آیا الکترون، کوارک و نوترینو ذرات بنیادی هستند؟
مسعود ناصری
بیش از یک قرن است که الکترون با ما بوده است و اساس انقلاب الکترونیکی و تکنولوژی اطلاعاتی ما را شکل داده است. به باور فیزیک، الکترون ذره‌ای نامرئی و متمرکز در یک نقطه است و تقسیم‌ناپذیر. ولی آیا واقعاً اینگونه است؟
در سال 1920 نیز فیزیک نظری وجود ذره دیگری به نام نوترینو (Neutrino) را پیش‌بینی کرد که نقشی عمده در تولد ستاره‌ها (از جمله خورشید) و هسته‌های سنگین دارد. این ذره که یک میلیون بار سبک‌تر از الکترون هست در دهه 50 میلادی در آزمایشگاه مشاهده شد که علاوه بر نامرئی بودن، اندرکنش آن با دیگر ذرات جهان فوق‌العاده ضعیف است. (مترجم: همین الان، در هرلحظه، میلیاردها نوترینو از بدن ما عبور می‌کنند بدون آنکه اثر قابل ملاحظه‌ای داشته باشند و میلیاردها نوترینو هم از هر سانتیمتر مربع کره‌زمین وارد می‌شوند و بدون هیچ واکنشی از آنطرف زمین بیرون می‌آیند). ولی آیا واقعاً اینگونه است؟
در دهه 60 میلادی نیز ذرات جدیدی به نام کوارک که اجزای پروتون‌ها و نوترون‌ها می‌باشند کشف شد هرچند تا امروز هیچ کوارکی به تنهائی و مجزا مشاهده نشده است بلکه به طور سه‌تائی و تنها در محدوده فوق‌العاده کوچک فضا (اندازه پروتون و نوترون) مشاهده شده‌اند. (گفتنی است که دو گونه از این کوارک وجود دارد به نام‌های کوارک up و کوارک down که این نامگذاری هیچ ارتباطی با «بالا» یا «پایین» ندارد.) این‌ها نیز به عنوان ذراتی تقسیم‌ناپذیر و بنیادی به حساب می‌آیند. ولی آیا واقعاً چنین است؟
تا اینجا شد چهار ذره بنیادی (الکترون، نوترینو، کوارک آپ و کوارک داون). امروز می‌دانیم که طبیعت دو کپی دیگر نیز از این چهار ذره دارد هرچند علت وجود آن‌ها هنوز ناشناخته است. تا آنجائی که به خواص این کپی‌ها مربوط می‌شود، منهای جرم که بسیار متفاوت می‌باشند، دیگر خواص هر کپی عین اصل است. این 12 ذره همگی نامرئی و متمرکز در یک نقطه‌اند و به عنوان ذره بنیادی شناخته می‌شوند . ولی آیا واقعاً اینگونه است؟
روزگاری اتم ذره بنیادی تعریف می‌شد و غیرقابل تقسیم. این تفکر چندان نپائید و این بار هسته اتم ذره‌ای بنیادی و تقسیم‌ناپذیر تعریف شد. این باور نیز جای خود را به تقسیم‌ناپذیر و بنیادی بودن پروتون داد. با این اوصاف، چطور می‌توانیم کله‌شقی کنیم و فکر کنیم آنچه امروز بنیادی و تقسیم‌ناپذیر می‌دانیم واقعاً چنان باشد؟ چرا باید طبیعت 12 ذره اینقدر متفاوت را تولید کرده باشد که با وجود نظم خاصی که در مورد بار الکتریکی و نسبت بارها (مثلاً الکترون به کوارک) صادق است، هیچ نظم و رابطه خاصی به جرم آن‌ها حاکم نیست؟ آیا همین دلیل خوبی نیست که این ذرات به اصطلاح بنیادی قابل تقسیم هستند و از ذراتی دیگر ساخته شده‌اند؟
البته هیچ شواهد آزمایشگاهی که دلالت بر تقسیم‌پذیر بودن این ذرات بکند در دست نیست. هیچ تئوری قابل قبولی هم نداریم که دلالت بر وجود چنان ذرات سبکی که (در صورت وجود) باید طبق تئوری کوانتوم سرعت‌های بسیار بالا (و بنابراین انرژی بسیار زیاد) داشته باشند کند. این دو نکته فیزیکدان‌ها را تشویق می‌کند که فکر کنند به شناخت بنیادی‌ترین سطح از ساختار ماده رسیده‌اند.
اکنون بیش از دو دهه می‌شود که فیزیک امیدوار است بتواند این طیف وسیع ذرات بنیادی را توسط مودهای نوسانی چیزی یه اسم «ریسمان» (String) توضیح دهد. این «ریسمان» ها برخلاف تصور قبلی در مورد ذرات بنیادی مبنی بر تمرکز در یک نقطه، رشته‌هائی هستند بسیار کوچک (مترجم: حدود 33^10 سانتیمتر) و بنیادی‌ترین ساختار ماده تعبیر می‌شوند. لیکن علیرغم ریاضیات زیبائی که در تئوری ریسمان (String Theory) به کار رفته است تا امروز حتی یک یافته آزمایشگاهی این تئوری را تائید نکرده است.
با توجه به موارد بالا و نبودن هیچ تئوری مقبول و هیچ تائید آزمایشگاهی، من معتقدم و به این باور نیز باقی خواهم ماند که الکترون، نوترینو و کوارک تقسیم‌پذیر است و از ذرات کوچکتری ساخته شده‌اند. این ذرات ممکن است یه شکل ریسمان باشند (یا نباشند). حتی ممکن است خود آن‌ها نیز تقسیم‌پذیر باشند.
آیا آنقدر عمر خواهیم کرد که اجزا الکترون را ببینیم؟
برگرفته از یادداشت‌های هایم هراری (Haim Harrari)؛ یک فیزیکدان نظریست و بین سال‌های 1988 تا 2001 رئیس انیستیتوی علوم وایزمن (Weizmann Institute of Science) بوده است و از 2001 به این طرف کرسی انیستیتوی علوم دیویدسون (Davidson Institute of Science Education) را داشته است.