1-2- مدل استاندارد……………………………………………………………………………………………………………………… 4

1-3- نیروهای چهار گانه ……………………………………………………………………………………………………………… 6

1-4- الکترو دینامیک کوانتومی ( QED )………………………………………………………………………………… 7

1-5- کرومودینامیک کوانتومی (QCD )…………………………………………………………………………………… 9

1-6- بر همکنش های ضعیف……………………………………………………………………………………………………… 12

1-6-1- لپتون ها……………………………………………………………………………………………………………………… 12

1-6-2- کوارک ها ………………………………………………………………………………………………………………….. 14

فصل دوم: مدل های هسته ای

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………. 16

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

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

2-4-4- دامنه موفقیت های مدل لایه ای ……………………………………………………………………………. 3

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 ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 7

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

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

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

 

فهرست منابع و ماخذ…………………………………………………………………………………… 83

فهرست جدول‌ها

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

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

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    5

 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 بهره گرفتن 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.

1-1- مقدمه

 تحقیقات امروز فیزیکدانان ذرات بنیادی در پیچیده ترین دستگاه ها 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 ].