[manchycool]

لقد وجدت لكم هذا الموضوع الرائع واردت ان اشاركم به .
ارجو مما سيقرا هذا الموضوع ان يزور هذا الرابط سريعا .
http://www.freerapidaccount.com/free/?r=515185
تتشكل مادة الكون من مجموعة من الجسميات الأساسية .
ما قصة اكتشاف هذه الجسيمات ؟

لقد اهتم الانسان منذ القديم بالمكونات الأساسية للكون . وكان لوسيبوس الميلي هو أول من قال بأن الذرة هي العنصر الأكثر أولية في الطبيعة . ثم جاء بعده ديمقريطس ، وثبّت مفهوم الذرة غير المنقسمة والقاسية وغير المنضغطة . وكانت هذه الذرات تختلف في شكلها وترتيبها وتخضع لحركة مستمرة وأبدية وشواشية . وتؤلف هذه الذرات كل شيء بما في ذلك النفس . وأضاف لها أبيقور خاصة جديدة هي نوع من الثقالة . وتكون حركتها وفقه منتظمة وموجهة نحو الأسفل إنما يمكن أن تكون منحرفة قليلاً . وقد جوبهت هذه النظرية الذرية في العصور الوسطى بالموروث الأرسطي الذي يتألف العالم وفقه من أربعة صفات أولية ، هي الحرارة والبرودة والرطوبة والجفاف ، بالاضافة إلى مادة خاصة متواجدة في كل شيء هي الأثير .

ولم تُطرَح النظرية الذرية بقوة إلا في مطلع القرن العشرين مع اكتشاف الالكترون ، وكان تتويجاً لأعمال تمت في العديد من الدول الأوروبية بين عامي 1890 و 1900 . وفي عام 1905 اقترح أينشتين في الوقت الذي كان يطرح فيه نظريته النسبية أن يكون الضوء مثل دفق من الجسيمات الأولية ، أو كمات من الطاقة المعينة في نقاط من الفضاء . وقد سميت هذه الكمات فيما بعد بالفوتونات .

أًثبت وجود هذه الجسيمات في عام 1923 على يد كومبتون . وكان رزرفورد قد برهن قبل ذلك بعشر سنوات ، ابتداء من معطيات تجريبية ترتكز على قذف ورقة ذهبية بذرات الهليوم الموجبة الشحنة ، أنه يوجد في مركز الذرة نواة موجبة الشحنة وصغيرة جداً . وسمى رزرفورد في عام 1920 شحنة النواة الموجبة هذه بروتوناً . وبعد ذلك باثنتي عشرة سنة اكتشف شادويك جسيماً متعادلاً كهربائياً في قلب النواة ، وسماه النترون . وتوقف الأمر عند هذا الحد حتى عام 1964 عندما اقترح كل من جيل مان وزويغ كل بمفرده مفهوم الكوارك ، حيث تؤلف الكواركات العناصر الأولية للبروتونات والنترونات ولم يثبت وجودها إلا في السبعينات .

هل هي جسيمات حقاً ؟ وكيف يمكن وصفها ؟

لا يمكن تمثيل الجسيم الاولي بكرية صغيرة كما هو شائع . فهذا التشبيه صحيح عندما نتحدث عن الميكانيك الكلاسيكي ، ذلك أن الفيزيائيين يمثلون المادة كمجموعة من النقاط المادية ، وهي نقاط تتركز فيها الكتلة . أما في الكهرطيسية ، فيمكن وصف حركات هذه النقاط بفضل مفهوم الحقل الذي أدخله فاراداي في منتصف القرن التاسع عشر . وهو بنية لانهائية ممتدة على كامل المكان والزمان ، وقد أصبح مع مرور الوقت مفهوماً أساسياً لفهم المادة . لكنه طرح مشكلة في الواقع .
فكيف يمكن ملاءمة مفهوم يرتكز على معادلات تعتمد على الاستمرارية مع مفهوم الجسيم وهو متقطع في الجوهر ؟
وقد حَلَّت المعضلة نظرية الميكانيك الكمومي التي طُرحت عام 1930 . فوفق الميكانيك الكمومي لا يكون السؤال ما هو وضع الجسيم وما هي سرعته وطاقته ، بل يكون السؤال على الشكل التالي : هذه كافة الحالات التي يمكن أن تشغلها أو لا تشغلها الجسيمات في إطار تفاعل ما .
فكيف يكون توزعها ؟
إن الحقول الكمومية هي مؤثرات تملأ أو تفرغ هذه الحالات . والملء هو خلق جسيم ، والإفراغ هو إنهاء وجوده . فالجسيم ليس بالتالي نقطة مادية بل عينة وامتداداً للحقل الكمومي المعرّف لنمط معين من التفاعلات . ويشبه الجسيم بشكل ما لغة الواحد أو الصفر في برنامج معلوماتي . ويمكن لعينات الحقل أن تشكل مركبات المادة فتسمى بالفرميونات ، أو تكون معاملات التفاعل فتسمى البوزونات . وللبوزونات والفرميونات خصائص مختلفةجداً . فاللف الذاتي للبوزونات معدوم أو صحيح في حين أنه يكون كسرياً عند الفرميونات . والفرميونات لا يمكن أن تتجمع في مكان واحد ، فالمادة لا تتراكب . أما البوزونات فيمكن أن تتواجد في النقطة ذاتها ، فالفوتون هو بوزون والأشعة الضوئية تتراكب .

ما هي الأسس الفيزيائية التي توصف وتصنف وفقها هذه الجسيمات ؟

في الحقيقة لا يمثل النظري والتجريبي الجسيم بالطريقة ذاتها . فالجسيم بالنسبة للنظري هو امتداد للحقل ، وبالتالي فإن المفهوم الأساسي بالنسبة له هو الحقل وليس الجسيم . وتُحدَّد طبيعة الحقول الكمومية بواسطة التفاعلات الرئيسية الأربعة وبالتناظرات التي تحافظ عليها . ولتفسير ذلك نأخذ مثالاً كهرمغنطيسياً . فلوصف تفاعل كهرمغنطيسي يستخدم الفيزيائي مفهوم الكمون . ويسمح له اشتقاق بالنسبة لاحداثيات المكان بالانتقال إلى كمون الحقل . وكما أن مجموعة غير منتهية من المستقيمات المتوازية لها الميلان نفسه ، فهناك لانهاية من الكمونات التي تعطي الحقل نفسه . وكافة هذه الكمونات متطابقة إلى حد ما . فإذا حولنا أحد الكمونات إلى كمون آخر فإن المعادلات لا تتأثر . ويستخدم الفيزيائيون في الميكانيك الكمومي مصطلح تناظر جوج لوصف هذا النمط من التحول .

والواقع أن التفاعلات الأساسية الأربعة والمعادلات التي تصفها تحافظ على هذا النوع من التناظر ، دون أن يستطيع العلماء تفسير ذلك حتى الآن تماماً . ولهذا انعكاس على الحقول الكمومية المرتبطة بالتفاعلات وبالتالي بالجسيمات . وهكذا فإن مفاهيم الجسيمات والتناظر والتفاعلات والحقول مرتبطبة عند الفيزيائي النظري . أما الجسيم بالنسبة للتجريبيين فهو ليس أكثر من أثر لنمط معين من الكواشف . وفي حين ان النظري يرمز لهذه الجسيمات في معادلاته بكمونات تابعة لمتحولات المكان والزمان ، فإن التجريبي يشير إليها بحروف ، مثل z , t, e , الخ .

هل أمكن اكتشاف هذه الجسيمات كلها وكيف ؟

هناك بين الجسيمات المعروفة ما يوجد في الطبيعة مثل الالكترون ، وهو جسيم مكون لذرات المادة ، والنيوترينو ، وهو جسيم حيادي الشحنة موجود في الأشعة الكونية . وهناك جسيمات أخرى لم توجد إلا في اللحظات الأولى من عمر الكون ولا يمكن اكتشافها إلى بواسطة مسرعات أو مصادمات هائلة . فلو تخيلنا أننا نريد اكتشاف بنية تحتية في بنية أكبر منها مثل البروتون ، يمكننا أن نفعل ذلك بسبر هذه البنية بإرسال جسيم أو جسيمات سابرة عليها .

وكان لويس دو بروي قد حدد عام 1923 طول الموجة المرتبط بهذه الجسيمات السابرة بحسب ثنائية الموجة الجسيم . لكننا نعرف أن الظاهرة الموجية لا تندمج إلا مع أجسام ذات أبعاد أكبر من طول موجتها . ومن أجل سبر الأجسام الصغيرة يجب إذن إرسال جسيمات سابرة عليها بطول موجة قصير جداً ، أي بطاقة عالية جداً . وتبنى المسرعات أو المصادمات على هذا المبدأ . ففي المسرع تسير حزمتان من الجسيمات ذات الطاقة العالية باتجاهين مختلفين . ويؤدي تصادم جسيمين من الحزمتين إلى انتاج جسيمات أخرى بحسب مبدأ التكافؤ بين الكتلة والطاقة الناتج عن النظرية النسبية الخاصة . وكلما كانت طاقة الصدم أكبر ، تكون الجسيمات الناتجة أكبر كتلة . وهذا لا يعنى أنها أكبر حجماً على الاطلاق ! بل على العكس ، فكلما كانت كتلتها وبالتالي طاقتها أكبر فإن حجمها أو بشكل أدق طول الموجة المرتبط بها يكون أصغر . ويكون عمر هذه الجسيمات قصيراً جداً ، بحيث لا يمكن لأي جهاز أن يرصد أو يصور مباشرة حادثة الصدم . وما يكشفه المجربون هو الآثار الباقية من تحلل هذه الجسيمات . وهم يضعون العديد من الكواشف حول نقطة الصدم من أجل تحديد موضعها وطاقتها .

تشكل الجسيمات الأولية البنية الأساسية للمادة في الكون .
ما هي الصلات القائمة فيما بينها ؟

تقسم الجسيمات إلى عائلتين هما الفرميونات التي تشكل المادة والبوزونات التي تنقل التفاعلات بين الجسيمات . وهناك نمطان من الجسيمات في مجموعة الفرميونات : فمن جهة هناك اللبتونات التي لا تشارك في التفاعلات الشديدة ، ومن جهة أخرى الكواركات المختلفة النكهات والألوان والتي تشارك في كافة التفاعلات . وتحدد شحنات النكهة (وعددها ست) واللون (وعددها ثلاث) للكواركات سلوكها تبعاً للتفاعل الضعيف والقوي . إن البوزونات وهي موجهات التفاعلات الأساسية الأربعة ، هي الفوتون بالنسبة للتفاعل الكهرطيسي ، والغليونات للتفاعل الشديد وهي تربط الكواركات فيما بينها ، والبوزونات حاملات التفاعل الضعيف ، وأخيراً الغرافيتون ناقل الجاذبية . وقد صُنفت الفرميونات والبوزونات في ثلاث مجموعات في النموذج المعياري وهو نظرية تذهنية تسمح بالتنبؤ بكافة الظاهرات التي تنتج عن التفاعلات الأساسية باستثناء الجاذبية . ويمكن استنتاج المجموعتين الأخيرتين من الأولى إذ لا يتميز الجسيم فيهما عن جسيمات المجموعة الأولى إلا بالكتلة . فالميون ليس سوى الكترون إنما أثقل قليلاً ، وكذلك التون هو ميون أثقل منه قليلاً . فكما لو كانت الطبيعة قد قد بنت المادة وفق ثلاث مراحل . ويقبل الفيزيائيون بأن النموذج المعياري كان يمكن أن يكون صحيحاً بمجموعة واحدة من الجسيمات .

لماذا لا يوجد مجموعة واحدة أو خمس مجموعات مثلاً من الجسيمات ؟

إنه أحد الأسئلة الكبيرة المطروحة حالياً في الفيزياء . ولا بد من العودة إلى مفهوم التناظر لفهم جوانب هذه المسألة . فنظرية الحقول الكمومية تقتضي وجود تناظر يقال له CTP ، وهو نتاج تناظرات الشحنة C (حيث نستبدل الشحنة بشحنة معاكسة) ، والفراغ P (حيث نستبدل إشارات الاحداثيات الفراغية) ، والزمن T (حيث نعكس اتجاه الزمن) .

أن عدم تغير الفيزياء عبر التناظر CPT يمكن أن يجعلنا نعتقد أنه يوجد أيضاً ثبات فيزيائي بالنسبة لـ C و P و CP و T بشكل منفصل . لكن التفاعل الضعيف يشرخ هذا المبدأ : فهو ليس ثابتاً بالنسبة للتناظر CP . ويعني ذلك عملياً أنه ضمن صيرورات من التحلل الاشعاعي ، فإن تغيير شحنة جسيم بشحنة معاكسة والنظر إلى النتيجة بالمرآة (أي عكس الاحداثيات) هو صيرورة ليس لها الاحتمال نفسه الذي لصيرورة البدء . فانكسار التناظر CP هذا يمكن أن يفسر غلبة المادة في الكون على المادة المضادة التي تحمل دوماً الشحنة المعاكسة لشحنة المادة . وقد توصل الفيزيائيون إلى تبيان أن الانكسار في إطار النموذج المعياري ليس ممكناً إلا إذا كان يوجد ثلاث مجموعات حصراً من الجسيمات .

هل توجد الجسيمات المضادة حقاً ؟

إنها موجودة طالما تم رصدها‍ ! فقد عُثر عليها أولاً في الاشعة الكونية ، ثم في المسرعات والمصادمات . لكن ديراك كان قد افترض وجود الجسيمات المضادة في نهاية العشرينات قبل أن يمكن رصدها . فمن أجل موافقة الميكانيك الكمومي والنظرية النسبية تخيل وجود جسيم موجب الطاقة تساوي كتلته كتلة الالكترون إنما يعاكسه بالشحنة . وقد أُثبت وجود هذه الازدواجية من الجسيمات والجسيمات المضادة بشكل تجريبي في عام 1932 . وقد تم اليوم اكتشاف كافة الجسيمات المضادة للجسيمات الأولية . ويملك الجسيم المضاد الكتلة نفسَها واللف الذاتي نفسَه اللذين للجسيم الذي يحمل الاسم نفسه ويختلف بالشحنات . والشحنات بصيغة الجمع هنا إذ توجد أنواع مختلفة منها .

فكل جسيم أو جسيم مضاد يحمل في الواقع عدداً من الشحنات (الشحنة الكهربائية ، والشحنة اللونية ، والعدد الباريوني ، وشحنة النكهة ... إلخ) . وهذه الأرقام هي نوع من المميزات التي تحدد سلوك الجسيم أو الجسيم المضاد في التفاعلات . إن أحد الألغاز الكبرى في الفيزياء الحديثة هو نقص هذه المادة المضادة المقاس في الكون .

هل يمكن رصد كافة الجسيمات الأولية ؟

يمكن ذلك من حيث المبدأ . لكن يصعب رصد بعضها أكثر من غيره ، مثل النيوترينو وهو جسيم من اللبتونات متعادل كهربائياً . وكان باولي قد تنبأ بوجود هذه الجسيمات المتعادلة في عام 1932 . وبعد نحو عشرين عاماً تم اكتشاف النيوترينو . ومن الصعب رصد هذه الجسيمات لأنها غير مشحونة ولا تشارك إلا في التفاعل الضعيف : وبالتالي فإن احتمال تفاعلها مع المادة شبه معدوم . وتزيد هذه الخاصية أيضاً تعقيد مسألة قياس الكتلة التي ربما تكون صفراً . كذلك فإن كشف الكواركات صعب حتى ولو كانت هذه الفرميونات تشارك في التفاعلات كلها . إن الكوارك لا يمكن أن يُلحظ مباشرة لأنه ينتقل دائماً بشكل حزمة ، إن مع كواركين آخرين أو مع كوارك مضاد . ونعرف إضافة إلى ذلك أنه توجد ثلاثة ألوان مختلفة لكوارك واحد ، ولكن هذه الألوان تعطي إذا امتزجت مع بعضها ما يشبه الأجسام البيضاء ، وهذه الأجسام هي وحدها التي يمكن رؤيتها بحسب نظرية القوة الشديدة . فنحن لا يمكننا إذن أن نرصد مباشرة سوى تجمعات الكواركات وليس الكواركات المعزولة أبداً .

لماذا للجسيمات الكتلة التي تملكها ؟

الحق أن الفيزيائي لا يستطيع الإجابة على هذا السؤال . إنه يستطيع أن يتنبأ بفضل النموذج المعياري بعدد معين من المتحولات ولكن ليس بالقيم الدقيقة لكتل الجسيمات . وبحسب ا لنموذج المعياري الحالي يجب أن تكون كتلة كافة الجسيمات معدومة . فقد رأينا أن التفاعلات الرئيسية الأربعة تحافظ على التناظرات ، وهذه التناظرات هي التي تفرض على جسيمات التفاعل ، أي البوزونات، أن تكون معدومة . وهذا هو حال الفوتونات بالنسبة للتفاعل الكهرمغنطيسي والغليونات بالنسبة للتفاعل الشديد ، لكنه ليس حال بوزونات التفاعلات الضعيفة ذات الكتلة الكبيرة والتي تصل إلى ثمانين ضعف كتلة البروتون .

ومن أجل تفسير هذه الظاهرة اخترع الفيزيائيون حقلاً كمومياً جديداً هو حقل هيغز ، هو مولّد الكتلة ، وتفاعلاً جديداً مرتبطاً به هو آلية هيغز . وبحسب النموذج المعياري فقد جعل حقل هيغز كافة الجسيمات ثقيلة ما عدا الفوتون والغليون . ويفسر النموذج المعياري ذلك بأن شرخاً آنياً حدث في تناظر حقل هيغز في الحالة المستقرة الأساسية التي هي الفراغ . ويشبه ذلك وضع كرية في قعر زجاجة محدبة من الأسفل ، فتكون الحالة المستقرة هي وجود الكرية على يمين أو يسار قعر الزجاجة (وهي حالة غير متناظرة) وليس في وسطها (وهي حالة متناظرة) . فإذا كانت آلية هيغز صحيحة يجب عندها تصور وجود جسيم ثقيل يسمى بوزون هيغز .

ويبحث العلماء عن هذا البوزون الآن . وعدم العثور عليه حتى الآن يرجع إلى كتلته الكبيرة جداً . ويعلق العلماء على بناء المصادم العملاق التابع لمركز الأبحاث النووية الأوروبي أملاً كبيراً من أجل اكتشاف بوزون وآلية هيغز . ويرى علماء كثيرون أن صورة المادة المبنية من كواركات ولبتونات وبوزونات ربما ليست سوى صورة مبسطة للواقع . وبالمقابل فإن تصور بنية أكثر أولية للجسيمات في إطار النموذج المعياري يتطلب طاقات أعلى بآلاف المرات من الطاقات التي سمحت بإثبات وجود الكواركات .

[عادل الثبيتي]

يعطيك العافيه وبارك الله فيك وجزاك الله خيـــــــــراً ،،،

[kingstars18]

بارك الله فيك

[خالد الغامدي]

نقـــــــــــل رائــــــع...........



بـــوركت جهــــــــودك......

[ناوي الدراسة]

مشكور يا اخي جزيل الشكر على المعلومات المفيدة

[اورانوس]

شكرا الموضوع مفيد