بخشی از مقاله
انتی اکسیدان ها
رنگ ها و طعم ها
ماجرای فیزیك ذرات بنیادی در دهه ۱۹۶۰ به ماجرای خلق مكانیك كوانتومی و آنچه كه در جهان فیزیكدانان در دهه های اول قرن بیستم می گذشت بی شباهت نیست. در اواخر دهه ۱۹۶۰ شتاب دهنده های پرانرژی از تصادم الكترون ها و پروتون ها و در برخی موارد ذرات دیگر، صدها ذره بنیادی فراهم كردند تا فیزیكدانان را از غنای آنچه كه در زیرلایه های اتم می گذرد آگاه كنند.
● نگاهی به مدل استاندارد ذرات بنیادی
در نیمه دوم قرن بیستم پیشرفت های عظیمی در درك ما از جهان و به خصوص در دنیای درون اتم اتفاق افتاد. از یك سو پیشرفت های نظری در مكانیك كوانتومی و به تبع آن در نظریه میدان های كوانتومی و از سوی دیگر انجام آزمایش های بزرگ به وسیله شتاب دهنده های عظیم باعث شد كه امروزه بتوانیم ادعا كنیم ساختار بخش عظیمی از ماده قابل رویت در جهان را می دانیم. همچنین می توانیم بگوییم كه از میان چهار نیروی مستقل در طبیعت امروز نظریه وحدت یافته ای از دوتای آنها در دست است و سومین نیرو هم به طرز خوبی با آنها تلفیق شده است.
اما سئوالات بزرگ تر و اساسی تری پیش روی بشر باز شده است. از یك طرف نیروی چهارم یعنی گرانش تا حدودی رام نشدنی به نظر می رسد. نظریه های ذهنی تری مثل نظریه ریسمان و ابر ریسمان ادعا دارند كه شاید بتوانند در آینده هر چهار نیرو را در یك نظریه وحدت یافته توضیح دهند. از سوی دیگر كشفیات
كیهان شناسی در اواخر دهه ۹۰ نشان داد كه آن چیزی را كه ماده قابل رویت در جهان می نامیم و آن را با «مدل استاندارد ذرات بنیادی» توصیف می كنیم، تنها كمتر از پنج درصد جرم كل عالم را تشكیل می دهد و از ۹۵ درصد باقی مانده قسمتی به صورت جرم تاریك است كه تنها اثر آن را در سرعت چرخش ستاره ها
(مثل خورشید) به دور كهكشان دیده ایم و قسمت بیشتر آن به صورت انرژی تاریك است كه باز هم تنها نشانه آن را در افزایش سرعت انبساط عالم كشف كرده ایم و هیچ توجیه نظری كه به وسیله عموم فیزیكدانان قابل قبول باشد ارائه نشده است.
با وجود تمام این محدودیت ها می توان گفت كه «مدل استاندارد ذرات بنیادی» به واقع شاهكاری است كه حاصل میلیون ها نفرساعت _ وقت و یك قرن تلاش بشر و عقلانیت مدرن برای كشف رازهای جاودانه خلقت است.
● نخستین ذرات بنیادی
ماجرای فیزیك ذرات بنیادی در دهه ۱۹۶۰ به ماجرای خلق مكانیك كوانتومی و آنچه كه در جهان فیزیكدانان در دهه های اول قرن بیستم می گذشت بی شباهت نیست. در اواخر دهه ۱۹۶۰ شتاب دهنده های پرانرژی از تصادم الكترون ها و پروتون ها و در برخی موارد ذرات دیگر، صدها ذره بنیادی فراهم كردند تا فیزیكدانان را از غنای آنچه كه در زیرلایه های اتم می گذرد آگاه كنند.
زمانی كه دالتون مدل اتمی نوین خود را در قرن نوزدهم ارائه داد و مندلیف جدول تناوبی عناصر را تنظیم كرد، دانشمندان گمان می كردند كه اتم ها، آجرهای ریزسازنده جهان هستند اما این تصور چندان طول نكشید. با كشف الكترون، هسته و پروتون و نوترون درون هسته (كه اكثر آنها را مدیون تامسون پدر و پسر و لرد رادرفورد هستیم)، دانشمندان نفس تازه ای كشیدند. آنها توانستند تمام جدول تناوبی عناصر را براساس این ذره توجیه كنند. به نظر می رسید كه الكترون، پروتون و نوترون اجزای اصلی سازنده جهان هستند.
اما داستان اینجا تمام نمی شود. دیراك كه پس از تدوین مكانیك كوانتومی توسط هایزنبرگ و شرودینگر به دنبال آن بود كه یك نظریه مكانیك كوانتومی نسبیتی بسازد نسبیت خاص را با مكانیك كوانتومی پیوند بزند، در اواخر دهه ۱۹۲۰ به معادله ای دست یافت كه علاوه بر توضیح دینامیك الكترون وجود ذره دیگری را پیش بینی می كرد كه تمام خواص اش همانند الكترون اما بارش مخالف آن است. این ذره را پوزیترون نامیدند. پوزیترون پادذره الكترون است، یعنی تمام خواص آن
مثل الكترون است و فقط بارهای ذاتی اعداد كوانتومی آن عكس الكترون است، مثلاً بار الكتریكی مثبت دارد و در سال ۱۹۳۱ توسط كارل اندرسون با استفاده از عكس هایی كه از تابش كیهانی گرفته بود، كشف شد. نكته جالب تر اینكه معادله دیراك می تواند هر ذره ای را كه اسپین یك دوم دارد توصیف كند اسپین خاصیت كاملاً كوانتومی است و مانسته كلاسیكی ندارد و شبیه یك میدان مغناطیسی ذاتی است پس پروتون و نوترون را هم شامل می شود، در نتیجه آنها هم پادذره دارند.
● نظریه میدان های كوانتومی
پیشرفت بعدی در درك جهان خرد جهان زیر اتمی زمانی حاصل شد كه نشان داده شد در معادله دیراك كوانتیزه كردن معادله شرودینگر برای ذرات اسپین یك دوم یك فوتون پرانرژی فوتون، كوانتوم نور است كه اینشتین از آن برای توجیه اثر
فتوالكتریك استفاده كرد می تواند یك الكترون و یك پوزیترون خلق كند. البته برای بقای همزمان انرژی و اندازه حركت، این خلق باید در كنار یك ذره سنگین تر اتفاق بیفتد.
به طور مشابه نشان داده شد كه الكترون و پوزیترون می توانند به هم برخورد كنند و ضمن نابود شدن فنا شدن یك فوتون پرانرژی تولید كنند.
در نظریه میدان های كوانتومی كه معادله دیراك صورت خاصی از آن است همه ذرات توسط میدان ها توصیف می شوند، همان طور كه فوتون نمایان گر میدان الكترومغناطیسی است، الكترون هم تجلی یك میدان الكترونی و پروتون هم یك میدان پروتونی است. به امكان خلق یا فنای كوانتم های میدان ذرات دومین كوانتیزه شدن» می گویند.
● نیروهای بنیادی
در درون هسته اتم ها، پروتون ها و نوترون ها در كنار هم قرار دارند. نوترون ها بی بار هستند اما پروتون ها بار مثبت دارند. دافعه الكتریكی آنها آنقدر زیاد است كه باید چیزی بسیار قوی آنها را در كنار هم این گونه آرام قرار داده باشد. نیرویی كه «نیروی هسته ای» نام گرفت.
فیزیكدان بزرگ ژاپنی یوكاوا این ایده را مطرح كرد كه نیروی هسته ای ناشی از تبادل ذره ای به نام مزون بین اجزای هسته پروتون و نوترون است به این ترتیب پای ذرات دیگری هم به میان آمد. در همین زمان ها بود كه شتاب دهنده های بزرگ ساخته شدند و ماحصل كار این شتاب دهنده ها كشف صدها ذره گوناگون بود كه همه آنها به نوعی لقب «بنیادی» را به همراه داشتند وضع از زمان جدول مندلیف هم بدتر شد. زیرا آن موقع تنها ۹۲ عنصر وجود داشتند و حالا صدها ذره بنیادی. همان طور كه بشر توانست این ۹۲ عنصر شیمیایی را با سه ذره الكترون، پروتون و نوترون توضیح دهد، به نظریه دیگری نیاز بود كه بتواند این جنگل
عظیم ذرات را با چند مدل ساده تفسیر كند. مدل استاندارد ذرات بنیادی توانست چنین كاری را انجام دهد. تاكنون در طبیعت تنها چهار نیروی مستقل شناخته شده است. نیروی گرانش را نیوتن كشف كرد و در نظریه نسبیت عام اینشتین تعمیم یافت. نظریه نسبیت عام یكی از بهترین و كامل ترین نظریه های علمی است كه می تواند نیروی گرانش را تا حد بسیار خوبی توضیح دهد. نیروی دیگر، نیروی الكترومغناطیسی است.
نیروی الكترومغناطیسی در قرن نوزدهم و با كارهای بزرگانی مثل فارادی، هانری، لورنتس، آمپر، اورستد و... قوام پیدا كرد و سرانجام ماكسول توانست این نظریه ها را وحدت بخشیده و در یك نظریه واحد الكترومغناطیسی كلاسیك توضیح دهد. بعد از آن در دهه ۱۹۵۰ فاینمن توانست الكترومغناطیس را با مكانیك كوانتومی پیوند دهد و نظریه كوانتومی الكترودینامیك یا QED را ابداع كند.
نیروی هسته ای هم یكی دیگر از نیروهای بنیادی طبیعت است كه اجزای هسته را به هم پیوند می زند. اما بررسی واپاشی نوترون به پروتون و الكترون نشان داد كه باید نیروی دیگری هم وجود داشته باشد. نوترون آزاد با نیمه عمری حدود ۱۸ دقیقه واپاشی می كند و یك پروتون و یك الكترون و یك نوترینو آزاد می كند. نیمه عمر این واكنش آنقدر زیاد است كه نمی توان این واكنش را در حوزه واكنش های هسته ای قرار داد. از طرف دیگر نوترون بی بار است، پس نیروی
الكترومغناطیسی هم نمی تواند این واكنش را توجیه كند. از نیروی گرانش هم با توجه به جرم كم این ذرات اصولاً صرف نظر می شود. برای همین دانشمندان اسم نیرویی كه این واكنش را توجیه می كند، نیروی هسته ای ضعیف گذاشته اند زیرا شدت آن بسیار كمتر از نیروی هسته ای معمولی است كه ذرات درون هسته را به هم پیوند می دهد. این نیرو هم خود به خود به نیروی هسته ای قوی تغییر نام داد. نیروهای هسته ای قوی و ضعیف و الكترومغناطیسی نیروهایی
كوانتومی هستند كه نظریه میدان كوانتومی آنها را توضیح می دهد. در مدل استاندارد ذرات بنیادی، ذراتی را به عنوان حامل نیرو تعریف می كنند. این ذرات حامل نیرو بوزون نامیده می شوند و ذرات معمولی كه این نیروها بین آنها برقرار می شود، فرمیون نامیده می شوند. بوزون ها از آمار بوز- اینشتین پیروی می كنند و اسپین آنها صحیح است مثل ۰ ، ۱ ۲، و... اما فرمیون ها از آمار فرمی- دیراك پیروی می كنند، یعنی اصل طرد پائولی بر آنها حاكم است و فقط یك فرمیون می تواند در هر حالت قرار بگیرد. مثل ترازهای اتمی كه در هر تراز تنها دو الكترون یكی با اسپین بالا و یكی با اسپین پایین قرار می گیرد. اسپین فرمیون ها نیم صحیح است. یك دوم، سه دوم، پنج دوم و...
در نیروی الكترومغناطیسی ذرات باردار ماده را می سازند و نیروی الكترومغناطیسی در آنها با مبادله فوتون كه حامل این نیرو و اسپین آن یك است، توضیح داده می شود. حامل نیرو در نیروی هسته ای ضعیف، ذراتی به نام +W و _W، Wo و Zo هستند. حامل نیروی هسته ای قوی هم ذراتی به نام گلوئون هستند.
اما تاكنون هیچ نظریه كوانتومی برای گزارش ارائه نشده و سازش بین نسبیت عام و مكانیك كوانتومی از مسائل لاینحل فیزیك امروزی است. برای توجیه گزارش كوانتومی پیشنهاد می شود كه نیروی گرانش هم با استفاده از حاملی به نام گراویتون كه اسپین آن۲ و مثل فوتون بدون جرم است، منتقل می شود. علت ۲بودن اسپین گراویتون این است كه باید تنها از نوع جاذبه باشد. اما مشكلاتی در این زمینه بروز می كند كه تا امروز حل نشده باقی مانده اند.
● ذرات بنیادی
همان طور كه رادرفورد در سال ۱۹۱۱ ذرات آلفا را به اتم های طلا شلیك و هسته درون اتم را كشف كرد، در سال ۱۹۶۸ هم آزمایشی به همان شكل و به همان اهمیت انجام شد. پراكندگی ذرات كه به سمت پروتون شلیك شدند نشان داد كه جرم این ذره در یك نقطه متمركز نیست بلكه در سه ناحیه خاص درون آن متمركز شده است. این دستاورد نشان می دهد كه پروتون برخلاف الكترون یك ذره بنیادی نیست، بلكه خود از سه ذره كوچك تر تشكیل شده است. همان طور كه مدل اتمی بو توانست كشفیات رادرفورد را توضیح دهد، نظریه «كرومو دینامیك كوانتومی» هم این پدیده را توضیح داد. اجزای سازنده پروتون را كوارك نام گذاشتند. فریتشن، لوت ویلر و گلمان در سال ۱۹۷۳ كرومودینامیك كوانتومی یا QCD را ارائه كردند.
ایده اصلی آنها استفاده از یك بار بنیادی مثل بار الكتریكی با نام رنگ است. همان طور كه ذرات می توانند بار مثبت یا منفی داشته باشند، كوارك ها هم می توانند رنگ سبز، قرمز یا آبی داشته باشند. توجه داشته باشید كه این رنگ ها فقط اسم است و كوارك ها هیچ تابشی ندارند كه فركانس آن شبیه فركانس نور آبی، قرمز یا سبز باشد كه در چشم ها این رنگ ها را تداعی كند بلكه همان طور كه بار الكتریكی دو وجه مثبت و منفی دارد رنگ هم سه وجه دارد: سبز، قرمز و آبی. از مخلوط شدن یك كوارك سبز، یك كوارك قرمز و یك كوارك آبی یك پروتون به وجود می آید كه بی رنگ است. ابتدا دو كوارك بالا (u) و پایین (d) كشف شدند.كوارك u بار الكتریكی + دوسوم و كوارك d بار الكتریكی - یك سوم دارد به این ترتیب دو كوارك u به علاوه یك كوارك d ذره ای با بار ۱+ تولید می كنند كه همان پروتون است. هركدام از این كوارك ها هم یك رنگ خاص دارند.
دو كوارك d و یك كوارك u هم ذره ای بی بار تولید می كنند كه همان نوترون است. چندی بعد، برای توجیه یكی دیگر از ذراتی با نام اومگا منفی كه در دهه ۶۰ كشف شده بود وجود كوارك دیگری لازم شد. این كوارك را شگفت (S) نامیدند. پس از آن كوارك C (افسون) و سپس كوارك t و b كشف شدند. دو كوارك آخر را فیزیكدانان كم ذوق سر و ته (Bottom و Top) و فیزیكدانان با ذوق تر حقیقت و زیبایی (Truth و Beauty) می نامند. به این ترتیب فیزیكدانان توانستند، همه ذرات كشف شده در شتاب دهنده ها (یعنی فرمیون ها) را در دو گروه اصلی طبقه بندی كنند: لپتون ها و كوارك ها (جدول یك) و در طرف دیگر ذراتی وجود دارند كه حامل نیرو هستند یعنی بوزون ها (جدول دو) وجود دارند.
مزایای استفاده ازمواد طعم دهنده درصنعت طیور
سابقه استفاده ازمواد خوش طعم کننده درتغذیه حیوانات به سال ۱۹۴۶ بازمی گردد. استفاده از این مواد درجیره غذایی حیواناتی از قبیل گاو، گوسنفد و سایرحیوانات مزرعه ای کاملا مرسوم است، ولی کاربرد این مواد درصنعت طیور، توسط متخصصین تغذیه، درحال بحث وبررسی می باشد. بعضی از متخصصین تغذیه مشتاق کاربرد این ترکیبات در تغذیه طیورهستند وبرخی دیگردراین ارتباط هیچ گونه تمایلی را نشان نمی دهند.
سابقه استفاده ازمواد خوش طعم کننده درتغذیه حیوانات به سال ۱۹۴۶ بازمی گردد. استفاده از این مواد درجیره غذایی حیواناتی از قبیل گاو، گوسنفد و سایرحیوانات مزرعه ای کاملا مرسوم است، ولی کاربرد این مواد درصنعت طیور، توسط متخصصین تغذیه، درحال بحث وبررسی می باشد. بعضی از متخصصین تغذیه مشتاق کاربرد این ترکیبات در تغذیه طیورهستند وبرخی دیگردراین ارتباط هیچ گونه تمایلی را نشان نمی دهند. باید توجه نمود که تعداد جوانه های
چشایی در یک جوجه یک روزه فقط ۸ عدد می باشد و این جوانه ها در سن ۳ ماهگی به تعداد ۲۴ عدد افزایش می یابند. این درحالی است که تعداد جوانه های چشایی در انسان در حدود۹۰۰۰ و درگاو در حدود ۲۵۰۰۰ عدد می باشد. این تفاوت تعداد جوانه های چشایی بین طیور، اسنان و گاو، بحث های جالبی را در مورد قابلیت حس چشایی درطیور مطرح می نماید. یکی دیگرازنکات قابل توجه دیگردراین زمینه به درصد ناچیزرطوبت در خوراک طیور ومدت زمان کوتاه توقف
خوراک دردهان آن ها باز می گردد. تحت این شرایط بدیهی است که قابلیت حل شدن عوامل طعم دهنده خوراک دردهان، با بازدهی بالایی اتفاق نخواهد افتاد. بخشی ازمطالعات علمی که دراین رابطه صورت گرفته است نشان می دهد که درصورت استفاده ازمواد طعم دهنده درجیره غذایی جوجه های گوشتی و مرغان تخمگذار،هیچ گونه تفاوت معنی داری ازنظر شدت رشد وتولید تخم مرغ رخ نخواهد داد. این عده ازمتخصصین معتقدند که استفاده از مواد مطبوع درخوراک
طیورازنظر اقتصادی ممکن است مقرون به صرفه نباشد. این عقاید ازدیدگاه صنعت طیور دردنیا پذیرفته شده نیست. واقعیت آن است که تعداد جوانه های چشایی با افزایش سن طیور افزایش می یابند. اگرچه بعضی ازمکانیسم های توجیهی براین اساس پایه گذاری شده اند که قابلیت انحلال عوامل طعم دهنده خوراک درطول هضم غذا دردستگاه گوارش طیوربسیارپایین می باشد، ولی این نکته را هم باید درنظرداشت که وجود این مواد مطبوع در خوراک، می تواند
موجب تحریک حس بویایی و درنتیجه تحریک مصرف خوراک درپرنده شود.وجود مواد مطبوع کننده خوراک طیور، موجب بهبود جزیی درافزایش وزن بدن وتولید تخم مرغ می شود ولی این اثرات افزایشی ممکن است که معنی دارنباشد، ولی این عدم معنی داربودن نباید مانع از آن شود که ما یک دیدگاه درست ازکاربرد این مـواد را داشته باشیم . مواد طعم دهنده خوراک، حاوی فاکتورهای ناشناخته ای هستند که موجب تأمین سلامت پرنده می شوند و پرنده را درمقابل عوامل
نامساعد حفظ می نمایند.مواد خوراکی طبیعی به طورنسبی برای طیورنامطلوب هستند زیرا از خوشخوراکی بالایی برخوردار نیستند. به عنوان مثال طیورجیره حاوی ذرت را نسبت به جیره های حاوی جو، چاودارو گندم ترجیح می دهند. طیور همچنین ازخوردن غذاهای حاوی ترکیبات غیرمعمول ازقبیل پروتئین های تک سلولی ، ضایعات فرآوری شده میوه و گیاهان دارویی خودداری می نمایند. مواد خوراکی طبیعی با خوشخوراکی بالا هم حاوی فاکتورهای زائدی هستند که
اثرات نامطلوب را بر روی خوش خوراکی غذا می گذارند. به عنوان مثال، درطول مدت زمان طولانی نگهداری وذخیره سازی این مواد، ترکیبات مغذی موجود درآن ها دستخوش تغییراتی می شوند. اکسیداسیون چربی، کپک زدگی قند و فساد پروتئین از جمله واکنش هایی است که مواد مغذی، با آن روبرو می شوند. فساد این مواد مغذی با ارزش، موجب تولید ترکیبات معطری می شود که برای طیورقابل قبول و جذاب نمی باشد و همین عامل موجب عملکرد ضعیف این مواد
خوراکی می شود. مشکلات مربوط به طعم غذا، ممکن است درغذاهای تازه هم وجود داشته باشد. یافته های تجربی نشان می دهند که بدون استفاده از مواد خوش طعم کننده خوراک، امکان تولید جیره غذایی که ازیکنواختی بالایی ازنظر خوشخوراکی برخوردار باشند وجود ندارد. دلیل این امربه تفاوت شرایط کشت گیاه، نوع خاک و مراحل مختلف فرآوری گیاه در کارخانجات باز می گردد. افزودنی های غذایی که درجیره های غدایی مختلف استفاده می شوند، طعم های متفاوتی دارند. به عنوان مثال ، منابع چربی که در خوراک مورد استفاده قرارمی گیرند، ممکن است از بخش هایی ازچربی غیرخوراکی بدن حیوانات که حاوی ناخالصی زیادی است استخراج شوند.
