نسخة الفيديو النصية
في هذا الفيديو، سوف نتعرف على الكواركات، وهي نوع من الجسيمات الأساسية. وسنتعرف على خواص الكواركات وكيفية اتحادها لتكوين جسيمات أكبر مثل البروتون والنيوترون. هذه ذرة هليوم. وتحتوي نواتها على بروتونين ونيوترونين. ويحيط بالنواة إلكترونان موجودان في السحابة الإلكترونية. حسنًا، أي نوع من هذه الأنواع الثلاثة من الجسيمات جسيم أساسي أو أولي؟
الجسيمات الأساسية أو الأولية هي جسيمات غير مكونة من جسيمات أصغر. ربما تكون قد فكرت في أن البروتون والنيوترون والإلكترون كلها جسيمات أساسية. حسنًا، هذا ينطبق على الإلكترون، لكنه لا ينطبق على النيوترون والبروتون. إذا استطعنا تكبير هذه الجسيمات الثلاثة وإلقاء نظرة عليها بطريقة ما، فسنلاحظ أن كلًّا من البروتون والنيوترون مكون من ثلاثة جسيمات أصغر. وتعرف هذه الجسيمات الأساسية الصغرى التي تكون البروتون والنيوترون باسم الكواركات.
نلاحظ أيضًا في هذا الشكل أن هناك أنواعًا مختلفة من الكواركات. وتعرف الأنواع المختلفة من الكواركات باسم النكهات، ونعم هذا هو المصطلح العلمي. توجد ست نكهات للكواركات؛ وهي: علوي، وسفلي، وساحر، وغريب، وقمي، وقاعي. تشكل الكواركات معًا، وكذلك الجسيمات الأساسية الأخرى، ما يسمى بالنموذج القياسي. والنموذج القياسي مكون من بعض الجسيمات المألوفة لنا؛ مثل: الكواركات والإلكترون والفوتون، وكذلك من العديد من الجسيمات الأخرى التي ربما لم نرها من قبل.
تعرف الجسيمات الموجودة على اليسار في النموذج القياسي باسم الفرميونات. الفرميونات هي أساس تكوين المادة، تمامًا مثل الكوارك والإلكترون اللذين يكونان الذرات. أما الجسيمات الموجودة على اليمين في النموذج القياسي، فهي البوزونات. والبوزونات هي المسئولة عن قوى الطبيعة الأساسية. الفوتونات، على سبيل المثال، تنبعث أو تمتص كلما حدث تغير في الإشعاع الكهرومغناطيسي. لكن لا داعي للقلق بشأن تفاصيل النموذج القياسي؛ لأنه يناسب مجال فيزياء الجسيمات. حسنًا، دعونا الآن ننتقل إلى خواص الكواركات، وسنبدأ بالشحنة الكهربية.
للتعبير عن شحنة الكواركات، سنستخدم شحنات أولية، ويشار إليها بالحرف 𝑒. وللعلم، شحنة البروتون هي موجب واحد 𝑒، وشحنة الإلكترون هي سالب واحد 𝑒. وتعتمد الشحنة الكهربية للكواركات على نكهاتها. فالكواركات العلوي والساحر والقمي جميعها له شحنة تساوي موجب ثلثي 𝑒، في حين أن الكواركات السفلي والغريب والقاعي لها شحنات تساوي سالب ثلث 𝑒. في الطبيعة، الكواركات لا توجد بمفردها مطلقًا. وإنما تكون موجودة دائمًا في مجموعات بها كواركان أو ثلاثة كواركات. وترتبط الكواركات معًا بالقوة القوية. ومجموعة الكواركات المرتبطة معًا بالقوة القوية تنتج جسيمًا أكبر. هذه الجسيمات المكونة من الكواركات تعرف مجتمعة باسم الهدرونات. يوجد مثالان على الهدرونات مألوفان لنا؛ وهما البروتون والنيوترون.
دعونا نر أي كواركات تكون البروتون والنيوترون؟ البروتون مكون من كواركين علويين وكوارك سفلي واحد. والنيوترون مكون من كوارك علوي واحد وكواركين سفليين. يمكننا حساب شحنة البروتون والنيوترون باستخدام شحنات الكواركات التي تكون كلًّا منهما. يتكون البروتون من كواركين علويين، وشحنة كل منهما هي موجب ثلثي 𝑒، وكوارك سفلي شحنته سالب ثلث 𝑒. هذا يعطينا شحنة مقدارها موجب واحد للبروتون، وهو ما نتوقعه بالفعل. وإذا جمعنا شحنات الكوارك العلوي والكواركين السفليين اللذين يكونان النيوترون، فسنحصل على صفر، ومرة أخرى هذا هو ما نتوقعه لشحنة النيوترون.
حسنًا، لقد تعلمنا ماهية الكواركات، ونكهات الكواركات المختلفة، وخواصها. دعونا إذن نختبر معلوماتنا من خلال سؤال.
أي من الآتي ليس أحد أنواع الكواركات؟ (أ) علوي، (ب) قاعي، (ج) غريب، (د) أيسر، (هـ) سفلي.
حسنًا، الكواركات هي نوع من الجسيمات الأساسية. وتتحد الكواركات لتكوين جسيمات أخرى؛ مثل: البروتون والنيوترون. توجد ستة أنواع من الكواركات، وتعرف باسم النكهات. النكهات المختلفة للكواركات هي: علوي، وسفلي، وساحر، وغريب، وقمي، وقاعي. مطلوب منا في هذا السؤال تحديد أي خيار ليس من أنواع الكوارك أو نكهاته. بالنظر إلى خيارات الإجابة، نجد أنه على الرغم من أن العديد من الكواركات لها أسماء اتجاهات، فإن الاتجاه الأيسر ليس أحدها.
جسيم مركب مكون من كواركين علويين وكوارك سفلي. ما الشحنة الكهربية الكلية لهذا الجسيم؟
الكوارك هو نوع من الجسيمات الأساسية. الجسيم الأساسي هو الجسيم الذي لا يتكون من جسيمات أصغر. في الطبيعة، لا توجد الكواركات بمفردها مطلقًا. فهي تتحد لتكون جسيمات أخرى أكبر. إذن الجسيم المركب في هذا السؤال مكون من كواركين علويين وكوارك سفلي. الجسيم الذي يتكون من كواركين علويين وكوارك سفلي هو البروتون. والشحنة الكهربية الكلية للبروتون هي موجب واحد.
إذا لم نحدد أن هذا الجسيم المركب هو البروتون، فسيظل بإمكاننا الإجابة عن هذا السؤال. يمكننا حساب الشحنة الكهربية الكلية للجسيم باستخدام شحنات الكواركات. شحنة الكوارك العلوي هي موجب ثلثين، وشحنة الكوارك السفلي هي سالب ثلث. وإذا جمعنا شحنات الكواركات التي تكون الجسيم المركب، فسنحصل على موجب واحد. إذن بأي طريقة من طريقتي حل هذا السؤال، نجد أن الشحنة الكهربية الكلية للجسيم المركب هي موجب واحد.
والآن دعونا نلخص النقاط الرئيسية في هذا الفيديو. الكواركات هي نوع من الجسيمات الأساسية التي تتكون منها البروتونات والنيوترونات. توجد ستة أنواع من الكواركات، وتعرف باسم النكهات. نكهات الكواركات الست هي: علوي، وسفلي، وساحر، وغريب، وقمي، وقاعي. شحنة كل من الكوارك العلوي والساحر والقمي هي موجب ثلثي 𝑒، وشحنة كل من الكوارك السفلي والغريب والقاعي هي سالب ثلث 𝑒. البروتونات مكونة من كواركين علويين وكوارك سفلي، في حين أن النيوترونات مكونة من كوارك علوي وكواركين سفليين.
