بعض الجسيمات الأولية معروفة منذ زمن طويل، حيث يتم نقل الضوء وأشكال أخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة الفوتونات، والتي كانت معروفة منذ الأيام الأولى لميكانيكا الكم.
ما هي خصائص الجزيئات
تحتوي الجسيمات الأولية على القليل من الخصائص القابلة للقياس بشكل مدهش، حيث أن البروتونات والنيوترونات والإلكترونات معروفة في الكيمياء، وتتكون الذرات كلها من سحابة من الإلكترونات حول نواة موجبة الشحنة تتكون من البروتونات والنيوترونات، حيث يجدر النظر إلى المنطق الذي يؤدي إلى استنتاج مفاده أن النوى مركبة.
الخصائص الكمية للجزيئات القابلة للقياس
عندما يمكن وصف خاصية الجسيم بعدد صحيح واحد أو جزء بسيط، فإنه كثيرًا ما يطلق عليه رقم كمي؛ وهناك عدد قليل من الأرقام الكمية التي تحتاج لمعلومات أساسية ومعينة لكي يتم توضيحها.
مثل الأجسام العيانية، يمكن للجسيمات أن تمتلك طاقة وزخمًا، ومع ذلك لا يمكنك استخدام أيٍّ منهما مباشرةً للتوصل لنوع الجسيم الذي تتعامل معه؛ ونظرًا لأن كل الجسيمات يمكن أن يكون لها العديد من الطاقات والعزم المختلفة؛ ولأن العلماء قاموا بتوصيف الجسيمات فإنه لن يتم التعامل مع الطاقة والزخم كثيرًا.
كتلة الجزيئات
كتلة الجسيم، تمامًا مثل كتلة الجسم العياني، تخبر بمدى سهولة أو صعوبة تغيير سرعة الجسم، ومع ذلك يكاد يكون من المستحيل دائمًا قياس كتلة الجسيم، مما يؤدي إلى ضرورة استخدام معادلة أينشتاين (E = Mc 2) لتحويل قياسات الطاقة إلى قياس للكتلة، حيث أن c هي سرعة الضوء.
شحنة الجزيئات
تحدد شحنة الجسيم حجم القوى الكهرومغناطيسية التي تمارس على هذا الجسيم أو بواسطته، والعلاقة الدقيقة هي أن القوة التي يمارسها جسيم الشحنة Q 1 على جسيم آخر من الشحنة Q 2 (أو العكس) تُعطى بواسطة ( F = k Q 1 Q 2 / r 2)، حيثr هي المسافة بين الشحنات و k ثابت يمكن البحث عنه عند الحاجة إليه، حيث أن النقطة المهمة هي أنه إذا تم مضاعفة الشحنة دون تغيير المسافة فإنه سوف تتضاعف القوة، ومكن قياس القوى المفروضة على الشحنات، على الرغم من أنها غير مباشرة إلى حد ما، لذلك يمكن قياس شحنة الجسيم بسهولة أيضًا.
دوران الجزيئات
يقال أن أي جسم يدور حول آخر أو يدور حول محور داخلي لديه زخم زاوي، حيث يتناسب مقدار الزخم الزاوي مع سرعة الدوران وكتلة الجسم ويعتمد المقدار أيضًا على توزيع الكتلة حول محور الدوران.
في العديد من الظروف، لا يتغير مقدار الزخم الزاوي في نظام كامل من الجسيمات بمرور الوقت، فإذا كان الزخم الزاوي يأتي بالكامل من الدوران حول محور داخلي، فعادةً ما يطلق عليه الدوران، ومن تعقيد ميكانيكا الكم نجد أن هناك أيضًا دورانًا يساهم في الزخم الزاوي لجسيم أولي ولكنه لا يساهم في ذلك حيث تمثل دوران داخلي.
وتسمى هذه الكمية بالدوران الجوهري وتعمل تمامًا بنفس الطريقة التي تعمل بها إذا كانت ناتجة بالفعل عن دوران داخلي، ويعد الدوران الداخلي للجسيم أحد المتغيرات التي تميز نوع الجسيم الذي تشاهده، حيث يمكن قياس ذلك بالوحدات التي تجعل دوران البروتون أو الإلكترون 1/2 بالضبط.
في هذه الوحدات، تتطلب ميكانيكا الكم أن تكون جميع السينات صفر، أو عددًا صحيحًا، أو نصف عدد صحيح فردي، وقال عالم فيزيائي أنه لاحقا سوف يتم التعامل بشكل كامل تقريبًا مع الدورات الصغيرة: 0، 1/2، 1، 3/2، و 2.
عمر الجزيئات
تختفي معظم الجسيمات في النهاية تاركة وراءها جسيمين أو أكثر تكون كتلتها أقل من كتلة الجسيم الأصلي؛ حيث تسمى هذه العملية الاضمحلال، ويحدث ذلك بمتوسط عمر مميز، مما يعني أنه إذا كان لديك عدد من الجسيمات الأصلية في وقت معين، فبعد عمر واحد، يتحلل نصفها.
تسمى الجسيمات المتبقية بعد الاضمحلال نواتج الاضمحلال ومجموعة نواتج الاضمحلال هي وضع الاضمحلال، وتسمى الجسيمات التي لا تتحلل بالثبات، حيث تحتوي معظم الجسيمات غير المستقرة على أكثر من وضع تحلل محتمل، وقد يكون بعضها أكثر شيوعًا من البعض الآخر.
في جدول الجسيمات تم إدراج واحد أو اثنين من أكثر أوضاع الانحلال شيوعًا، ولكن عادةً ما يكون هناك العديد من أوضاع الانحلال التي تركت، حيث لا يشير العمر إلى أي وضع اضمحلال واحد، بل هو الوقت اللازم لنصف الجسيمات لتتحلل بأي وضع على الإطلاق، وينتج الانحلال عن قوة أو أخرى، ويعطي طول العمر ومدى احتمالية أي وضع تحلل معين دليلًا على القوة المسؤولة عن هذا الوضع.
تمتلك الجسيمات الأساسية خصائص مثل الشحنة الكهربائية واللف المغزلي والكتلة، والمغناطيسية وخصائص معقدة أخرى، ولكنها تعتبر شبيهة بالنقطة، حيث تتضمن جميع النظريات في فيزياء الجسيمات ميكانيكا الكم، حيث يكون التناظر ذا أهمية أساسية في فيزياء الكم.
