فیزیک ذرات بنیادی

فیزیک ذرات بنیادی به بررسی ساختار ماده در کوچک‌ترین مقیاس می‌پردازد. از آن‌جا که بهترین راه مشاهدة ساختار ریز اجرای آزمایش‌های پراکندگی است، این مقیاس با افزایش انرژی پرتو ذرات کوچک‌تر می‌شود. به همین دلیل، تکامل شتاب دهنده‌های قوی ذرات باعث شده است که اتم به هسته و الکترون‌ها، هسته به پروتون‌ها و نوترون‌ها و همین اواخر پروتون به کوارک‌ها تجزیه شود.
در سالهای گذشته، قطعات بزرگی از تصویر ناکامل فیزیک ذرات در جای خود قرار گرفت. در سرن ذرات W و Z، حاملین نیروی هسته‌ای ضعیف، کشف شدند و بهترین تأیید برای مدل واینبرگ‌ ـ سلام ‌ـ گلاشو به دست آمد، این مدل بر نظریه‌ای استوار است که از نقطه نظر ریاضی نیروهای ضعیف و الکترومغناطیسی را تحت عنوان یک نیروی واحد الکتروضعیف دربرمی‌گیرد.
نخستین مشاهدة مستقیم مزون B، ذره‌ای که عدد کوانتومی «ته» آن صفر نیست، تأییدی بود بر این نظر که کوارک‌ها دارای شش طعم هستند. ته (که گاهی به آن «زیبایی» هم می‌گویند) نامی است که به پنجمین طعم کوارک داده‌اند. ششمین کوارک که سنگین‌ترین کوارک نیز هست هنوز مشاهده نشده، اما عده‌ای معتقدند اطلاعاتی که از برخورد با انرژی بالای پروتون ‌ـ پادپروتون هنگام ردیابی ذرة W در سِرن ثبت شده، ممکن است دلیلی برای وجود کوارک «سر» به دست دهد.
هدف کلی کارهای نظری در فیزیک ذرات عبارت است از ترکیب توصیف‌هایی که از چهار نیروی فیزیکی وجود دارد و به دست آوردن مدل واحدی که هر چهار نیرو را دربرگیرد. به نظر می‌رسد وحدت نیروهای ضعیف و الکترومغناطیسی انجام یافته است. معلوم شده است که کار جفت‌وجور کردن این نیروی مرکب با نیروی قوی ـ‌ نیروی بین کوارک‌ها ـ دشوارتر است. هم اکنون ساده‌ترین نوع «نظریة وحدت بزرگ» که به SU(5) معروف است به اشکال برخورده است. برآوردی که بر اساس این نظریه از طول عمر پروتون می‌شود با نتایج تجربی حاصل از آشکارسازی که مخصوص این کار ساخته شده و در اعماق زمین تعبیه شده است تفاوت دارد. پس از گذشت بیش یک سال از شروع ضبط نتایج، این آشکارساز حتی واپاشی یک پروتون را هم ثبت نکرده است.
علاوه بر مطالبی که در مقالات زیر بررسی می‌شوند، در چند سال گذشته زمینه‌های دیگری هم در فیزیک ذرات مورد توجه بود. پژوهش در زمینة نوسان نوترینو (تبدیل یک نوترینو به نوترینوی دیگر) و جرم نوترینو هم‌چنان بی‌نتیجه ماند. آزمایشی که با استفاده از یک رآکتور هسته‌ای در سوئیس ترتیب داده شده بود هیچ نشانه‌ای از نوسان را گزارش نکرد (1983)، گروه مسکویی که چند سال قبل ادعا کرده بود جرم نوترینوی غیرصفری را اندازه‌گیری کرده است، حد پایین‌تر جدیدی برابر 20eV برای جرم نوترینوی الکترون اعلام کرد..
پراکندگی ناکشسان ژرف، یک نوع پراکندگی لپتون (الکترون، میون یا نوترینو) از نوکلئون (پروتون یا نوترون درون هستة اتمی) است که در ضمن آن تعداد زیادی ذرة اضافی هم تولید می‌شود. می‌توان به کمک پراکندگی ناکشسان ژرف اطلاعاتی در این مورد که وقتی نوکلئون درون هسته حرکت می‌کند (حرکت فرمی) کوارک‌ها چگونه خود را درون نوکلئون به این طرف و آن طرف پرتاب می‌کنند به دست آورد. مقایسة اخیر، بین پراکندگی‌های میون ‌ـ آهن و میون ‌ـ دوتریوم انجام شده در سِرن و پراکندگی‌های الکترون ـ دوتریوم و الکترون ـ آلومینیوم انجام شده در اسلاک در چند سال پیش، نشان می‌دهد که توابع ساختار کوارک (توابعی که رفتار کوارک درون هسته را توصیف می‌کنند) از آهن به آلومینیوم و از آلومینیوم به دوتریوم فرق می‌کند، و این فرق با آن‌چه از پدیدة حرکت فرمی انتظار می‌رفت در تضاد است.. بعضی این پدیدة عجیب را نشانة وجود حالت‌های شش کوارکی در نوکلئون‌ها تعبیر می‌کنند.