لغز 1

موضوع: لغز 1 السبت مارس 14, 2009 9:52 pm

لغز سپين النكليون^(*)
يُحدد عدد من التجارب الجديدة البنية الداخلية
للبروتونات والنيوترونات التي مازالت غير مؤكدة.
ـ

كانت البروتونات والنيوترونات من أوائل الجسيمات تحت الذرية subatomic المكتشفة هذا القرن. تتألف منها نوى الذرات ولذا تعرف بالنكليونات، وتُكوّن أكثر من 99.9 في المئة من المادة المنتشرة حولنا في هذا العالم، بما في ذلك هذه الصفحة وأنت نفسك. (أما 0.1 في المئة الباقية فهي إلكترونات). وقد تعلمنا الكثير حول النكليونات، على مدى ثمانين سنة من الدراسات التجريبية والتحليلات النظرية، ومع ذلك فإن بعض خواصها الأساسية مازالت تحمل أحجيات ومفاجآت. فعلى مدى العقد المنصرم عمل الفيزيائيون جاهدين لحل مأزق خاص عرف باسم أزمة السپين.

نشأت هذه الأزمة عن نموذج الكوارك الناجح للجسيمات تحت الذرية. فقد طور النظريون هذا النموذج كتوصيف جميل ومحكم لآلاف الجسيمات المكتشفة في الخمسينات والستينات إلى جانب الجسيمات المألوفة القديمة كالبروتونات والنيوترونات. وشكلت حديقة الجسيمات بخصائصها وتآثراتها أنماطا يمكن تفسير تكوّنها بوساطة ثلاثة أنواع فقط من الكواركات سميت الكوارك الفوقي up والكوارك التحتي down والكوارك الغريب strange.

يتألف البروتون من كواركين فوقيين وكوارك تحتي، في حين يتألف النيوترون من كوارك واحد فوقي واثنين تحتيين، ويمكن استنتاج خواص عديدة للنكليونات بتركيب خواص الكواركات المكوِّنة لها بطريقة بدائية. وعلى سبيل المثال، فالشحنة الكهربائية للبروتون هي بالضبط مجموع الشحنات الكسرية لكواركات:3/1-3/2+3/2= +1. غير أن جميع محاولات مشاهدة الكواركات فرادى باءت بالفشل، واعتبر العديد من الفيزيائيين الكواركات تسهيلات رياضياتية، ليس إلا ـ أي مجرد نظام محاسبي لوصف التآثرات وليست كائنات «حقيقية» يمكن دراستها.

مع نهاية الستينات قام تعاون بين فيزيائيي معهد ماساتشوستس للتقانة وفيزيائيي مركز ستانفورد للمسرع الخطي (SLAC) لدراسة البنية الداخلية للنكليونات بإمرار حزمة إلكترونات ذات طاقة عالية عبر الهيدروجين السائل. وبما أن نواة الهدروجين هي بروتون وحيد فإن هذه العملية تشبه إلى حد بعيد إطلاق الإلكترونات على بروتونات صافية. وقد استنتجت بنية البروتون من دراسة تفاصيل انحرافات الإلكترونات.

قبل ذلك نُفذت تجارب مشابهة وأشارت جميعها إلى أن البروتون عبارة عن شحنة كروية طرية. لكن ما أدهش الجميع عندما توفرت طاقات أعلى مما سبق في المسرّع (SLAC) الجديد، هو تبعثر بعض الإلكترونات وكأنها صدمت نقاطا صغيرة قاسية من الشحنات تقع ضمن البروتونات. وقد عزا التجريبيون ذلك في البداية إلى وجود خطأ ما أو إلى مفعول يصعب تحليله، غير أن النتائج كانت حقيقية وكانت الدليل الأول على أن الكواركات أشياء واقعية.

نعلم اليوم احتواء النكليونات على جسيمات متراقصة باستمرار سريعة الزوال والحضور تأتي إلى الوجود وتختفي. بعض هذه الجسيمات هي الگلوونات gluons، وهي التي تنتج القوة الشديدة. أما الكواركات الرئيسية الثلاثة المكونة للنكليون ـ المعروفة بالكواركات التكافئية ـ فتتبادل الگلوونات فيما بينها ليظهر الأثر مشابها لحالة غراء مطاطي شديد يمسكها معا⁽¹⁾. وإلى جانب هذه الكواركات التكافئية الثلاثة والگلوونات فإن كواركات «افتراضية» قصيرة العمر ومضاداتها تتجسد وتختفي مثنى مثنى، وبذا تسهم في خواص النكليون. [انظر الشكل في الصفحة المقابلة].

أربعة مظاهر مختلفة للبروتون

1- يظهر البروتون عند ميز منخفض وكأنه كرية «طرية» (اللون الرمادي) قطرها نحو

2 x 10^-15 متر، شحنته +1 واندفاعه الزاوي أو سپينه 2/1 (السهم). يتجه السهم وفق محور الدوران إلى جسم يدور بحيث يبدو الدوران باتجاه حركة عقارب الساعة عندما ينظر إليه وفق السهم. تمتلك الجسيمات الكمومية سپينا ذاتيا ثابت القيمة وهذا ما يميزها عن فكرتنا المعتادة عن الأجسام الدائرة.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
</TD></TR></TABLE>

2 - يصف نموذج الكوارك البروتون على أنه مجموع كواركين فوقيين (اللون الأخضر) وكوارك تحتي (اللون الأزرق) بحيث تضاف شحناتها وسپيناتها الإفرادية إلى خواص البروتون. ولكل كوارك سپين مقداره 2/1، وسيكون السپين الإجمالي 2/1 أيضا إذا ما تفانى، على سبيل المثال، سپينا كواركين متجهين باتجاهين متضادين.

3 - كشفت تجارب أجريت في نهاية الستينات عن بنية نقطية للكواركات ضمن البروتون، ووصفت نظرية الكروموديناميك الكمومي (QCD) القوة التي تمسكها معا، وبينت هنا وكأنها نوع من وتر مرن (اللون الأبيض). والوتر تعبير لجسيمات (هي الگلوونات) يمتلك كل منها سپينا يساوي الواحد. ويمكن لحركة الكواركات والگلوونات ضمن البروتون أن تسهم أيضا باندفاع زاوي في سپين البروتون.

4 - يضيف التوصيف الكمومي الكامل لكروموديناميك كمومي رقصات معقدة مرتعشة لكواركات افتراضية ولكواركات مضادة (الرسم الأحمر) بما فيها الكواركات الغريبة (اللون الأرجواني) التي لا تعد عادة جزءا من المادة العادية. إن هذه اللقطة التي أخذت لتشَكُّلٍ عامٍ مفرد تلمح إلى الشكوك الكمومية الكاملة وإلى التأرجحات الدينامية. أما تفاصيل كيفية الوصول إلى سپين البروتون نتيجة هذه الرقصات فمازالت حساباتها الموثوقة عسيرة وتتكشف بصورة تدريجية بالتجربة فقط.

<table class=tableForPic id=table6 style="BORDER-TOP-WIDTH: 0px; BORDER-LEFT-WIDTH: 0px; BORDER-BOTTOM-WIDTH: 0px; BORDER-COLLAPSE: collapse; BORDER-RIGHT-WIDTH: 0px" cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=1><tr><td style="BORDER-RIGHT: medium none; BORDER-TOP: medium none; BORDER-LEFT: medium none; BORDER-BOTTOM: medium none">[center][ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

</TD></TR></TABLE>

والسپين خاصةٌ ذات أهمية بالغة، وهو شكل من أشكال الاندفاع (الزخم) الزاوي الفطري innate angular momentum. ولكل من الجسيمات المكونة للنكليون سپين، وبطريقة أو بأخرى فلا بد لسپينات «الدراويش» الدوارة هذه من أن تضاف بعضها إلى بعض لتعطي سپين النكليون الكلي المشاهد. ويبدو من النظرة الأولى أن نموذج الكواركات الثلاثة للنكليون يفسر سپينه بطريقة أنيقة: إذ يمكن لكواركين من الكواركات الثلاثة أن يكون سپيناهما متعاكسين فيعدم أحدهما الآخر ليبقى سپين الكوارك الثالث الذي يعطي سپين النكليون الملاحظ بالضبط. ومن المنطقي القول بأن سپينات جميع الگلوونات وأزواج الكواركات والكواركات المضادة الافتراضية تضاف إلى بعضها بعضا لتعطي، بصورة وسطية، الصفر. غير أن الواقع ليس بهذه البساطة.

أشارت النتائج التجريبية في أواسط الثمانينات إلى عدم إمكانية تفسير سپين النكليون وردّه إلى سپينات الكواركات المكونة له. وأدت هذه المفاجأة إلى إحداث «أزمة السپين». فانطلق جهد نظري مكثف للتوفيق بين النظرية والتجربة. وكانت المفاجأة الأخرى هي أن الكواركات الغريبة ـ والتي عادة تعتبر منفية (مبعدة) إلى عالم الجسيمات القصيرة العمر والتآثرات ذات الطاقة العالية ـ يبدو كأنها تؤدي دورا كبيرا في بنية السپين للنكليون المألوف.

يعتقد النظريون اليوم أن باستطاعتهم تفسير كيفية حدوث هذه السمات. وتدخل الجهود التجريبية مرحلة جديدة حيث تختبر في مختبرات أوروبية وأمريكية بنية السپين في النكليونات بوساطة تقنيات مبدعة ودقة أفضل. وسننتظر لنرى ما إذا كانت النتائج ستؤكد فهمنا هذا أم أنها ستولد أحجيات جديدة وبالتالي «أزمة» أخرى.

.

[/center]

موضوع: رد: لغز 1 الأحد مارس 15, 2009 12:25 am

بجد معلومات جميله
وتوبيك جااااااامد

زائر

انت تيجى تشرح بدال دكتور الكيمياء

توبيك جامد يادولا

موضوع: رد: لغز 1 الأحد مارس 15, 2009 5:49 pm

ربنا يخليك ل مصر

موضوع: رد: لغز 1 الأحد مارس 15, 2009 8:09 pm

مرسي ليكوا يا جماعة بجد مش عرفين قمتي والله مش عارف اعمل ايه

موضوع: رد: لغز 1 الأحد مارس 15, 2009 8:59 pm

اشطات يا دولا

موضوع: رد: لغز 1 الأحد مارس 15, 2009 9:14 pm

منور والله يا مان