الجسيمات الغريبة (Strange Particles)

تم اكتشاف جسيمات جديدة هي: ∑، Λ، Ξ، K، وفي واقع الأمر فإن اكتشاف هذه الجسيمات وجسيمات أخرى جعلنا نصنف أمثال هذه الجسيمات حسب كتلها إلى مجموعتين رئيسيتين:

أ- الهايبرونات (Hyperons):

وهي الجسيمات التي تفرق كتلة كل منها كتلة البروتون وهذه تضم جسيمات مثل: ∑، Λ، Ξ، Ω.

ب- الميزونات الثقيلة (Heavy Mesons):

وهذه تضم الجسيمات التي تقع كتلها بين كتلة البايونات والنيوكليونات، وهي تضم ميزونات ^±K^o, K.

وقبل أن نخوض في خصائص هذه الجسيمات فإننا نتوقف عند تسمية هذه الجسيمات بالجسيمات الغريبة. وتكمن الغرابة هنا في عمر النصف لهذه الجسيمات. فمن المعروف أن هذه الجسيمات تنتج من تفاعلات قوية (Strong Interactions(تتميز بفترة زمنية تقع في حدود ^23-10 ثانية. ويمكن تقدير ذلك من مبدأ اللاتحديد، حيث نجد أن:

وحيث أن E△ تقع في حدود MeV 100 (للقوى النووية القوية) فإنه ينتج أن:

ومن الأمثلة على التفاعلات القوية التي تنتج عنها هذه الجسيمات ما يلي:

(1)     ................

(2)     ............

(3)     ...............

فإذا كانت هذه الجسيمات تنتج من تفاعلات قوية فلماذا إذن تتحلل بعمر نصف صغير ( 10^-10 S~). ولماذا تعيش هذه الجسيمات طويلا؟

ينبغي هنا أن نبين الفرق بين التفاعلات القوية والضعيفة فيما يخص عمر النصف ومساحة مقطع التفاعل:

1. في التفاعلات القوية نجد أن:

أ- عمر النصف لها قصير (10 ^-20 S)

ب- مساحة مقطع التفاعل كبيرة (احتمال التفاعل كبير).

2. في التفاعلات الضعيفة نجد أن:

أ- عمر النصف لها طويل (^10-10) أو أكبر.

ب- مساحة مقطع التفاعل صغيرة (احتمال التفاعل صغير).

يقع زمن تحلل هذه الجسيمات في مدى التفاعلات الضعيفة في حين أن مبدأ العكس (Reversibility) الصحيح يفترض أنه إذا نتجت جسيمات من تفاعلات قوية فإن عليها أن تتحلل بتفاعلات قوية أيضاً. ولكن هذه الجسيمات تتحلل بزمن يفوق زمن تكونها بقيمة تقدر بحوالي 10¹³ مرة هذا التصرف الغريب هو الذي أدى إلى تسمية هذه الجسيمات بالجسيمات الغريبة.

ولمعالجة هذه المشكلة إفترض بايس A .Pais وعلماء آخرون أن هذه الجسيمات تنتج في مجموعات تتكون من جسيمين أو أكثر. وهذا يعني أن التفاعلات القوية التي ينتج عنها الجسيمات الغريبة تؤثر على أكثر من جسيم واحد في نف الوقت. يعرف هذا المبدأ بالإنتاج المشترك Associated Production فمثلاً يمكن أن ينتج الجسيم وضديده (أنظر معادلة 1) أو جسيم مثل (K ميزون) وهايبررن (معادلة 3).

وبعد أن يتم إنتاج الجسيمات فإن تحلل كل منها يعتبر تفاعلاً بطيناً (هذا إذا لم يتقابل الجسيم مع ضديده ويفني كل منهما الآخر). كما وأنه في هذه الحالة نجد أن مبدأ العكس لا يزال سارياً تلقائياً وذلك لأن التفاعل القوي لا يمكن أن ينتج عنه تحللاً قوياً وذلك لنقص الطاقة، فالجسيم الغريب الذي نتج عن تفاعل قوي لا يمكنه أن يتحلل بتفاعل قوي نظراً لأنه لايملك الطاقة الكافية لذلك، ومن ثم فسوف تتحرك الجسيمات بعيداً عن بعضها البعض بعد لحظة الإنتاج، هذه الحركة تعني أنها ستأخذ زمناً ومن ثم يصبح تحللها ذو طبيعة ضعيفة.

لقد تم وضع عدة فروض تضم اعداداً كمية جديدة خاصة بهذه الجسيمات، فلو أخذنا تحلل جسيمات Λ. فإنه لتفسير ما يحدث، يفترض الآتي:

1)  Λ لها عددا كميا جديدا يعرف بعدد الغرابة (Strangness Q.No. (S.

بحيث 1 - = S لجسيم Λ (1 + = s لضديد Λ اي لجسيم Λ^-).

 2)    النيوكليونات والبايونات ليست جسيمات غريبة ومن ثم فإنه (S) لها تساوي صفراً.

3)     عدد الغرابة (S) كمية محفوظة في حالة التفاعلات القوية.

4)     عدد الغرابة (S) كمية غير محفوظة في حالة التفاعلات الضعيفة.

نبين في الجدول (1) كتل وأعمار النصف ورقم الغرابة لبعض الجسيمات الأولية كما ونبين في الجدول (2) التصنيف القديم للجسيمات حسب بعض الخصائص.