« الجزء التاسع من سلسلة « رحلة الى الجسيمات الأولية

سنتحدث في هذا الجزء عن الكوراكات السفلية والعلوية وعن مميزاتها وعن الدور الذي تلعبه هذه الجسيمات في تكوين المادة  . وقبل الدخول في هذا الموضوع مباشرة سنحاول ان نتحدث  قليلا في البداية عن دلائل وجود الإلكترونات  لتكون مدخلا لموضوعنا هذا .

 

كان إنبعاث الضوء بأطوال موجية  مختلفة من طرف العناصر الذرية على شكل ألوان متباينة وغير متصلة عكس ألوان قوس قزح المتصلة ، أولى الدلائل على وجود إلكترونات داخل الذرة . تسمى هذه  الألوان بالطيف الذري ، او الخطوط الطيفية أو الطيف المنفصل . وقد بينت لنا ميكانيك الكم  في الوقت الحالي هذه الظاهرة  بشكل جيد حيث أن للذرة مستويات طاقة محددة تسمى مدارات تتوزع فيها الالكترونات بطريقة معينة.  عندما تكتسب هذه الالكترونات طاقة محددة فإنها تنتقل إلى مستويات طاقة أعلى وعندها تصبح الذرة في حالة اثارة.  تزداد درجة اثارة الذرة كلما انتقلت الالكترونات إلى مدارات ذات طاقات اعلى وهكذا . أما عندما تكون الإلكترونات في مدارات ذات طاقات أدنى نقول إن الذرة في الحالة الأساسية ( او الحالة القاعية ) .

 

يحتل الإلكترون عادة مستوي طاقة  الحالة الأساسية الذي يوافق  المستوى الأول  n= 1 و  تسمى هذه الحالة أحيانا الحالة الأرضية حيث لا يمكن لطاقة الإلكترون تقل عنها . وقد ترتفع طاقة الإلكترون عن طريق الإثارة من الخارج واكتسابه طاقة ترفعه إلى المدار  n=2 . وتسمي تلك الحالة حالة إثارة  نقول إن الذرة في حالة إثارة  وهي تعني أن الإلكترون مثار  وغير مستقر  فيبقى  في حالة الإثارة فترة زمنية قصيرة حيث يفضل الهبوط إلى مداره الأرضي حتى تستقر الذرة . ويحدث ذلك  عن طريق اصدار الطاقة التي اكتسبها من قبل والتي رفعته من مداره n=1 إلى المدار n=2 .

 

 

والفارق في الطاقة بين المدارين او الحالتين يساوي طاقة فوتون الذي جرى إطلاقه أو إمتصاصه خلال العملية . ويظهر ذلك في الشكل أعلاه حيث ينطلق من الذرة فوتون أو شعاع ضوئي له تردد محدد , وهكذا تفسر ميكانيك الكم ظهور أطياف ذرية  ضوئية نتيجة إختلاف مستويات الطاقة والتي تتحدد وفق طبيعة القوى الكهربائية والمغنطيسية التي تربط الإلكترونات بالنواة المركزية. وتحديدا في أبسط الذرات  ( الهيدروجين )  مثلا وفق شدة القوة الكهربائية بين الألكترون والبروتون التي تتناسب مع مربع المسافة بينهما .

وبنفس المنطق في الخمسينيات  والستينيات من القرن العشرين أكتشف العديد من الجسيمات المشابهة للبروتون  لكنها أثقل وقصيرة العمر تعرف باسم « التجاوبات  » .  وان البرتونات والنوترونات تتألف من الكوراكات …إلا ان الأمر لم يكن  بمثل هذا الوضوح وقتها.  إن حركة الكواركات   هي التي تمنح للبرتونات والنوترونات احجامها وهي التي تزودها بشحناتها الكهربائية وخواصها المغنطيسية . رغم ان الشحنات الإجمالية للكوراكات التي تؤلف النوترونات  منعدمة إلا مغنطيسيتها المنفردة باقية وهو ما يؤدي الى وجود العزم المغنطيسي للنوترون . عندما تكون الكواركات في الحالة الأدنى للطاقة تنشأ البروتونات والنوترنات اما عندما يتم إستثارة الكواركات الى مستوى اعلى من الطاقة داخل نطاق الجهد الكهربائي الذي يربط بينها ، تتكون التجاوبات القصيرة العمر، التي تتحل بدورها بعد مدة وجيزة الى حالتها الأصلية أي الى البروتونات أو النوترونات مجددا بعد إنبعاث فوتونات أوجسيمات اخرى كما سنرى في الفقرات الموالية إن شاء الله . وهكذا تكون الدراسة الطيفية لحالات التجاوبات القصيرة العمر ناتجة عن إستثارة الكواركات المؤلفة للبرتونات . 

اما الإلكترونات عندما يتم تزويدها  بالمزيد و المزيد من الطاقة ، تندفع خارج الذرة لتتأين الذرة ونقول إن الذرة « مؤينة  » ورأيتنا فيا لأجزاء السابقة كيف ان درجة حرارة قدرها  10⁴ درجات كلفينية توفر الطاقة اللازمة لتأيين الذرات كما هوالحال أيضا  داخل الشمس  . 

لم يتمكن احد من تايين بروتون وتحرير  احد الكوراكات المكونة له على نحو منفصل بسبب طبيعة القوى بين الكواركات . فالمستويات المستثارة قصيرة العمر سرعان ما تعود الى الحالة الأساسية ( البروتون او النوترون ) وذلك عن طريق إنبعاث الطاقة الزائدة على شكل أشعة غاما .

 ولتكوين البروتون او النوترون نحتاج الى ثلاثة كواركات. وللكوراكات نوعان مختلفان يعرفان بالكوراكات العلوية والكواركات السفلية وعادة يشار لهما باختصار بu و d على الترتيب .. ويتكون البروتون من كواركين علويين وثالث سفلي فيما يتكون النوترون من كواركيين سفليين وثالث علوي ويرجع ذلك للميزة التي تمتلكها الكواركات : الشحنات الكهربائية .

يحمل الكوارك العلوي شحنة مقدارها  2/3  من الشحنة الموجبة للبرتون فيما يحمل الكوارك السفلي شحنة قدرها 3/1  -( شحنة سالبة) ومن هنا فأن الشحنة الإجماية للبروتون او النوترون هي مجموع الشحنات المنفردة للكوراكات .وبالتالي فإن البروتون عبارة عن كواركان علويان وكوارك سفلي أي 1  =  3/1  –  2/3  +  2/3  : أما النوترون فهو عبارة عن كواركان سفليان وكوارك علوي أي  0  =  3 /  1  – 3 /  1  –    2/3 .

 وسنتحدث في الجزء الموالي عن باقي المميزات والخصائص  لهذه الكواركات تابعونا …..

ذ . رشيــد جــنــكل