الجسيم الأولي دون الذري تاو - Tau particle

ما هو الجسيم الأولي دون الذري تاو – Tau particle؟

“تاو”، (Tau)، جسيم أولي دون ذري يشبه الإلكترون ولكنّه يعتبر أثقل بمقدار (3477) مرة، مثل الإلكترون والميون، فإنّ (tau) هو جسيم يكون مشحون كهربائيًا من عائلة اللبتونات (lepton)، من الجسيمات دون الذرية، “تاو” ذو شحنة سالبة، في حين أنّ الجسيم المضاد له يكون ذو شحنة موجبة.

نظرًا لكونه ضخمًا جدًا، فإنّ (tau) غير مستقر، بمتوسط عمر يبلغ (2.9 × 10⁻¹³) ثانية، ويتحلل بسهولة عبر القوة الضعيفة إلى جسيمات أخرى، يرتبط (tau)، مثل الإلكترون والميون، مع ليبتون محايد متناظر، وهو “تاو نيوترينو” (tau-neutrino)، والذي يتم إنتاجه في أي تفاعل تحلل لجسيم “تاو”.

تمّ اكتشاف الجسيم دون الذري “تاو” من خلال ملاحظات اضمحلال للجسيمات الأولية الميون والإلكترون من قبل مجموعة من العلماء بقيادة العالم “مارتن بيرل”، أطلق العالم “بيرل” على الجسيم الذري الناتج اسم “اللبتون المشحون الثالث”، في عام (2000)، وفي مختبر (Fermi National Accelerator Laboratory)، تم اكتشاف وجود (tau-neutrino)، الشريك (elusive) لـ (tau).

ما هي اللبتونات المشحونة؟

اللبتونات المشحونة تتضمن “الإلكترون، الميون، تاو”، بشكل عام، يعتبر الجسيم دون الذري الأكثر شيوعًا لدينا هو الإلكترون، وهو مكون الذرات الذي يجعل الترابط بين الذرات والتفاعلات الكيميائية، ممكنًا، وأيضًا يعتبر الإلكترون أول جسيم تم اكتشافه، وتبلغ شحنته السالبة (1.6 × 10⁻¹⁹) كولوم وتعتبر هي الوحدة الأساسية للشحنة الكهربائية.

يعتبر الإلكترون، بكتلة مقدارها (0.511) ميغا إلكترون فولت (MeV; 10⁶ eV)، هو الأخف وزناً من غيره من اللبتونات المشحونة الأخرى، ويعتبر الميون هو اللبتون المشحون الأثقل وزنًا، وتبلغ كتلته (106 MeV) ميغا إلكترون فولت، وهي أكبر من كتلة الإلكترون بحوالي (200) مرة، ولكنّها تعتبر أقل بكثير من كتلة البروتون التي تبلغ (938 MeV) ميغا إلكترون فولت.

على عكس الإلكترون، الذي يعتبر مستقر تمامًا، يتحلل الميون بعد متوسط عمر تقريبًا (2.2) جزء من المليون من الثانية إلى إلكترون ونيوترينو ومضاد النيوترينو، تعتبر هذه العملية، مثل تحلل بيتا للنيوترون إلى بروتون، وإلى إلكترون، وأيضًا مضاد نيوترينو، تحدث هذه العملية بسبب القوة الضعيفة، ومن التجارب يظهر لنا أنّ القوة الجوهرية للتفاعل الأولي هي نفسها في نوعي الاضمحلال، وبالتالي نكتشف أنّ القوة الضعيفة تعمل بنفس الشكل على اللبتونات.

شرح الجسيم الأولي دون الذري تاو:

النوع الثالث الأثقل من اللبتون المشحون يدعى “تاو”، ولديه كتلة مقدارها (1،777) ميغا إلكترون فولت، وهو يعتبر أثقل من البروتون وله عمر افتراضي قصير جدًا حوالي (10⁻¹³) ثانية، التاو (tau) له نيوترينو مرتبط به، يمكن أن يتحلل (tau) إلى ميون، بالإضافة إلى وجود (tau-neutrino) و(muon-antineutrino)؛ وأيضًا يمكن أن يتحلل التاو مباشرة ليصبح إلكترون، بالإضافة إلى نيوترينو تاو والإلكترون المضاد له، نظرًا لأنّ (tau) ثقيل، ويمكن أن يتحلل إلى جسيمات تحتوي على “كواركات” (quarks).

اكتشاف الجسيم الأولي دون الذري تاو:

“تاو” هي إحدى اللبنات الأساسية لكل مادة، إنّه الثاني عشر والأخير من الجسيمات الصغيرة الموصوفة في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات التي تمّ تأكيدها في التجارب، قال العالم “بيرل” إنّه قد تكون هناك أنواع أخرى من النيوترينوات، لكن لم يتم تحديدها أو حتى وضع نظريات لها، العثور على “تاو” ليس له تطبيقات عملية فورية، النيوترينوات تندفع في كل مكان وطوال الوقت بسرعة الضوء تقريبًا، في كل ثانية، تمر تريليونات من خلالنا جميعًا وعلى الأرض نفسها.

“نيوترينو تاو” هو النوع الثالث وربما الأخير من النيوترينو الذي يتم العثور عليه، تمّ اكتشاف النوعين الأولين، “نيوترينوات الإلكترون” و”نيوترينوات الميون”، في عامي (1956) و(1962)، في عام (1978)، اكتشفت الاختبارات التي أجراها “بيرل” وآخرون في ستانفورد وجود فئة أخرى من الجسيمات دون الذرية، وهي “تاو ليبتون”، هذا يشير إلى وجود “نيوترينو تاو” أيضًا، لأنّ النيوترينوات هي سابقة للبتونات، لكن العثور على “نيوترينو تاو” كان أكثر صعوبة.

بدأت العمليات الحسابية في عام (1993)، في عام (1997) ميلادي، أطلق العلماء الذين يستخدمون مسرع الجسيمات على شكل حلقة في مختبر فيرمي شعاع نيوترينو مكثف في كاشف بطول (3) أقدام يتكون من ألواح حديد مطلية بطبقة حساسة، ثمّ قام العلماء بتحليل (6) ملايين طبعة متبقية على الطلاء.

استخدم الباحثون كاميرات فيديو مدعومة بالكمبيوتر لإنشاء صور ثلاثية الأبعاد لمسارات الجسيمات، قاموا بتضييق نطاق المجال ووجدوا أربعة مسارات واضحة “لتاو ليبتون” يقول العلماء إنّها ناجمة عن اصطدامات “تاو نيوترينو”، كانت التجربة تسمّى المراقبة المباشرة لـ (Nu Tau).