ذرات بنیادی به زبان ساده؛ راز کوچکترین اجزای سازنده جهان

دقیقاً همین ویژگی است که نیروی قوی را «قوی» می‌سازد. هرچه دو کوارک را بیشتر از هم دور کنیم، این ریسمان بیشتر کشیده می‌شود و مقاومت بیشتری نشان می‌دهد. در واقع، برای جدا کردن دو کوارک، باید انرژی بسیار زیادی مصرف کنیم؛ اما به‌جای اینکه این انرژی صرف جدا شدن آن‌ها شود، در نهایت باعث می‌شود جفت‌های جدیدی از کوارک و پادکوارک از دل فضا پدیدار شوند.

به‌ همین دلیل، ما هیچ‌وقت کوارک‌ها را به‌تنهایی در طبیعت نمی‌بینیم. آن‌ها همیشه درون ذرات بزرگ‌تری مانند پروتون‌ها و نوترون‌ها زندانی باقی می‌مانند. فیزیکدانان این ویژگی شگفت‌انگیز را حبس کوارک‌ها یا confinement می‌نامند.

سومین و آخرین نیروی مدل استاندارد، نیروی هسته‌ای ضعیف است؛ نیرویی که شاید از نظر نام «ضعیف» به‌نظر برسد، اما نقشی حیاتی در پویایی جهان ایفا می‌کند. برخلاف نامش، این نیرو تأثیراتی دارد که بدون آن، بسیاری از فرایندهای اساسی طبیعت اصلاً رخ نمی‌دادند.

برخلاف نیروی قوی که کوارک‌ها را درون پروتون‌ها و نوترون‌ها کنار هم نگه می‌دارد، نیروی ضعیف کارش برهم‌زدن ترکیب ذرات است. این نیرو باعث می‌شود برخی ذرات بنیادی، مثل کوارک‌ها، هویت خود را تغییر دهند. به‌عنوان مثال، یک کوارک پایین می‌تواند به کوارک بالا تبدیل شود و در این فرایند، یک الکترون و یک نوترینو آزاد شوند. این یعنی یک نوترون می‌تواند به یک پروتون تبدیل شود. به این پدیده، واپاشی بتا می‌گویند.

واپاشی بتا، نه‌تنها در رادیواکتیویته اهمیت دارد، بلکه موتور محرکه‌ی همجوشی هسته‌ای درون خورشید نیز است. یعنی اگر نیروی ضعیف وجود نداشت، خورشید نمی‌توانست انرژی تولید کند و بدون انرژی خورشید، زمین هرگز به محیطی مناسب برای شکل‌گیری حیات تبدیل نمی‌شد.

یکی دیگر از ویژگی‌های خاص این نیرو آن است که بر همه‌ی ذرات مدل استاندارد اثر می‌گذارد، حتی بر نوترینوها. در حقیقت، نیروی ضعیف تنها نیرویی‌ است که نوترینوها آن را تجربه می‌کنند. مشابه دو نیروی دیگر، نیروی ضعیف هم حاملان مخصوص به خود را دارد: بوزون‌های W و Z. این ذرات، نقش پیام‌رسان نیروی ضعیف را ایفا می‌کنند و مسئول انتقال آن بین ذرات مختلف هستند. هر بار که یک واپاشی هسته‌ای یا تغییر در نوع یک کوارک رخ می‌دهد، احتمالاً پای یکی از این بوزون‌ها در میان است.

اکنون وقت آن رسیده است که با آخرین قطعه‌ی پازل مدل استاندارد آشنا شویم، ذره‌ای که به‌نوعی همه‌چیز را به‌هم پیوند می‌دهد: بوزون هیگز. برای اینکه درک کنیم چرا این ذره تا این حد ویژه است، باید به یک نکته‌ی شگفت‌انگیز اشاره کنم: در معادلات مدل استاندارد، هیچ‌یک از ذرات بنیادی به‌طور ذاتی جرم ندارند. حتی بدتر از آن، این معادلات، وجود جرم را برای این ذرات ممنوع می‌دانند. به‌عنوان مثال، فوتون که واقعاً بدون جرم است، مجبور است همیشه با سرعت نور حرکت کند.

چرا ذرات ماده مانند فوتون‌ها، بدون جرم با سرعت نور حرکت نمی‌کنند؟ پاسخ این معما در وجود میدان هیگز نهفته است. بوزون هیگز، ذره‌ای است که وجود این میدان را تأیید می‌کند، میدانی که در سراسر جهان گسترده شده است و همانند شربتی کیهانی، به ذراتی مانند الکترون و کوارک‌ها چسبیده و به آن‌ها جرم می‌دهد.