ما هو الكوارك

الكوارك هو جسيم أولي وهو من

لبنات المادة

الأساسية هو واللبتونات، وذلك طبقًا لنظرية النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، فكل شيء محيط بنا يتكون من بورتونات ونيترونات واللذان يتكونان من جسيم أصغر وهو الكوارك، و

هناك ستة نكهات للكوارك، وتستطيع هذه النكهات الأخذ بعين الاعتبار جميع الميزونات (mesons) والباريونات (baryons) المعروفة والتي يزيد عددها عن 200، و

يمكن لكل نكهة من هذه النكهات الست للكواركات أن تتمتع بعدد ثلاثة ألوان مختلفة، وتعمل قوى الكواركات كقوة جاذبة فقط في التجمعات عديمة اللون، والمكونة من ثلاث كواركات الباريونات وأزواج الكوارك والكوارك المضاد الميزونات.

يمتلك الكوارك

كتلة ولكن أبعادها متناهية الصغر، ويتم رصدها عند حدوث تصادم شديد بين البروتون والإلكترون، بالتالي لا يمكن أخذها على محمل الجد لأن العلم قد أظهر حاليًا أن الكواركات من المستحيل أن يتم عزلها لقياس كتلتها بطريقة مباشرة، ويتم قياس كتلة الكوارك بطريقة غير مباشرة عن طريق استخدام تجارب التشتت.

في عام 1960 عند استخدام بعض الباحثون

مركز مُسَرّع ستانفورد الخطي (SLAC)

وجدوا أن الإلكترونات قد تفرقت عن بعضها على نطاق واسع على غير المتوقع من الحسابات المعهودة، ولكن مع كثرة البحث في هذه الظاهرة وجدوا أن الإلكترونات قد تفرقت في ثلاث مواقع على الأقل، ولقد ظهرت الكواركات لأول مرة بعد تكون الكون 10-² ثانية، وفي نفس الفترة التي قد انفصلت فيها القوة الضعيفة عن القوة الكهرومغناطيسية، كما ظهرت الأجسام المضادة للجسيمات في نفس الوقت.

تمتلك الكواركات جسيمات مضادة مثلها مثل باقي الجسيمات الأولية، وتتميز هذه الكواركات وجسيماتها المضادة بتأثرهم مع بعضهم باستخدام القوى الأربعة الموجودة في الطبيعة، و

تشكل الكواركات معظم الجزء الداخلي للمادة، أما البروتون فيتكون من ثلاث كواركات: (u u d)، أما النيوترون فيتكون من ثلاث كواركات: (d d u)، وترتبط هذه الكواركات مع بعضها البعض بقوة شديدة يصعب فكها إلا في معجلات الجسيمات حيث تـحدث تصادمات شديدة ليتم فصلهم عن بعضهم البعض، وهذه القوى التي تربط الكواركات مع بعضها البعض تدرس في فرع من فروع علم الفيزياء يدعى ديناميكا لونية كمية.

أنواع الكواركات

يمتلك الكوارك 6 أنواع، ولكن علماء الفيزياء قاموا بتصنيفهم إلى ثلاثة أزواج وهما

لأعلى ولأسفل،

ساحر وغريب، قمي وقعري وسنتناول كلًا منهما تفصيلًا كما يلي:

لأعلى ولأسفل (up and down)

هذا النوع من الكواركات يعتبر أحد أكثر الأنواع شيوعًا كما يُعتبر أقلهم كتلة، وتُؤلف منه كلًا من البروتونات وأيضًا النيوترونات وبالتالي فإن معظم المادة تكون عادية (ordinary matter)K ويعتقد بعض العلماء أن عملية التفكك للنيوترون الحر تتم منا يأتي n→p++e−+ν¯en→p++e−+ν¯e

وعملية تفكك النواة تتم بوساطة تفكك بيتا وذلك وفقًا لعمليات مثل هذه: P32→S32+e−+v¯eP32→S32+e−+v¯e

وتلك العمليات تكون ناتجة عن عملية أساسية والتي تتضمن وجود كواركات بها، وهي: d→u+e−+v¯ed→u+e−+v¯e

الكوارك الغريب (strange Quark)

يقال أن في عام 1947 وأثناء القيام بدراسة التفاعلات التي تحدث للأشعة الكونية، اكتشف الباحثون أن أحد نواتج تصادمات البروتونات مع النواة يمتلك عمراً أطول من المتوقع: 10أس سالب 10ثانية بدلًا من 10 أس سالب 23 ثانية، وسُمي هذا الجسيم الغريب بجسيم λλ، وأُعطيت الخاصية التي تتسبب في استمرار حياته لفترة أطول من المتوقع اسم الغرابة، وعلق ذلك الاسم بأحد الكواركات التي يتألف منها جسيم لمدا. جسيم لمدا هو باريون مؤلف من ثلاث كواركات: كوارك علوي، وسفلي، وكوارك غريب.

الكوارك الساحر (charm quark)

يقال أنه تم اكتشاف ميزون تبلغ كتلته 3100 ميجا إلكترون فولت، أي أن كتلته أكبر من كتلة البروتون بثلاث مرات، ويعتبر هذا الجسيم هو أول الأمثلة التي أثبتت وجود الكوارك الساحر، ويتكون هذا الميزون من كوارك ساحر وكوارك ساحر مضاد، والميزون D هو أخف ميزون عُرف حتى الآن يمتلك كوارك من النوع الساحر.

الكوارك القمي(top quark)

في أبريل عام 1995 تم اكتشاف وجود الكوارك القمي بالأدلة، وتم إيجاد هذه الأدلة نتيجة حدوث تصادم بين بروتونات وصلت إلى 0.9 تيرا إلكترون فولت وبين بروتونات مضادة، وبعد حدوث التصادم وصلت كتلة الكوارك القمي إلى 174.3 جيجا إلكترون فولت وهذا الرقم أكبر 180 مرة من كتلة البروتون.

الكوارك القاعي(bottom quark)

تم اكتشافه عام 1977 وعرف بالميزون أبسيلون، وتبلغ كتلة الكوارك القاعي 5 جيجا إلكترون فولت مربع سرعة الضوء.

لماذا سمي الكوارك بهذا الاسم

تمت تسمية الكوارك بهذا الاسم بسبب العالم جيل مان والذي أطلق عليه هذا بعد سماعه لصوت البط، ولقد استغرق وقتًا حتى تتم الصياغة التي وصلتنا عن الكوارك، ولقد وجد هذه الكلمة في كتاب جيمس جويس تحت عنوان استيقاظ فيجانز.

أما في اللغة العربية فيدعى كوارك الركين مأخوذة من كلمة ركن وذلك لأن الكوارك هو لبنة من لبنات بناء المادة أو الجسيمات التي هي أكبر من الكوارك مثل البروتون.

أما سبب تسمية أنواع الكواركات نفشها أي النكهات، فلقد ذكرنا في السابق أن للكواركات ستة أنواع، ويعتبر أخف نوعين من الستة هما أب وداون والكوارك الثالث يُسمى غريب (strange)، ويرجع سبب تسميته بهذا الاسم إلى طول العمر الغريب الذي يمتكله الجسيم K المتواجد في هذا الكوارك، وهذا الجسيم K هو أول جسيم مركب تم وإيجاد فيه هذا الكوارك، بالنسبة للكوارك الرابع ساحر (CHARM) فلقد تم اكتشافه عام 1974 في كلًا من مركز ستانفورد مسرع الخطي وفي معمل بروكهافن القومي ومن الغرابة أن هذان الاكتشافام كانا في آنٍ واحد.

كان يطلق على الكوارك الخامس والسادس فيما مضى اسم الحق والجمال، مما يبدو لطيفًا جدًا وهذا أيضًا ما اعتقده علماء الفيزياء أيضًا بالتالي قاموا بإحفاء هذه التسمية، ولقد تمت عملية اكتشاف الكوارك القعري في معمل فيرمي القومي وذلك عام 1977 حيث وجدوه العلماء موجودًا في جسيم مركب يُسمى بأبسيلون (Y)، وأخيرًا الكوارك القمي والذي تم اكتشافه عام 1995 ويعتبر الكوارك القمي هو الأضخم بين جميع ما سبق.

ويكمن الاختلاف بين هذه الأنواع الستة في الاختلاف بين خصائص الشحنة وذلك بالإضافة إلى الاختلاف في خصائص الكتلة، ويُمكننا الجمع بين كل هذه الأنواع بمجموعات مكونة من زوج كما ذكرنا سابقًا وهما: العلوي والسفلي، القمي والقاعي، الغريب والساحر، ويُوجد كوارك مضاد لكل نوع من هؤلاء الكواركات السابقة؛ حيث يقوم الجسيم المضاد بحمل أعداد كمية مُعاكسة للأعداد الخاصة بالكوارك.

خصائص الكوارك

يخضع الكوارك لارتباطه الشديد بالقوة اللونية، حتى وإن كان موجودًا في حالة اكتفاء من الطاقة سيقوم الكوارك بانتاج كوارك مضاد ويرتبط به ليقوم بإنتاج جسيم الهادرون.
يعد الكوارك من الفيرمونات وذلك طبقًا لما تشير إليه الخصائص الخاصة به، ويتبع الكوارك مبدأ استبعاد باولي، وذلك لامتلاكه دوران معزلي غير صحيح حيث يكون إما +1/2 أو -1/2
تمتلك شحنة الكوارك عدد كسري على عكس البروتون والنيوترون ذلك لأن شحنتهما عدد صحيح سواء كان ذلك بالسالب أو بالموجب، بينما ا

لكوارك الأول في كل زوج من أزواج الأنواع الثلاثة يمتلك شحنة تساوي 2/3 من شحنة وحدة البروتون والكوارك الثاني لنفس الزوج يحمل شحنة -1/3، وهكذا في الأزواج الثلاثة.
لم يتمكن العلماء من قياس الكوارك وذلك لأن الطاقة التي ينتجها الكوارك تعادل ما ينتجه الجسم المضاد للكوارك وذلك قبل أن نتمكن من ملاحظة كل واحد منهما على حدى، و

من الأفضل أن يتم حساب كتلة الكوارك باستخدام تقنيات كالحاسوب العملاق وذلك لكي يقوم بمحاكاة التفاعلات بين الكوارك والجالون، وذلك لأن الجالونات تعمل على لصق الكواركات ببعضها البعض.
يحدث تغيير في لون الكوارك أثناء عملية التفاعل النووي القوي والذي يحدث به تبادل للجلونات وتمثل هذه الجالونات جسيمات أولية لا تمتلك كتلة وتمتلك هذه الجسيمات متجه معياري كما تحمل شحنات لونية وشحنات لونيّة مضادة.[1]