سەرەتایەک بۆ فیزیای تەنۆلکەیی، بەشی یەکەم: زانستی ماددە، وزە، فەزا و کات

خشتەی بەشەکان

فیزیکزانەکانی بواری فیزیای تەنۆلکەیی، هەوڵدەدەن لە بچوکترین ئاستەکاندا لە سروشت تێبگەن. لە ئێستادا دەزانین کە گەردیلەکان (ئەتۆم) بچوکترین بەشی ماددە نین. ئێستا پێمان وایە کە کوارکەکان و لێپتۆنەکان بچوکترین بەردی بناغەی ماددەن، بەڵام ڕەنگە شتانێکی لەوان بچوکتریش هەبن. هێشتا فیزیکزانەکان لە هەوڵدان کە تێبگەن بۆچی بارستایی پرۆتۆن ٢٠٠٠ ئەوەندەی بارستایی ئەلیکترۆنە. لە سەروو هەموو ئەمەشەوە، فیزیکزانەکان وای بۆ دەچن کە پۆلێکی تر تەنۆلکە کە پێیان دەگوترێت تەنۆلکەکانی بەرزە هاوجێیەتی (supersymmetry) هەبن کە نەدۆزراونەتەوە و ئەگەر بدۆزرێنەوە دەبنە تەواوکەری ئەو تەنۆلکانەی تا ئێستا دۆزیوماننەوە.

گەردوون لە چی پێکهاتووە؟

بەردی بناغەکان

فیزیکزانەکان تا ئێستا ١٣ بەردی بناغەیان دۆزیوەتەوە کە پێکهێنەری بنچینەیی ماددەن.  ئەو جیهانەی ئێمە ڕۆژانە بەریدەکەوین بە خۆشمانەوە، تەنها لە سێ دانە لەوان پێکهاتووە: کوارکی جۆری up، کوارکی جۆری down و ئەلیکترۆن. ئەم سێ تەنۆلکەیە هەموو ئەو شتانەن کە پێویستن بۆ دروستکردنی پرۆتۆنەکان، نیوترۆنەکان و پێکهێنانی گەردیلە و گەردەکان. دووانەکەی یەکەم پێیان دەگوترێت کوارک، بەڵام ئەلیکترۆن یەکێکە لە لیپتۆنەکان، لە پاڵ ئەلیکترۆندا لێپتۆنێکی تریش هەیە بە ناوی نیوترینۆی جۆری ئەلیکترۆن (ئەلیکترۆن نیوترینۆ)، کە لە شیبوونەوەی تەنۆلکەی تردا بینراوە، تەواوکەری ئەم کۆمەڵە بەردە بناغەییەیە کە بە هەموویەوە لە ٤ تەنۆلکە پێکدێت.

بە چەند هۆکارێک، سروشت ئەم یەکەم نەوەیەی کوارکەکان و لێپتۆنەکانی هەڵبژاردووە بۆ ئەوەی دوو جار لەبەریان بگرێتەوە بەڵام بە بارستاییەکی زۆرترەوە بۆ ئەوەی تێکڕا ببن بە ٦ کوارک و ٦ لیپتۆن. هەموو کوارکەکان لە پڕۆتۆن بچوکترن، بەڵام شەشەم کوارک، کە پێێ دەگوترێت کوارکی جۆری top، بارستاییەکەی هێندەی گەردیلەیەکی ئاڵتوون بەرزە.

هەرچەند هۆکاری خۆمان هەیە کە پێمان وابێت هیچ کۆمەڵە کوارک و لیپتۆنێکی تر بوونیان نییە بەڵام تیۆریزانەکان پێیان وایە ڕەنگە جۆری تری تەنۆلکە هەبن کە بەردی بناغەن، کە ڕەنگە بەشێکیان بەرپرسیار بن لەو ماددەی تاریک-ەی کە بە هۆی چاودێرییە ئەسترۆفیزیکییەکانەوە پێمان وایە دەبێت هەبێت. ئەم جۆرەی ماددە کە هێشتا بە باشی لێی تێناگەین، هیزی کێشکردن دەخاتە سەر شتەکان و کاریگەری لەسەر گەلەئەستێرەکان هەیە. بۆ تێگەیشتن لێی، پێویستیمان بەو تاقیگانە دەبێت کە لەسەر زەوی بنیات دەنرێن و پێیان دەگوترێت تاودەری تەنۆلکەکان.

هێزەکان

زاناکان، چوار هێزی سەرەتاییان جیا کردۆتەوە کە لە نێوان تەنۆلکەکاندا هەن: هێزی ناوکی بەتین، هێزی ناوکی لاواز، هێزی کارۆموگناتیسی و هێزی کێشکردن.

• هێزی ناوکی بەتین دەبێتە هۆی بەیەکەوە نووسانی کوارکەکان بۆ ئەوەی پرۆتۆن، نیوترۆن و تەنۆلکەی پەیوەندیداری تر پێکبهێنن.
• هیزی کارۆموگناتیسی ئەو هێزەیە کە ئەلکترۆنەکان بە ناوکی گەردیلەوە دەنووسێنێت. (ناوکی گەردیلەش بریتییە لە یەک یان چەند پڕۆتۆن و نیوترۆنێک کە بەیەکەوە تۆپەڵ بوون.)
• هێزی ناوکی لاواز ڕێخۆشکەرە بۆ شیبوونەوەی تەنۆلکە قورسەکان بۆ تەنۆلکە بچوکترەکان.
• هێزی کێشکردن لە نێوان ئەو تەنانەدا ڕۆڵ دەبینێت کە بارستاییان هەیە. هەرچەند ئەم هێزە لە جیهانی مایکرۆسکۆپیدا (جیهانی شتە زۆر وردەکان) هیچ ڕۆڵێک نابینێت بەڵام لە جیهانی ماکرۆسکۆپیدا (ئەو شتانەی بە چاو دەبینرێن) واتە لە ژیانی ڕۆژانەماندا و لە ناو گەردووندا هێزی کاریگەر و باڵادەستە.

تەنۆلکەکان بە هۆی گۆڕینەوەی تەنۆلکەی تر لە نێوان خۆیاندا ئەم هێزانە دەگوازنەوە. ئەو تەنۆلکانەی دەگوازرێنەوە. بە واتایەکی تر ئەو تەنۆلکانەی کە هەڵگری هێزەکانن، پێیان دەگوترێت ‘بۆزۆن’ەکان. ئەم هەڵگری هێزانە بڕی دیاریکراوی وزە هەڵدەگرن، کە بەو بڕە دیاریکراوە لە وزە دەگوترێت ‘کوانتا’. بۆ ئەوەی لەوە تێبگەیت کە ئەم تەنۆلکانە چۆن هێز دەگوازنەوە کاتێک لە نێوان تەنۆلکەکاندا هاتووچۆ دەکەن، بیر لە دوو کەس بکەوە کە هەر یەکەیان لە بەلەمێکی بچوکدایە لە ناوەڕاستی دەریادا و ئەم دوو بەلەمە چەند مەترێک لە یەکترەوە دوون. وا دابنێ تۆپێکی باسکەیان پێیە و بۆ یەکتری هەڵدەدەن، لێرەدا دوو کەسەکە لە بری تەنۆلکەکانی وەکوو کوارک یان لێپتۆنەکانن و تۆپەکەش تەنۆلکەی هەڵگری هێزەکەیە. کاتێک هەر یەکێکیان تۆپەکە هەڵدەدات یان دەیگرێتەوە کەمێک دەچێتە دواوە بە هۆی کاریگەری هەڵدان یان گرتنەوەی تۆپەکە، واتە تۆپەکە هێزێک دەخاتە سەریان.

هەر هێزێک، بۆزۆنی تایبەت بە خۆی هەیە کە خاسیەتەکانی جیاوازن لەوانی تر:

• ‘گلوئۆن’ ئەو بۆزۆنەیە کە هێزی ناوکی بەتین دەگوازێتەوە، وشەی گلوئۆن لە وشەی glueی ئینگلیزییەوە هاتووە کە بە مانای چەسپ دێت، چونکە کوارکەکان چەسپ دەکات بەیەکەوە.
• ‘فۆتۆن’ ئەو بۆزۆنەیە کە هەڵگری هێزی کارۆموگناتیسییە، هەروەها ڕووناکیش دەگوازێتەوە.
• بۆزۆنی W و بۆزۆنی Z، هەردووکیانی بۆزۆنی هێزی ناوکی لاوازن. ئەوان دەبنە ڕێخۆشکەر بۆ جۆرە جیاوازەکانی شیبوونەوەی تەنۆلکەکان.

ئەگەر وریا بووبیت، ٤ هێزمان هەیە، بەڵام باسی سێ بۆزۆنمان کرد. فیزیکزانەکان وای بۆ دەچن کە ڕەنگە هێزی کێشکردنیش پەیوەست بێت بە تەنۆلکەیەکی بۆزۆنەوە. پێی دەگوترێت ‘گراڤیتۆن’، ئەم تەنۆلکە گریمانەییە بینینی زۆر ئەستەمە چونکە لە ئاستی تەنۆلکەییدا هێزی کێشکردن چەندەها جار لاوازترە لە سێ هێزە سەرەتاییەکەی تر.

بۆزۆنی هیگز

‘بۆزۆنی هیگز’ تەنۆلکەیەکە کە پەیوەستە بە ‘بواری هیگز’ەوە. بواری هیگز، میکانیزمێکە کە بە هۆیەوە تەنۆلکە سەرەتاییەکان بارستایی بەدەست دەهێنن. بە بێ بواری هیگز، گەردیلەکان دروستنابن و کیمیا بوونی نابێت، بایۆلۆجیش بوونی نابێت و تەنانەت ژیانیش بوونی نابێت، لەبەرئەوەی هەموو ئەمانە بۆیە هەن چونکە گەردیلەکان بوونیان هەیە. گەردیلەکان بە هۆی بواری هیگزەوە کە بارستایی بە تەنۆلکە سەرەتاییەکان دەبەخشێت، هەن.

بواری هیگز، هاوشێوەی بەرمیلێکی زەبەلاحی پڕ لە شیلە و دۆشاوە کە بە تێکڕای گەردووندا بڵاوبووبێتەوە و هەموو گەردوونی تەنیبێت. زۆربەی ئەو تەنۆلکانەی تا ئێستا ناسراون، کە بە ناویدا تێدەپەڕن بە شیلەکەوە دەنووسێن. کە ئەمەش خاویان دەکاتەوە و وایان لێدەکات قورستر بن هەروەکوو چۆن مێشوولەیەک بە ناوی شیلەدا تێپەڕ بکەی خاو دەبێتەوە و شیلەکەی پێوە دەنووسێت و قورستر دەبێت. جا بۆزۆنی هیگز، تەنۆلکەیەکە کە یارمەتی گواستنەوەی ئەو بواری هیگزە دەدات کە بارستایی بە تەنۆلکەکان دەبەخشێت. هەر وەک چۆن فۆتۆن کە پێشتر باسمان کرد، بواری کارۆموگناتیسی دەگوازێتەوە.

هەردوو تاقیکردنەوەی ATLAS و CMS لە بەیەکداکێشەری گەورەی هادرۆنەکان لە سێرن (CERN) لە ژنێفی وڵاتی سویسڕا، لە مانگی جولای ساڵی ٢٠١٢-دا دۆزینەوەی تەنۆلکەی هیگزیان ڕاگەیاند.

دژەماددە

هەرچەند ئەم ناوەتان ڕەنگە زیاتر لە چیرۆک و فیلمە خەیاڵییە زانستییەکاندا بیستبێت بەڵام چۆن ماددە ڕاستییە، بە هەمان شێوە دژەماددەش بە ڕاستی هەیە. زاناکان، بۆ هەر یەکێک لە تەنۆلکەکان، دژەتەنۆلکەیەکیان دۆزیوەتەوە کە لە هەڵسوکەوت و هەموو شتەکانیدا لە تەنۆلکەکەی دەچێت جگە لەوەی کە تایبەتمەندییەکان ڕێک پێچەوانەی تەنۆلکە پەیوەندیدارەکەن. بۆ نمونە دژە پڕۆتۆن، بارگەی کارەباییەکەی سالبە، ئەمە لە کاتێکدا پڕۆتۆن بارگەی کارەباییەکەی موجەبە.

لە ناوەڕاستی نەوەتەکانی سەدەی ڕابردوودا، فیزیکزانەکانی سێرن لە ساڵی ١٩٩٥ و لە تاقیگەی فێرمی لە ساڵی ١٩٩٦، یەکەم دژە-گەردیلەیان دروستکرد. بەو شێوەیە بوو کە تەنۆلکەیەکی پۆزیترۆن کە بریتییە لە دژە تەنۆلکەی ئەلیکترۆن لەگەڵ تەنۆلکەیەکی دژەپڕۆتۆن خستە لای یەک و ئەنجامەکە بریتی بوو لە دژەهایدرۆجین! چونکە هایدرۆجین خۆی پڕۆتۆن و ئەلیکترۆنێکە بەڵام ئەوان دژەکانیان خستە لای یەک و دژە هایدرۆجینیان دروستکرد.

پاراستن و هێشتنەوەی دژەماددە کارێکی قورسە. هەر کە تەنۆلکەیەک لە گەڵ دژەکەی بەیەک بگەن، هەڵدەوەشێن، نامێنن و دەگۆڕێن بۆ وزە. بەڵام بە بەکارهێنانی بواری هێزە کارۆموگناتیسییەکان، فیزیکزانەکان دەتوانن دژەماددە لە ناو دەفرێکی بۆشدا بۆ ماوەیەکی دیاریکراو بهێڵنەوە.

‘WIMP’ەکان و ماددەی تاریک

هیج کەسێک تا ئێستا بە شێوەیەکی ڕاستەوخۆ ماددەی تاریکی نەبینیوە، بەڵام دوو سەرەداو بوونە ڕێنیشاندەری ئەستێرەناسەکان بۆ ئەوەی پێیان وابێت کە ماددەی تاریک هەیە. یەکەم، کاتێک ئەستێرەناسەکان بارستایی هەموو ئەو ئەستێرە و هەسارانەیان پێوا کە گەلەئەستێرەکان پێکدەهێنن، بۆیان دەرکەوت کە کێشکردنی هەموویان بەس نییە بۆ ئەوەی گەلەئەستێرەکە بەو شێوەیەی خۆی پێکەوە ببەستێتەوە و ڕایبگرێت. شتێک کە ئەوان ناتوانن بیبینن بارستایی دەبەخشێت بە گەلەئەستێرەکە و لەمەشەوە دەبێتە هۆی کێشکردنێکی زیاتر و گەلەئەستێرەکە بە هۆیەوە بەشی پێویست کێشکردنی دەبێت و پێکەوە دەبەسترێت. دووەم، لە هەندێک شوێندا کە هیچی لێ دیار نییە و بۆشایییە، هەندێک شێواویی ڕووناکییان بینی کە بە شێوەیەکی ئاسایی تەنها بە هۆی بارستاییەکی زۆر لەو ناوچانەوە ڕێی تێدەچێت کە وای لێ بێت.

پێکهاتەی ماددەی تاریک نەزانراوە و بوونی ئەو ماددەیەش نیشاندەری ئەوەیە کە مۆدێلی ستانداردی فیزیای تەنۆلکەیی هێشتا ناتەواوە. چەند تیۆرییەکی فیزیای تەنۆلکەیی، وەکوو بەرزە هاوجێیەتی (supersymmetry)، پێشبینی ئەوە دەکەن کە تەنۆلکەی بارستەداری وا کە بە لاوازی کارلێک دەکەن کە پێیان دەگوترێت (WIMP)ەکان، هەبن و تایبەتمەندییەکانیان بە جۆرێکی گونجاو بێت کە بتوانن لێکدانەوە بۆ ماددەی تاریک بکەن.

وزەی تاریک

لە سەدەی بیستەمدا، سەرەتا ئەستێرەناسەکان ئەوەیان دۆزییەوە کە گەردوون گەورەتر دەبێت. ئەوان ئەمەیان بە چاودێریکردنی دیاردەیەکی هاوشێوەی دیاردەی دۆپلەر بەڵام بۆ ڕووناکی هاتوو لە گەلەئەستێرە دوورەکانەوە دۆزییەوە. دیاردەی دۆپلەر ئەو دیاردەیەیە کە دەبێتە هۆی گۆڕانی پلەی دەنگی هۆڕنی ئوتومبێلێک لە بەرزەوە بۆ نزم کاتێک لێت نزیک دەبێتەوە و تێدەپەڕێت. ئەمە بۆیە ڕوودەدات چونکە شەپۆلە دەنگییەکانی دەپەستێورێن کاتێک ئوتومبێلەکە بەرەو لای تۆ دەجووڵێت، ئەمەش دەبێتە هۆی بەرزبوونەوەی پلەی دەنگەکە و شەپۆلە دەنگییەکان دەکشێن کاتێک ئوتومبێلەکە دوور دەکەوێتەوە و ئەمەشیان دەبێت هۆی نزمبوونەوەی پلەی دەنگەکە. بە هەمان شێوە کاتێک تەنێک لێت نزیک دەبێتەوە، ئەو شەپۆلی ڕووناکییەی لێیەوە دێت دەپەستێورێت. ئەستێرەناسەکان بەمە دەڵێن لادان بەرەو شین. بەڵام ئەگەر تەنەکە دوور بکەوێتەوە، شەپۆلەکانی ڕووناکی دەکشێن و ئەستێرەناسەکان بەمە دەڵێن لادان بەرەو سوور.

بە پێوانی شەبەنگی تەنێکی گەردوونی، ئەستێرەناسەکان دەتوانن بزانن کە فەزای نێوان تەنەکە و بینەرەکە چەندێک کشاوە لە کاتی هاتنی ڕووناکییەکە بەو نێوانەدا.  کاتێک ئەستێرەناس ڤێستۆ سلیڤەر، ڕووناکی هاتووی گەلەئەستێرەکانی تری پێوا، دۆزییەوە کە بە نزیکەیی سەرجەمیان لادان بەرەو سوور بوون، کە ئەمەش بە واتای ئەوە بوو کە دوور دەکەونەوە. ئەو بۆی دەرکەوت کە ئەوانەی ڕووناکییەکەیان کزتر بوو و دوورتر بوون، لادان بەرەو سوورەکەیان زیاتریش بوو. ئەمەش مانای وابوو گەردوون دەکشێت. لەمەوە ئەستێرەناسەکان بیرۆکەی بیگ بانگ (تەقینەوە گەورەکە) یان بۆ هات، چونکە ئەگەر گەردوون بە هەموو لایەکدا بکشێت وا پێویست دەکات کاتی خۆی هەمووی لە خاڵێکدا بووبێت و لێک بڵاو بووبێت.

ئەستێرەناسەکان، وایان دانابوو کە هێزی کێشکردنی هەموو ماددەکانی ناو گەردوون بەرەبەرە دەبێتە هۆی خاوبوونەوەی ئەم کشانە. بەڵام لە ساڵی ١٩٩٨ هەموویان تووشی شۆک بوون کە بۆیان دەرکەوت کە نەک هەر کشانی گەردوون خاو نابێتەوە بەڵکوو خێراتریش دەبێت، واتە تاو دەدرێت. ئەستێرەناسەکان ئەمەیان بە پێوانی ڕووناکیی هاتوو لە جۆرێکی دیاریکراوی سوپەرنۆڤا (تەقینەوەی ئەستێرە گەورەکان) دۆزییەوە کە هەمیشە بە هەمان وزە دەتەقێتەوە. هەتا ڕووناکی سوپەرنۆڤاکە کزتر بێت کە دەگاتە زەوی، مانای وایە کە ڕووناکییەکە مەودایەکی زیاتری پێچووە تا گەیشتۆتە زەوی. ئەوان بۆیان دەرکەوت کە سوپەرنۆڤاکان دوورتربوون لەوەی بە هۆی لادان بەرەو سوورەکەیان پێشبینییان کردبوو. ئەمەش واتای ئەوە بوو کە گەردوون بە تاودان دەکشێت، واتە خێرایی کشانەکەی زیاد دەکات.

هەندێک فیزیکزانی بواری ئەسترۆفیزیکی تەنۆلکەیی، پێیان وایە ئەمە بۆیە ڕوودەدات چونکە هێزێک بە پێچەوانەی کێشکردنەوە پاڵ بە گەردوونەوە دەنێت و دەیکشێنێت. ئەوان بەم هێزە دەڵێن ‘وزەی تاریک’.

مۆدێلی ستاندارد

مۆدێلی ستاندارد بەو چوارچێوەیە دەگوترێت کە فیزیکزانەکان کاری تێدا دەکەن بۆ لێکدانەوە و وەسفکردنی کارلێکی نێوان تەنۆلکە سەرەتاییەکان کە بەردی بناغەی ماددەی ناو گەردوونن و دوو بەشی لێپتۆن و کوارکن لەگەڵ تەنۆلکەی هەڵگری هێزەکان کە بۆزۆنەکانن. هێشتا هێزی کێشکردن بەشێک نییە لەم چوارچێوە کارییە، یەکێکیش لە پرسیارە سەرەکییەکانی فیزیای تەنۆلکەیی لە سەدەی ٢١-دا گەڕانە بە دوای داڕشتنێکی کوانتەمییانەی هێزی کێشکردن کە بکرێت بخرێتە نێو مۆدێلی ستاندارد.

هەرچەند ئەمە هێشتا هەر پێی دەگوترێت مۆدێل، بەڵام مۆدێلی ستاندارد بریتییە لە تیۆرییەکی بنچینەیی فیزیک کە بە باشی تاقیکراوەتەوە. فیزیکزانەکان ئەم تیۆرییە بۆ لێکدانەوە و ئەژمارکردنی بڕێکی زۆر لە کارلێکی نێوان تەنۆلکەکان و دیاردە کوانتەمییەکان بەکار دەهێنن. تاقیکردنەوە وردیی بەرزەکان بە بەردەوامی پشتڕاستی ئەو کاریگەرییە وردانە دەکەنەوە کە لە لایەن مۆدێلی ستانداردەوە پێشبینی دەکرێن.

تا ئێستا، گەورەترین سەرکەوتنی مۆدێلی ستاندارد، یەکخستنی هێزی کارۆموگناتیسی و هێزی ناوکی لاواز بووە بۆ هێزێک کە پێی دەگوترێت هێزی کارۆلاواز. ئەم یەکخستنە دەستکەوتێکی مەزنە کە دەکرێت بەراورد بکرێت بە یەکخستنی هێزی کارەبایی و موگناتیسی بۆ تاکە تیۆرییەکی کارۆموگناتیسی لە لایەن جەیمس ماکسوێڵەوە لە سەدەی ١٩-دا. فیزیکزانەکان پێیان وایە دەکرێت هەموو هێزەکان لە تیۆرییەکی مەزنی یەکخستندا بخرێنە لای یەک و بە یەک تیۆری وەسف بکرێن.

سەرچاوە:
https://www.fnal.gov/pub/science/particle-physics-101/science-matter-energy-space-time.html

*ئەم بابەتە بەشی یەکەمی زنجیرە بابەتێکە بە ناونیشانی سەرەتایەک بۆ فیزیای تەنۆلکەیی، کلیک لەم لینکەی خوارەوە بکە بۆ خوێندنەوەی بەشی دووەم:
سەرەتایەک بۆ فیزیای تەنۆلکەیی، بەشی دووەم: دۆزینەوەکانی فیزیای تەنۆلکەیی چۆن ئەنجام دەدرێن؟