بررسی واکنش‌های هسته‌ای برای هسته‌های سبک با استفاده از مدل شبه کوارکی هسته...

 

چکیده

در این رساله مدل های هسته ای مطرح و نقاط قوت و ضعف این مدل ها مورد توجه و بررسی قرار گرفته است. همچنین واکنش هسته ای را مورد بررسی قرار دادیم. سپس با استفاده از مدل کوارک-گلوئونی، انرژی آزاد شده، سطح مقطع و آهنگ واکنش، واکنش های هسته ای محاسبه شد. نتایج به دست آمده با داده های تجربی مقایسه گردید. این مدل به خوبی می تواند این پدیده ها را توجیه کند و نتایج آن با نتایج تجربی هم خوانی خوبی دارد. لازم به ذکر است که پیش از این بر اساس مدل کوارک- گلوئونی اعداد جادویی به دست آمده و عدد جادویی 184 هم پیش بینی شده است و همچنین فرمولی ساده و متقارن برای انرژی بستگی هسته که تابع Z و N هسته می باشد،به دست آمده است. در این مدل هسته شامل پلاسمایی سوپ مانند از کوارک ها و گلوئون ها می باشد که می توان خواص هسته ها را با توجه به کوارک های محتوایی به جای نوکلئون ها به دست آورد. با توجه به نتایج به دست آمده، این تحقیق را می توان پژوهشی مفید و امیدوار کننده در مورد مدل کوارک - گلوئونی توصیف کرد.

کلیدواژگان: واکنش‌های هسته‌ای مدل شبه کوارکی هسته انرژی بستگی هسته‌ای

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: ذرات بنیادی

1-1- مقدمه 2

1-2- مدل استاندارد4

1-3- نیروهای چهار گانه 6

1-4- الکترو دینامیک کوانتومی ( QED 7

1-5- کرومودینامیک کوانتومی (QCD 9

1-6- بر همکنش های ضعیف12

1-6-1- لپتون ها12

1-6-2- کوارک ها 14

فصل دوم: مدل های هسته ای

2-1- مقدمه16

2-2- تاریخچه فیزیک هسته ای .................... 19

2-3- مدل قطره مایع............................. 19

2-3-1- فرمول نیمه تجربی جرم ................. 20

2-3-2- سهمی های جرم ......................... 23

2-4- مدل لایه ای ............................... 25

2-4-1- مدل لایه ای تک ذره ای ................. 26

2-4-2- مدل جفت شدگی اسپین _ مدار............. 28

عنوان صفحه

2-4-3- انرژی جفت شدگی در مدل پوسته ای ....... 30

2-4-4- دامنه موفقیت های مدل لایه ای .......... 31

فصل سوم: واکنش های هسته ای

3-1- مقدمه..................................... 33

3-2- واکنش های هسته ای ....................... 34

3-3- کاربرد قوانین پایستگی .................... 36

3-3-الف- انرژی واکنش های هسته ای .............. 37

3-3-ب- پایستگی تکانه خطی ...................... 38

3-3-ج- سایر قوانین پایستگی .................... 41

3-4- انواع واکنش های هسته ای .................. 42

3-5- سطح مقطع.................................. 44

فصل چهارم: مدل شبه کوارکی و نگرشی جدید به واکنش های هسته ای

4-1- مقدمه..................................... 47

4-2- مدل کوارکی و اعداد جادویی ................ 48

4-3- انرژی بستگی هسته ای براساس مدل شبه کوارکی 49

4-4- محاسبه ضریب پایداری هسته ( )............. 54

4-5- محاسبه انرژی آزاد شده واکنش های هسته ای بر اساس مدل شبه کوارک............................................... 55

4-6- سطح مقطع واکنش های هسته ای بر اساس مدل شبه - کوارک 59

4-7- آهنگ واکنش)Reaction Rate(واکنش های هسته ای بر اساس مدل

شبه کوارک ..................................... 70

عنوان صفحه

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری................................ 81

5-2- پیشنهادات................................. 82

فهرست منابع و ماخذ............................. 83

فهرست جدول‌ها

عنوان صفحه

جدول ( 1- 1 ): دسته بندی لپتون ها.............. 5

جدول ( 1-2 ): دسته بندی کوارک ها............... 6

جدول (4-1): مقایسه انرژی بستگی هسته ای در مدل (INM ) با مدل قطره مایع و داده های

تجربی......................................... 51

جدول(4-2): ضریب پایداری هسته ( ) برای هسته های مختلف 54

جدول (4-3): مقایسه انرژی آزاد شده در واکنش های هسته ای در مدل (INM) با مقادیر تجربی و مدل قطره مایع.......... 58

جدول (4-4): محاسبه سطح مقطع کوارک ها در انرژی های مختلف 62

جدول (4-5): سطح مقطع واکنش بر اساس مدل شبه کوارکی با در نظر گرفتن 20% کوارک دریا در انرژی‌های مختلف ........ 65

جدول (4-6): مقایسه سطح مقطع واکنش بر اساس مدل شبه کوارکی با در

نظر گرفتن 20% کوارک دریا با مقادیر تجربی در انرژی‌های مختلف وقتی پیوندهای کوارکی مشترک قبل و بعد از برخورد را در نظر بگیریم 67

جدول (4-7): مقایسه سطح مقطع واکنش بر اساس مدل شبه کوارک با در

نظر گرفتن 20 کوارک دریا با مقادیر تجربی در انرژی های مختلف، وقتی پیوند های کوارکی مشترک قبل و بعد از برخورد را در نظر بگیریم............................................... 69

جدول (4-8): مقایسه آهنگ واکنش بر اساس مدل شبه کوارک با در نظر گرفتن 20% کوارک دریا با مقدار تجربی........ 75

جدول (4-9): مقایسه آهنگ واکنش بر اساس مدل شبه کوارک با در نظر گرفتن 20% کوارک دریا با مقدار تجربی........ 78

فهرست شکل‌ها

عنوان صفحه

شکل ( 1- 1 ): سلسله مراتب ساختار ماده.......... 4

شکل (1-2): گره بنیادی.......................... 8

شکل (1-3): پراکندگی مولر....................... 8

شکل (1-4): پراکندگی باهاباها................... 9

شکل(1-5 ): گره کوارک – گلوئونی................. 10

شکل (1- 6 ): نمودارqq qq ..................... 10

شکل (1- 7 ): پایستگی رنگ در گره کوارک-گلوئونی.. 11

شکل(1-8): گره باردار بنیادی لپتونی............. 13

شکل (1-9): پراکندگی نوترینو و میوان............ 13

شکل (1- 10): گره خنثی بنیادی لپتونی............ 13

شکل (1-11 ): پراکندگی نوترینو و میوان.......... 14

شکل (1-12 ): گره باردار بنیادی کوارک........... 14

شکل (1-13 ): گره خنثی بنیادی کوارک............. 14

شکل (2-1): نمودار انرژی بستگی بر نوکلئون....... 20

شکل(2-2): نمودار توزیع هسته های پایدار......... 21

شکل (2-3): نمودار شماتیک سطوح انرژی............ 22

شکل (2-4): سهمی های جرمی....................... 24

شکل (2-5): ترازهای انرزی نوکلئون ها ........... 27

شکل ( 2-6): ترازهای انرژی در یک چاه پتانسیل گرد شده شامل یک شکافتگی قوی

اسپین – مدار................................... 30

شکل ( 3-1 ): رشته مراحل یک واکنش هسته ای بر طبق نظریه وایسکوف ............................................... 35

عنوان صفحه

شکل ( 3-2): واکنش هسته ای در سیستم آزمایشگاهی.. 39

شکل ( 3-3): واکنش هسته ای در سیستم مرکز جرم.... 40

شکل ( 3-4): آرایش اساسی تجربی برای تعیین سطح مقطع یک واکنش هسته ای............................................. 44

شکل (4-1): مدل کوارکی و اعداد جادویی........... 49

شکل (4-2): داده های تجربی انرژی بستگی هسته ای به ازای هر نوکلئون بر حسب عدد جرمی................................ 52

شکل(4-3): داده های انرژی بستگی هسته ای به ازای هر نوکلئون در مدل قطره مایع برحسب عدد جرمی....................... 53

شکل (4-4) : داده های انرژی بستگی هسته ای به ازای هر نوکلئون در مدل جامع هسته ای بر حسب عدد جرمی............... 53

فصل اول

1-1- مقدمه

تحقیقاتامروز فیزیکدانان ذرات بنیادی در پیچیده ترین دستگاهها نشان دهنده بلند پروازی بشر برای دستیابی به ساختارهای بنیادی عالم بوده است. جدول تناوبی عناصر از اولین کارهای اصولی بود که نشان می داد بلوک های سازنده ماده، بنیادی هستند و تعداد زیاد این عناصر و نظم جدول به زیر ساختارهای این مواد اشاره داشت. تا سال 1932 الکترون e، پروتون p، نوترون n به عنوان ساختارهای نهایی ماده شناخته شده بودند. نظریه ها همراه با تلاش های آزمایشگاهی در قرن اخیر، بشر را به دنیای باز هم ریزتر ( ذرات بنیادی سازنده عالم ) هدایت کرد: جهان کوارک ها، لپتون ها و بوزون های پیمانه ای [1].

دهه 1950 همچنین شاهد یک سری تحولات فناوری بود که طی آنها باریکه های پرانرژی ذرات در آزمایشگا هها تولید شد. در دهه 1960 این آزمایش ها منجر به کشف تعداد زیادی از ذرات ناپایدار با نیمه عمرهای بسیار کوتاه شد و نیاز به یک نظریه بنیادی برای حل حجم زیاد مشاهدات فراهم شده، احساس گردید. در اواسط دهه 1960مدل کوارکی برای این منظور ابداع گشت. موری گلمن و تقریبا به طور همزمان جورج زوایگ، مدلی را ارائه نمودند که در آن، این ذرات حالت مقیدی در سه نوع کوارک بودند. به این ترتیب کوارک ها به عنوان ذرات بنیادی تر مطرح شدند. نام کوارک اولین بار توسط گلمن پیشنهاد شد[1]. شواهد تجربی برای وجود کوارک ها به عنوان ذرات واقعی در دهه 1960 طی آزمایشاتی شبیه به آزمایشات رادرفورد به دست آمد. در این آزمایشها باریکه های پر انرژی الکترون و نوترینو به وسیله نوکلئون ها پراکنده می شدند. تحلیل توزیع زاویه ای ذرات پراکنده شده نشان داد که نوکلئون ها حالت‌های مقید سه جزء نقطه گونه با مشخصات شبیه کوارک های پیشنهاد شده هستند.

کوارک ها دارای بار کسری و می باشند. تصویر امروزه ما نیز بر همین اساس است. کوارک ها به همراه تعدادی از ذرات دیگر مثل الکترون ها و نوترینو ها واقعا بنیادی اند اما نوکلئون ها چنین نمی باشند [2 ].

طبق مدل کوارک تا به امروز ذرات شناخته شده را می توان در دو گروه جای داد:

1) لپتون ها: که در بر همکنش های قوی شرکت نمی کنند، مانند الکترون، و اسپین نیمه صحیح ( .. . . . و ) دارند.

2) هادرون ها: که ذرات شرکت کننده در بر همکنش های قوی و تشکیل شده از کوارک ها هستند. هادرون ها خود شامل مزون ها و باریون ها می شوند، و باریون ها هم شامل نوکلئون ها و هایپرون ها هستند.

مزون ها ذراتی با اسپین صحیح ( . . .و2و1و0 ) و حالت مقید جفت کوارک - پادکوارک می باشند و از آمار بوز - انیشتین تبعیت می کنند. باریون ها اسپین نیمه صحیح ( . . . و ) دارند و آمار فرمی - دیراک در مورد آنها صدق می کند و از سه کوارک qqq یا سه پادکوارک ساخته شده اند.

پروتون و نوترون جزء نوکلئون ها هستند و پروتون از سه کوارک uud و نوترون از سه کوارک udd ساخته شده اند [1].

شکل (1-1) مقیاس های متفاوت در سلسله مراتب ساختار ماده را نشان می دهد. با افزایش انرژی، ساختارهای کوچک و کوچک تر قابل مشاهده اند: هسته، نوکلئون ها، کوارک ها [3 ]

شکل ( 1- 1 ): سلسله مراتب ساختار ماده

1-2- مدل استاندارد

بهترین نظریه ذرات بنیادی که در زمان حاضر در اختیار داریم، مدل استاندارد نامیده می شود. هدف این نظریه، تبیین کلیه پدیده های مرتبط با ذرات بنیادی ( به جز کوانتوم های گرانش ) از طریق بررسی ویژگی های ذرات و بر همکنش های بین آنهاست. ذرات بنیادی به عنوان موجوداتی نقطه ای و فاقد ساختار یا حالت های بر انگیخته تعریف می شوند. بنابراین، فیزیک ذرات بنیادی بر خلاف فیزیک هسته ای، تنها از یک نظریه برای تفسیر داده های خود استفاده می کند [4].

از دیدگاه کنونی، تمام مواد از سه نوع ذره بنیادی ساخته شده است: لپتون ها، کوارک ها و واسطه ها. شش لپتون که بر حسب بار خود ( (Qعدد الکترونی ( ) عدد میوآنی ( ) و عدد تاو ( ) رده بندی می شوند. آنها طبیعتا به سه خانواده (یا نسل ) تقسیم بندی می شوند (جدول (1-1)).

همچنین شش آنتی لپتون وجود دارد که تمام علامت های بار و و و آنها برعکس است. مثلا پوزیترون دارای بار 1+ و عدد الکترونی 1- است. از این رو، 12 لپتون وجود دارد.

جدول ( 1- 1 ): دسته بندی لپتون ه

به همین ترتیب 6 طعم کوارک وجود داردکه بسته به بار، بالا ( U )، پایین (D )، شگفتی ( S )، افسون ( C)، زیبایی (B ) و حقیقت (T ) رده بندی شده اند (جدول (1-2 )). کوارک ها نیز سه نسل دارند. برای آنتی کوارک ها نیز تمام نشانه ها به نشانه های مخالف خود تبدیل می شوند. در ضمن، هر کوارک و آنتی کوارک به سه رنگ یافت می شوند. از این رو شمار آنها 36 عدد است.

سرانجام هر اندر کنشی واسطه ای دارد: فوتون برای نیروی الکترو مغناطیسی، دو بوزون W و یک بوزون Z برای نیروی ضعیف، گراویتون برای جاذبه، و گلوئون برای نیروی قوی. در مدل استاندارد هشت گلوئون مشابه وجود دارد که خود گلوبال ها رنگ دارند و نباید به صورت منفرد یافت شوند.

تعداد کل ذرات بنیادی عبارتند از: 12 لپتون، 36کوارک، 12 واسطه (بدون در نظر گرفتن گراویتون، چون این ذره در مدل استاندارد نیست ).

جدول ( 1-2 ): دسته بندی کوارک ها

تئوری گلاشو- واینبرگ- سلام نیز دست کم یک ذره هیگز را پیش بینی می کند، بنابراین روی هم رفته 61 ذره وجود دارد. تجربه به ما می آموزدکه نخست اتم و سپس هسته و هم اکنون هادرون ها مرکب بوده اند و خیلی ها بر این باورندکه شماری از این 61 ذره نیز خود مرکب اند [1].

1-3- نیروهای چهار گانه

همه بر همکنش های موجود توسط چهار نیروی اساسی طبیعت توصیف می شوند: قوی، الکترومغناطیسی، ضعیف و جاذبه. به هر یک از این نیروها یک تئوری فیزیکی تعلق می گیرد.

تئوری کلاسیکی نیروی جاذبه توسط قوانین جهانی جاذبه نیوتن توصیف می شود و تعمیم نسبیتی آن نظریه نسبیت عام انیشتین است.

تئوری توصیف کننده نیروی الکترومغناطیسی، الکترودینامیک است که فرمول بندی کلاسیکی آن توسط ماکسول ارائه شده و تئوری کوانتومی آن در سال 1940 توسط فاینمن، توماناگا و شوینگر کامل شد.

تئوری اولیه نیروی ضعیف که ابتدا برای فیزیک کلاسیک نا شناخته بود توسط فرمی در سال 1933 ارائه شد و با کارهای لی و یانگ، فاینمن و گلمن و چند نفر دیگر تصحیح شد و در دهه شصت توسط گلاشو، واینبرگ و سلام کامل گردید و امروزه دینامیک طعم[2] نامیده می شود.

نیروی قوی تا پیدایش ناگهانی نظریه کوانتوم کرومودینامیک[3] ( ( QCDدر دهه هفتاد ( صرفه نظر از کار یوکاوا در سال 1934 ) توصیفی نداشت.

نظریه مربوط به هر کدام از این نیرو ها با مبادله ذرات واسطه توصیف می شود: واسطه در نیروی گرانش، گراویتون[4]و در نیروی الکترو مغناطیسی فوتون[5] است. نیروی ضعیف به وسیله بوزون های برداری واسطه[6] Z و مبادله می شوند و در نیروی قوی گلوئون ها[7] این نقش را بازی می کنند [1].

1-4- الکترو دینامیک کوانتومی ( QED )

الکترودینامیک کوانتومی کهن ترین و موفق ترین نظریه در زمینه دینامیک است و سایر نظریه ها نیز بر اساس همین نظریه طرح ریزی شده اند. تمام پدیده های الکترومغناطیسی سرانجام به مرحله اصلی زیر (شکل (1-2)) تبدیل می شوند.

شکل (1-2): گره بنیادی

این شکل بیان می کند: ذره باردار الکترون وارد می شود و فوتون را جذب و یا دفع می کند و سپس خارج می شود.

در مراحل پیچیده تر، دو یا چند گره راس اولیه را به هم وصل می کنیم، به عنوان مثال شکل زیر را در نظر بگیرید:

شکل (1-3): پراکندگی مولر

در اینجا دو الکترون وارد می شوند و یک فوتون بین آنها رد و بدل می شود و سپس هر دو خارج می شوند. این شکل بر همکنش بین دو الکترون را نشان می دهد. در نظریه کلاسیک، آن را دافعه کولمب میان بارهای هم نام می گوییم(شکل (1-3)). در QED این فرایند پراکندگی مولر نام دارد.

شکل (1-4): پراکندگی باهاباها

قانون این است که خط حاوی ذره که در زمان به سمت عقب حرکت می کند، به عنوان پادذره است که به جلو حرکت می کند. بنابراین در این مرحله یک الکترون و یک پوزیترون خنثی می شوند تا یک فوتون را تشکیل دهند و این فوتون نیز به نوبه خود یک جفت الکترون و پوزیترون دیگر تولید می کند. این پدیده بر همکنش بین دو بار غیر هم نام یعنی جذب کولمب را نمایش می دهد. در QED این فرایند، پراکندگی باهاباها نامیده می شود (شکل (1-4)). با کاربرد فقط دو گره می توان نمودارهای دیگری را نیز ساخت.

اگر ما گره های بیشتری را وارد کنیم امکان تشکیل نمودارهای گوناگون به سرعت افزایش می یابد. البته برای هر بر همکنش بی نهایت نمودار فاینمن وجود دارد. خوشبختانه هر گره در نمودار فاینمن نمایانگر یک فاکتور از = ( = است و به علت کوچک بودن این عدد نمودارهای با گره های بیشتر، سهم کمتری در محاسبات دارند [1].

1-5- کرومودینامیک کوانتومی (QCD )

کوانتوم کرومودینامیک یک بخش مهم از نظریه مدل استاندارد است که توصیف کننده بر همکنش های قوی کوارک ها و گلوئون ها است. نظریه شامل سه طعم کوارک سبک s و d و u و سه طعم کوارک سنگین c و b و t با اسپین است. بر خلاف QED در اینجا واسطه ها مستقیما با هم برهمکنش دارند و ذرات واسطه بدون جرم اند، رنگ دارند ولی بدون طعم فرض می شوند.

این تئوری دارای دو خصوصیت است:

اول اینکه در محدوده فواصل زیاد بین کوارک ها جفتیدگی مؤثر بسیار بزرگ می شود و منجر به پیدایش محبوسیت[8] می شود. به این معنی که کوارک ها برای همیشه درون هادرون ها محبوسند. خصوصیت دیگر QCD آزادی مجانبی[9] است. به این معنی که ثابت جفتیدگی در برهمکنش های انرژی بالا (که معادل فواصل کوتاهتر است ) کوچکتر می شود و در انرژی های کم یا فواصل زیاد، بزرگ می شود [5].

برهمکنش قوی می تواند با یک پتانسیل تجربی مشخص شود:

V_s = + br (1-1)

r فاصله میان کوارک ها و a و b ضرایبی با واحد های انرژی ضرب در طول و انرژی تقسیم بر طول هستند. فاکتور پتانسیل، با افزایش فاصله میان کوارک ها باعث افزایش نیروی قیدی آنها می شود و خاصیت محبوسیت کوارک ها را بیان می کند [6]. لازم به ذکر است بدانیم که رنگ های کرومودینامیک نقش بار الکتریکی را بازی می کنند.

شکل(1-5 ): گره کوارک - گلوئونی

از آنجایی که لپتون ها نمی توانند رنگ ها را با خود حمل کنند، در برهمکنش قوی شرکت نمی کنند. مانند قبل برای نشان دادن مراحل پیچیده تر، ما دو یا چند گره را با هم ترکیب می‌کنیم. به عنوان مثال نیروی بین دو کوارک در پایین ترین مرتبه در نمودار زیر نمایش داده‌ می شود و می گویند که نیروی میان دو کوارک از تبادل گلوئون تأمین می شود.

شکل (1- 6 ): نمودارqq q

در این سطح کرومودینامیک خیلی شبیه به الکترودینامیک است. هر چند که تفاوت های زیادی در این زمینه نیز وجود دارد، اما واقعیت این است که در الکترودینامیک تنها یک نوع بار الکتریکی وجود دارد. (می تواند مثبت یا منفی باشد، یک عدد واحد برای مشخص کردن بار یک ذره کافی است. ) اما در کرومودینامیک سه نوع رنگ قرمز و سبز و آبی وجود دارد. در برهمکنش ( q+g q) رنگ کوارک ممکن است تغییر یابد اما طعم کوارک ثابت می ماند. به عنوان مثال یک کوارک آبی رنگ بالا ممکن است به یک کوارک قرمز بالا تبدیل شود. از آنجایی که رنگ هم مانند بار پایستگی دارد، گلوئون این تفاوت رنگ را برطرف می کند ( شکل ( 1-7)). در مثال فوق یک واحد مثبت آبی و یک واحد منفی قرمز وجود دارد.

شکل (1- 7 ): پایستگی رنگ در گره کوارک-گلوئونی

بنابراین، این گلوئون ها دارای دو رنگ هستند. حاوی یک واحد رنگ مثبت و یک واحد رنگ منفی می‌باشند. در اینجا چند احتمال برای رنگ ها پدید می آید و بنا به این تئوری 8 گلوئون وجود دارد. از آنجایی که گلوئون ها به خودی خود حامل رنگ هستند، با گلوئون های دیگر بر همکنش می کنند، در نتیجه علاوه بر گره های کوارک گلوئونی اولیه گره های گلوئون - گلوئون نیز وجود دارد. در این مکانیسم دو نوع گره داریم: 1-گره های سه گلوئونی و 2- گره‌های چهار گلوئونی.

این اتصال مستقیم گلوئون - گلوئون مبحث کرومودینامیک را دشوارتر از مبحث الکترودینامیک کرده است. در عوض کرومودینامیک غنی تر از الکترودینامیک است [1]. به عنوان آخرین مقایسه، در نظریه الکترودینامیک کوانتومی یک ثابت جفت شدگی به صورت )= وجود دارد که در آن e بار الکترون، ħ ثابت پلانک و c سرعت نور است اما نشان داده شده است، ثابت جفت شدگی کرومودینامیک کوانتومی به طور خیلی قوی وابسته به انرژی می باشد.گراس و ویلجک و پولیتزر نشان دادند که ثابت جفت شدگی قوی وابسته به انرژی است [7و8].

می توان نشان داد که ثابت جفتیدگی در QCD، است که با تقریب خوبی از رابطه زیر تبعیت می کند:

(1-2)

(1-3)

که در آن تعداد طعم های کوارک و q تکانه ذرات و یک پارامتر مقیاس است که مقدار آن باید از تجربه تعیین گردد.

بنابراین QCD مقدار مطلق را پیش بینی نمی کند، اما چگونگی بستگی آن را به Q² پیش بینی می نماید، و همان طور که از رابطه قبل پیداست اگر Q آن گاه ،که این رفتار را رفتار مجانبی می گویند [9].

1-6- بر همکنش های ضعیف

نام خاصی برای مواد اولیه که نیروی ضیعف را تولید می کنند وجود ندارد، آن هم به صورتی که بار الکتریکی، نیروی الکترو مغناطیسی و رنگ، نیروی قوی را ایجاد می کند. برخی آن را بار ضعیف می نامند. به هر حال تمامی کوارک ها و لپتون ها دارای این بار هستند. دو نوع برهمکنش ضعیف وجود دارد: دارای بار ( به واسطه Wها ) و خنثی ( با واسطه Z ) [1].

1-6-1- لپتون ها

گره باردار بنیادی به شکل زیر است:

شکل(1-8): گره باردار بنیادی لپتونی

یک لپتون منفی به ذره نوترینو مربوطه اش، تبدیل می شود با تابش (یا جذب ). همانند همیشه، گره های اولیه را به یکدیگر پیوند می زنند تا واکنش های پیچیده تری تولید کنند. به عنوان مثال، مرحله ی به وسیله نمودار زیر ارائه می شود.

شکل (1-9): پراکندگی نوترینو و میوان

گره خنثی بنیادی عبارتند از:

شکل (1- 10): گره خنثی بنیادی لپتونی

 

در این مورد، l می تواند هر لپتونی باشد. Z واسطه، چنین بر همکنش هایی همچون پراکندگی نوترینو - الکترون می باشد. ( ) [1]

شکل (1-11 ): پراکندگی نوترینو و میوان

1-6-2- کوارک ها

گره های ضعیف لپتونی اعضای یک نسل را به هم متصل می سازند: e به تبدیل می شود ( با حذف ) یا ( با انتشار Z )، اما e هرگز به یا به تبدیل نمی شود. به این علت تئوری بقای عدد الکترونی و بقای عدد میوانی را اعمال می کند. اگر بپنداریم که قانون های همانندی در مورد کوارک ها اعمال می شوند، بنابراین گره باردار بنیادی چنین است:

شکل (1-12 ): گره باردار بنیادی کوارک

یک کوارک دارای بار ( یعنی d ، s یا b ) به کوارک مشابه دارای بار ( یعنی c، u یا t ) به ترتیب با تابش یک تبدیل می شود. کوارک خروجی دارای رنگ مشابه کوارک درونی است، اما طعم متفاوت دارد. همان طور که رنگ کوارک در گره قوی تغییر می کند، طعم کوارک در یک گره ضعیف تغییر می کند. تئوری واکنش ضعیف در برخی موارد، دینامیک طعم نامیده می شود. انتهای خط wمی تواند با لپتون ها ( فرایند نیمه لپتونی ) و یا با دیگر کوارک ها ( مرحله هادرونیک خالص ) جفت شود.

[1]- گلمن جایزه نوبل فیزیک سال 1969 را به خاطر اکتشافات خود در مورد تقسیم بندی ذرات بنیادی و برهمکنش های آنها دریافت کرد. اینکه چرا او نام کوارک ها را انتخاب کرد، به نقل از خود او برگرفته از کتاب جیمز جویس Finnegans Wake و عبارت مشهور" سه کوارک برای ماستر مارک"بوده است.زوایگ نام "آس"ها رابرای این ذرات پیشنهاد کرده بود.

[2]-Flavordynamics

[3] -Quantum Chromodynamics

[4] -Gravition

[5] -Photon

[6] -Intermediate Vector Boson

[7] -Gluon

[8]-Confinement

[9]-Asymptotic Freedem