بین ذرات بنیادی چهار نوع نیرو عمل می کنند که آنها را نیروهای بنیادی یا اولیه می نامند.

۱) نیروی پر قدرت کوارک :

که نیروی رنگ نیز نامیده می شود از جدا شدن بیش از حد کوارکهای داخل هسته از یکدیگر و یا حتی از پرت شده آنها به خارج جلوگیری می کند . نیرونی پر قدرت کوارک یا نیروق قوی از طریق ذرات مبادله کننده یا به اصطلاح گلوئون ها انتقال می یابدکه بین کوارکها در پرواز هستند این نیرو مانند چسب پیوستگی بین کوارکها را تضمین میکند نیروی هسته ای که پروتونها و نوترونها را در هسته اتم به هم پیوسته نگاه می دارد در واقع نیروی بنیادی نیست بلکه نیرویی است که از نیروی رنگ کوارکها(یعنی قویترین نیرویی که به اشاره می شود) به دست می آید.

۲) نیروی الکترومغناطیسی:

این نیرو که صحبت از بارهای الکتریکی به میان می آید ظاهر می شود یک ذره دارای بار الکتریکی مثبت به وسیله یک ذره مثبت دیگردفع و به سوی یک ذره دارای با ر الکتریکی منفی جذب می شود این نیرو توسط فوتونها یا ذرات نوری مبادله می شود و در نتیجه این ذرات نوری که بین ذرات بار دار در پرواز هستند به یکدیگر متصل می شوند.

۳) نیروی ضعیف :

بسیاری از ذرات نسبت به هیچ یک از دو نروی یاد شده در بالا یعنی نیرونی قوی کوارک و نیروی الکترو مغناطیسی واکنش نشان نمی دهند از آن میان ذراتی هستند که فاقد با ر اکلترکی و رنگ هستن برای این گونه ذرات یک نیروی بنیادی دیگر وجود دارد که در فاصله های خیلی خیلی کم کارگر است .

روش دیگری نیز برای پژوهش در ساختا ر ماده وجود دارد : در این روش الکترونها یا پروتونهای شتابدار را با ذرات دیگر برخورد می دهند و یا باز هم بهتر از آن سنگ بناهای بسیارپر شتاب را با یکدیگر بر خورد می دهند.انرژی رها شده از این طریق ر ا می توان بعداً برای ساخت ذرات جدید که هنوز ناشناخته هستند به کار گرفت ،زیرا همان طور که می دانید انرژی را می توان به ماده تبدیل کرد . به هر حال انسان برای این کار نیاز به ذرات باردار بسیار پر شتاب دارد که این ذرات در دستگاههای که اصطلاحاَ شتاب دهنده های انر ژی بالا نامیده می شوند تولید شده و به سرعتهای بسیار بالایی شتاب می یابند.

● شتاب دهنده چگونه کار می کند؟

یک الکترون با با ر منفی جذب یک بار مثبت می وشد در حالی که یک بار منفی آن را دفع می کند با کاربرد این ویژگی می توان شتاب یک الکترون را همواره بیشتر از قبل کرد . به این ترتیب که در جلوی الکترون یک بار مثبت و در پشت آن یک بار منفی ایجاد می شود . در شبتابدهنده های خطی الکترونها یکی پس از دیگری از میان سیلندرهای فلزی متعددی به پرواز در می آیند .

با برقراری یک میدان الکتریکی متناوب می توان شرایطی ایجاد کرد که همیشه سلندری که در جلوی الکترون قرار دارد دارای با ر مثبت و سیلندر پشت الکترون دارای بار منفی باشد . سیلندری که ذره پشت سر می گذارد آن را به جلو پرتاپ می کند و سیلندری که در جلو ذره قرار دارد آن را به طرف خود جذب می کند به گونهای که ذره همواره پرشتابتر می شود و انرژی جنبشی بیشتری می گیرد . روشن است که به همین طریق می توان ذرات دیگر را نیز شتاب داد.

در شتاب دهنده های سینکروتون الکترونی که به عنوان مثال در موسسه” دسی” وجود دارد ابتدا الکترونها در یک شتابدهنده خطی شتاب گرفته آنگاه به داخل یک شتابدهنده حلقوی هدایت می شوند . قطر این شتابدهنده حلقوی بیشتر از صدها متر می شود این شتابدهنده به صورت یک تونل حلقوی است . در این تونل بسرعت الکترونها تحت تاثیر میدانهای الکتریکی (میدانهای الکتریکی چندین میلیون ولتی ) به طور مداو م افزایش می یابد و برای اینکه الکترونها از مدار حلقوی خود خارج نشوند و در این مدارها باقی بمانند پلهای مغناطیسی در مسیر تونل ایجاد شده اند .

در پایان این الکترونها ی شتابدار به طور کنترل شده از مسیر حلقوی خود خارج شده برای آزمایشهای گوناگون به کار گرفته می شوند .در این آزمایشها الکترونهای پر شتاب به سمت ذرات دیگری که اصطلاحاً “هدف ” نام دارند رانده می شوند و با آنها بر خور د می کنند ،الکترونها در مسیر حلقوی خود تا حدود سرعت نور شتاب می یابند و به عبارت دیگر در مدت یک هزارم ثانیه ۳۰۰کیلو مسافت را پشت سر می گذارند . جرم آنها در این حالت تا چندین هزار برابر افزایش می یابد .تونلهای حلقوی که در آنها امکان برخورد دادن جبهه ای یا رو در روی ذرات بسیار پر شتاب با یکدیگر وجود دارد به ویژه باری این کار مناسب و موثر هستند مجموع انرژی جنبشی ای که به این شکل از برخورد دو ذره حاصل می شود برای ایجاد ماده سنگ بناهای شناخته شده و یا ناشناس در اختیار ما قرار دارد.

● آیا ذره و نیروی اولیه وجود دارد؟

“آلبرت اینشتین ” در زمان خود تلاش بسیار کرد که تمام نیروهای طبیعی را در یک نیروی اولیه خلاصه کند .

امروز حدود ۳۰سال پس از در گذشت او فیزیکدانها موفق شده اند نشان دهنده که در درجه حرارتها و انرژیهای بسیار بالاتفاوت بین نیروی الکتروو مغناطیسی و نیروی ضعیف از بین می رود امکان دارد که در در جه حرارتها و انرژی ذره ای خیلی بالتر تفاوت بین نیروی قوی و نیروی ضعیف و همچنین تفاوت بین “لپتونها ” و “کواراکها ” نیز از بین برود به گونه ای که فقط یک ذره اولیه و یک نیروی اولیه وجود داشته با شد .

چنین روابطی را حتی با بزرگترین شتابدهنده ها نیز نمی توان برقرارکرد ولی “فرضیه وحدت نیروها ” احتمالاَ می توانسته مدت بسیار کوتاهی پس از “انفجار اولیه ” وجود داشته باشد یعنی زمانی که هنوز تمام کیهان به صورت یک گو ی آتشین فوق فشرده و دارای بار انرژی عظیمی بوده است .

در قلمرو کوچکترینها هنوز مطالب قابل پژوهش زیادی وجود دارد . مثلا فیزیکدانهای قرن ۲۱ می توانند این پرسش را مطرح کنند که آیا کوارکها و الکترونها هم از ذرات کوچکتری ساخته شده اند ؟

تا یافتن پاسخی باری پرسشهای مطرح شده در این زمینه بایدبه این نتیجه غیر قطعی اکتفا کنیم که :

۱۲ذره بنیادی اولیه یعنی نوع ۶نوع کوارک و ۶نوع لپتون وجود دارد که از آنها فقط ۳ذره در ساختار جهان نقشی را به عهده دارند