح النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، لا يجيب على الأسئلة حول سبب وجود أنواع كثيرة من اللبتونات ولماذا تختلف كتلتها بشكل كبير. الدراسات التجريبية التفصيلية لخصائص اللبتونات هي فقط ما سيوفر تفسيرات أوضح لهذا اللغز.