حامل القوة

في نظرية الحقل الكمومي ، يُعد حامل القوة نوعًا من الجسيمات التي تُولّد قوى بين جسيمات أخرى. وهي بمثابة كمات لنوع معين من الحقول الفيزيائية . ^{[ 1 ] [ 2 ]} تُعرف حوامل القوة أيضًا باسم الجسيمات الرسولة ، أو الجسيمات الوسيطة ، أو جسيمات التبادل . ^{[ 3 ]}

تصف نظريات الحقل الكمومي الطبيعة من حيث الحقول . ولكل حقل وصف مكمل له باعتباره مجموعة من الجسيمات من نوع معين. ويمكن وصف القوة بين جسيمين إما كفعل حقل قوة يولده أحدهما على الآخر، أو من حيث تبادل جسيمات حاملة للقوة افتراضية بينهما. ^{[ 4 ]}

تُكمّم طاقة الموجة في مجال ما (على سبيل المثال، موجة كهرومغناطيسية في مجال كهرومغناطيسي )، ويمكن تفسير الإثارات الكمومية لهذا المجال على أنها جسيمات. يحتوي النموذج القياسي على الجسيمات الحاملة للقوة التالية، كل منها عبارة عن إثارة لمجال قوة معين:

• الغلوونات ، إثارات مجال القياس القوي .
• الفوتونات ، وبوزونات W، وبوزونات Z ، وهي إثارات لحقول القياس الكهروضعيفة .
• بوزونات هيغز ، وهي إثارات لأحد مكونات حقل هيغز ، الذي يعطي الكتلة للجسيمات الأساسية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن وصف الجسيمات المركبة مثل الميزونات ، وكذلك الجسيمات شبه الحقيقية ، بأنها إثارات لحقل فعال .

لا تُعدّ الجاذبية جزءًا من النموذج القياسي، ولكن يُعتقد بوجود جسيمات تُسمى الجرافيتونات، وهي عبارة عن إثارات للموجات الثقالية . ولا يزال وضع هذه الجسيمات غير مؤكد، نظرًا لعدم اكتمال النظرية، ولأن تفاعلات الجرافيتونات المفردة قد تكون ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن رصدها. ^{[ 5 ]}

عندما يصطدم جسيم بآخر ، مُغيرًا مساره، يُمكننا فهم هذه العملية بطريقتين. في منظور المجال، نتخيل أن المجال الناتج عن أحد الجسيمات يُؤثر بقوة على الآخر. أو يُمكننا تخيل جسيم يُصدر جسيمًا افتراضيًا يمتصه الآخر، ناقلًا بذلك الزخم من أحدهما إلى الآخر. يُعد هذا المنظور مفيدًا للغاية عند وجود عدد كبير من التصحيحات الكمومية المُعقدة في الحساب، إذ يُمكن تمثيل هذه التصحيحات بيانيًا باستخدام مخططات فاينمان التي تحتوي على جسيمات افتراضية إضافية.

مثال آخر يتضمن الجسيمات الافتراضية هو تحلل بيتا حيث ينبعث بوزون W افتراضي من نيوكليون ثم يتحلل إلى e ^± و (مضاد) نيوترينو.

إن وصف القوى باستخدام الجسيمات الافتراضية محدودٌ بمدى انطباق نظرية الاضطراب التي اشتُقّت منها. في بعض الحالات، مثل نظرية الكروموديناميكا الكمية منخفضة الطاقة ووصف الحالات المقيّدة ، تنهار نظرية الاضطراب.

يعود مفهوم الجسيمات الناقلة إلى القرن الثامن عشر، عندما أثبت الفيزيائي الفرنسي شارل كولوم أن القوة الكهروستاتيكية بين الأجسام المشحونة كهربائيًا تخضع لقانون مشابه لقانون نيوتن للجاذبية . وبمرور الوقت، عُرفت هذه العلاقة بقانون كولوم . وبحلول عام ١٨٦٢، وصف هيرمان فون هيلمهولتز شعاع الضوء بأنه "أسرع الجسيمات الناقلة". وفي عام ١٩٠٥، اقترح ألبرت أينشتاين وجود جسيم ضوئي إجابةً على السؤال: "ما هي كمات الضوء؟"

في عام ١٩٢٣، في جامعة واشنطن بمدينة سانت لويس ، برهن آرثر هولي كومبتون على ظاهرة تُعرف الآن باسم تشتت كومبتون . لا يُمكن تفسير هذه الظاهرة إلا إذا كان الضوء يتصرف كتيار من الجسيمات، وقد أقنعت هذه الظاهرة مجتمع الفيزياء بوجود جسيم الضوء لأينشتاين. وفي عام ١٩٢٦، أي قبل عام من نشر نظرية ميكانيكا الكم، قدّم جيلبرت ن. لويس مصطلح " الفوتون "، الذي أصبح فيما بعد اسمًا لجسيم الضوء لأينشتاين. ^{[ ٦ ]} ومن هنا، تطور مفهوم الجسيمات الناقلة، ولا سيما إلى حاملات القوة ذات الكتلة (كما في حالة جهد يوكاوا ).

• جسيم افتراضي
• التفاعل الأساسي
• الإثارة