القوه الخفيه في النواه

ابن القيم · #1 08-11-2006, 19:15

السلام عليكم ورحمه الله وبركاته
أحب الاعمال الي الله أدومها وان قلت
القوى الخفية في النواة
كان تركيب نواة الذرة أحجية زمنا طويلا وبعد سبر دام اثنتي عشر سنه أكتشف جميس شادويك اخيرالقطعه المفقودة ألا وهي النيترون وكان من شأن هذا الاكتشاف أن وضع الفيزياء النووية على الطريق التي أدت في النهاية إلى صنع القنبلة الذرية
في عام 1920 اقترح رذرفورد أنه في داخل الذرة جسيما ثابتا بالإضافة إلى الإلكترون والبروتون وكان العلماء يعتقدون في ذلك الوقت أن الالكترونات لا تحيط بالنواة فحسب بل توجد في داخلها كذلك كانوا يعتقدون أن هذه الالكترونات الداخلية هي مصدر الجسيمات التي نشاهدها في النشاط الاشعاعي بيتا وادعى رذرفورد أنه يجري أحيانا التقاء بروتون وإلكترون ليشكلا جسيم أحادي أطلق عليه اسم (نيترون) وشرع على الفور بالبحث عن الجسيم يعاونه في ذلك مساعده شاوديك ولكن المحاولات في البحث عن النيترون كانت فاشلة وبقيا هذان العالمان حائران فتره من الزمن …..
في هذه الأثناء اكتشف بوث وبكر أن رجم البريليوم بجسيمات ألفا يولد إشعاع خارقا ينفذ عبر عشر سنتيمترات من الرصاص وظلا يعتقدان انه إشعاع قاما حتى عام 1932 عندما بينت مدام كوري وزوجها أن الإشعاع يرتطم بالبروتونات ويخرجها من ذرات الهيدروجين لكن بيكر عندما عمل تجربة مدام كوري افترض أن الجسم الخارج هو جسم مساوي للبروتون في الكتلة هو الجسم الذي طال البحث عن لكنه كان جسم قائما بذاته ولم يكن يتألف من إلكترون وبروتون واكتشف أن النواة تتكون من بروتونات والكترونات وبما أن النيترونات ليست مشحونة فإنها لاتتاثر بالنوى الكهربية الموجودة داخل الذرة وتستطيع النفاذ عبر المادة بسهوله وهو سبب قوتها في الاختراق وقد تنبأ العلماء بإمكانية رجم النوى بهذا الجسيم الذي قاد إلى عمل الانشطار النووي الأول طبعا بالاعتماد على المعادلة الشهيرة (الطاقة تساوي الكتلة في مربع سرعة الضوء ) وسوف أنقلكم من اكتشاف النيترون إلى اكتشاف المادة المضادة والبيزترونات
كانت في المادة مكونه من ثلاث جسيمات أساسيه الإلكترونات والبروتونات والنيترونات هذا في عام 1932 مع انه في هذا العم اكتشف جسيم جديد وهو البوزترون في الاشعه الكونية وهو المثال الاول على المادة المضادة كيفية اكتشاف هذه المادة المضادة قام ديراك بتطوير معادله تجمع بين الكموميه والنسبية وكان لها اثر كبير وقد حلت كثير من المعادلات الرياضية وكان احد الحلول يتوافق مع الالكترون العادي في حين بدا حل أخره يمثل إلكترون يملك طاقة سالبة حار رواد ميكانيكا الكم بهذه الطاقة السلبية وخاصه هايـزنبرغ إذ لم تكن الطاقة السالبة لتتوافق مع أي شي في عالم الفيزياء وهي نتيجة لا يمكن تجاوزها لا معادلة ديراك صحيحة خرج ديراك بحل لهذه المسألة لكنه حل غريب جدا أنه نظرية الثقوب …!!!
كانت الفكرة هي أن الالكترونات ذات الطاقة السالبة موجودة وهي جسيمات حقيقية ونحن محاطون بعالم من الالكترونات مثل الهواء مع هذا فإنه لا يرى عادة مع ذلك ربما يحدث خواء (ثقب ) في هذا العالم من الالكترونات وتشبه هذه الثقوب الجسيمات الموجبة في الحقل الكهرومغناطيسي وهنا تتبين قوة الرياضيات في مجال لايعتمد فيه على الحدس البشري وأطلق ديراك على هذا الجسيم ذو الطاقة السالبة بالالكترون المضاد
لم يكن ديراك مهتم باكتشافه ولكن أندرسون الذي لم يكن على علم بأفكار ديراك وجد بعض مسارات جسيمات غريبة في الاشعه الكونية تشبه تماما مسارات الجسيمات المتماثلة مع الالكترونات عدى أنها ذات شحنه موجبه وكانت صغير بحيث لايمكن أن تكون بروتونات واسم هذا الجسم المجهول (البوزترون) ولدى معرفة ديراك باكتشاف البوزترون تابع تنبؤه بأنه ينبغي أن يكون هناك بروتون مضاد أيضا وقد اكتشف هذا الجسم لاحقا والواقع اثبت انه لكل جسيم دون ذري جسيم مضاد له أن نوجد عوالم متكاملة من المادة المضادة ؟؟
يمكننا أن نتصور عالم من المادة المضادة لكن المادة والمادة المضادة تفني بعضها الأخر عندما يتلاقيان ويتحولنا إلى طاقه وهذا يفتح باب جديد على أكثر علوم الفيزياء أساسيه هي فيزياء الخواء أو الخلاء
وبعدها اكتشف النيترون على يد العالم باولي
وفي ليلة من ليالي اكتوبر عام 1934 فارق يوكاوا النوم فتبين إن القوة النووية تعمل فقط على مسافات قصيرة جدا مليون مليون جزء من السنتيمتر ومثل هذه القوه لابد أن يحملها جسم ثقيل أثقل من الالكترون بمئات المرات فأطلق يوكاوا على جسيمه اسم "الميزون" ومعناها المتوسط لأنه كان اصغر من البروتون واكبر من الالكترون وتأكد انه يظهر بشحنتين سالبة وموجبة أن هذا الجسم يتأرجح بين البروتونات والنيترونات ذهابا وإيابا بينها ولاصقا معها لايمكن فصله بسهوله عن النواة وفي عام 1947 تم اكتشاف ميزون متوسط يتفق مع وصف يوكاوا على يد بويل ..
في عام 1936 بعد أن اكتشف أندرسون البوزترون وجد جسما جديدا في الأشعة الكونية اسمها الميون كان يدرس أندرسون الأشعة الكونية بقرب سطح البحر ووجد أن الجسيمات في هذه المنطقة خارقه تستطيع أن تخترق طبقة سمكه من الرصاص ظن أندرسون لفتره من الزمن أنها قد تكون الكترونات وفي عام 1935 وجد أول دليل على انه بصدد نوع جديد كليا من الجسيمات وبعد سنه أي في عام 1936 تلقى أندرسون جائزة نوبل على اكتشافه البوزترون .
أطلق أندرسون اسم الميزوتون على الجسيم الجديد والذي يعني "فيما بعد " وبعد ذلك اختصر إلى ميزون اعتقد العديد من العلماء أن هذا الجسم هو نفسه جسيم يوكاوا لكن أندرسون كان مقتنع انه ليس هو فجسيمه محصن ضد القوى النووية مع انه لهما نفس الكتلة كان جسيم يوكاوا هو "ميزون باي" أو" البيـون" في حين أطلق أندرسون على جسيمه اسم "ميزون" أو "ميون" ولم تتحد هويتة الميون بشكل صحيح حتى الخمسينات القرن العشرين انه في حقيقة الأمل أخ ثقيل للإلكترون فهو أثقل منه 250 مرة وفي روما أبان دخولها من الألمان اكتشف ثلاثي ايطالي أن الميزون يمر خلال الجسم بسهوله نسبيا عبر كل أنواع الماد لم يكن ميزون يوكاوا الذي يتفاعل مع النوى بسهوله ..
في الخمسينات بعد أن صنف العلماء الميزون والبيون اكتشفوا عائله جديدة من جسيمات غريبة غير مستقره
في عام 1947 اكتشف روتشستر وبتلر من جامعه مانشستر مفعول غريب للأشعة الكونية فقد برز في حجرة السحاب العائدة لهما مساران ينبعثان من نقطه واحده على هيئة رقم (8) العربي استنتج الباحثان أنهما بصد جسيم مجهول يتفكك إلى جسيمين ثانويين .
في عام 1950 أكد أندرسون الاكتشاف بصوره فوتوغرافية لحجرة السحاب على قمة جبل لأنه يوجد في الأعلى من الأشعة الكونية 40 ضعف مما هو موجود عند مستوى سطح البحر لقد اكتشف 34 جسيما جديدا تعرف اليوم بـ (الميــزون –K) وسرعان ما اكتشف علماء الفيزياء أن الكاوونات تتفكك بطريقه غربية وان الطريقة التي أنتجت فيها الكاوونات توحي بأن ينبغي أن تعيش حوالي سنه نووية فقط والواقع انها تعيش حوالي (10^-8) وهو زمن أطول بألف مليون مليون مره الأمر الذي أذهل العقول وبسبب هذا الموت البطيء أطلق عليها الجسيمات الغريبة وفي مطلع خمسينات القرن العشرين استخدمت مسرعات عالية الطاقة وسرعان ما اكتفوا ثلاث جسيمات غريبه تدعى (لمدا ؛ سيغما ؛ و كساي ) وفي عام 1954 فسر سبب طول عمرها النسبي وهو لأنها تملك شحنه كهربيه بخاصية أساسيه أخرى اسمها "غرابه " فإن الجسيمات الأقل غرابه لا تتفكك بفعل القوه النووية الشديدة بل الضعيفة وتنجح في البقاء قيد الحياة مده ابر نسبيا
وبعد الخمسينات حلت وفره كبيرة في الجسيمات الجديدة غير المستقرة
كان هناك ثلاثة بيونات وثلاثة كاوونات و ثلاثة سيغما وجسيم ساي وميونان ولمدا واحد بما في ذلك أصناف الجسيمات ذات الشحنة الموجبة والسالبة وعديمة الشحنة فقد بدآ أن هناك فوضى في هذا العالم فلماذا تتعدد الجسيمات غير المستقرة ؟؟ حتى انه أصبحت تشوش على العلماء…‍‍‍

في مطلع الستينات تبين وجود نيترينو ثاني ليكون رفيق للأول
في عام 1948 اكتشف اليهودي شتاينبيرغر (لعنة الله على اليهود)
أن هذه الميونات تنقسم إلى ثلاثة أقسام إلى إلكترون ونترينوهين ولكي يكون كلامه صحيح كان لابد أن يكون احدهم نيترينو والأخر مضاد والمألوف إن الجسم وضاده يفنيان ويختفيان معا ف دفعه من الطاقة وبما انه لم يرها ي شخص فقد ساور العلماء الشك في صحتها
ومع اكتشاف النترينو الميوني عرفت اربعو جسيمات لا تتحسس القوه النووية الشديدة أن الإلكترون والميون المقترن كل منهما له بنترينو مناسب صنفوا على أنهم كليبتونات (وتعني دقيق أو صغير )
وتشترك الليبتونات نتحسسها لقوه النووية الضعيفة واليوم انظم للاسرة زوج وهو التاو والنترينو التاوي أن التاو الذي اكتشف عام 1975 أثقل من افلكترون با 3500 مره وعلى الرغم من مخاوف وجود سلم من هذه العائله إلا أن العلماء واثقون انه لايوجد شي يكتشفوه وفي عام 1988 تسلم شتاينبيرغر جائزة نوبل مع ليدرمان وشفارتز
في مطلع الستينات بعد هذه الأعداد الكبيرة من الجسيمات بعد أن كانو يتوقعوا بضعة من الجسيمات الاساسيه التي يتعاملون معها أن جميع الجسيمات الجديدة يمكن تفسيرها بوحدات افتراضيه ثلاث فقط أطلقوا عليها " الكواركات " وكان هذا اسما غريبا في تلك الفترة
قام غيل موري و يوفال في عام 1961 بتطبيق أفكار التناظر الرياضي على ثلاثين او ما يقارب ثلاثين جسيما المعروفه وصنفها في اسر ثمانية سمية هذه الطريقه الطريقه الثمانيه وقد تنبأ غيل بجسيم جديد أوميغا ناقص لملء فجوه في اسرة من عشرة أعضاء وبعد ذلك بسنه اكتشف هذا الجسيم الناقص واخذ هذا التنظيم علىمحمل الجد
وبسبب الطريقه التي تتواءم بها الكواركات بعضا مع بعض كان من الطبيعي أن يصنفها تصنيفا اتجاهيا فأطلق علي اثنين منها (علوي) و(سفلي) والثالث ( غريب ) لأنه كان مكوّنا أساسيا للجسيمات الغريبة ينبغي أن تمل الكواركات شحنة كهربائيه ولكنها خلافا للجسيمات الأخرى تبدو أنها حاملة شحنات كسرية من شحنة البروتون فشحنة الكوارك العلوي (2/3) واشحنة السفلي (1/3-) لم يسبق أن رأى العلماء شحنة سالبه ولذا رفض العلماء التصديق بذلك مع هذا كانت قوانين الكواركات البسيطة تعلل خصائص الهادرونات المعروفة كلها أما الباريونات فهي ثلاثيات كواركية فالبروتون ذو كواركين سفليين وكوارك علوي . والميزونات هي أزواج من كوارك مضاد .
كان من الصعب تقبل فكرة وجود طبقة من المادة تحمل شحنه كسريه لذلك روج عن فكرة الكواركات انها نهج رياضي بحت جعل كل شي يبدوا صحيحا لذا قال اغلب علماء الفيزياء إن الكواركات ليس لها وجود حقيقي وأيضا اكتشاف الأوميغا الناقص الذي يعد انتصار لنظرية الكواركيه فهو أيضا مأزق فبموجب قانون كمومي هو مبدأ الكواركيه لباولي لايمكن أن يكون جسيمان شبيهان بالكوارك في حالة وحده داخل جسيم اكبر ومع ذلك فإن جسيم "أوميغا ناقص " تالف من ثلاث كواركات غريبه متماثلة ظاهريا .
في عام 1064 اقترح والي غرينبرغ لتجنب مشكلة أن الكواركات تحمل شحنة إضافية تعرف بـ اللون لقد ميز اللون هذه الكواركات التي تعد متماثلة بدونها بعضها بعض فانقذ بذلك مبدأ الانتقاء تأتي الأنماط الثلاث الكواركيه من الكواركات بألوان ثلاث مختلفة يشار إليها عادة بـ ( احمر ) و (اخضر ) و (ازرق ) وكل ثلاثة كواركيه ينبغى أن تحوي كواركا من كل لون مولدة لونا حياديا أو (ابيض ) وهي نتيجه مشابهة لمزج أضواء ملونه ( للملاحظة فأن استخدام اللون في الكواركات لا يتصل باستخدامنا للأوان يعني ليست اللون حقيقية بل لتميز بينها ) مع ترسيخ فكرة الكواركات وجد الفيزيائيون أن هذه الصورة البسيطة استطاعت تفسير جوانب عديدة من خصائص الجسيمات تفسيرا مذهلا . كان الجسم عندما كان محصورا ذا خصائص ساكنة كشحنة كهر بائية وغرابة ثم توسيع تصنيف الى الديناميه بإجراء مقارنة بين معدلات تفاعلات الجسيمات المختلفة فالباريونات ذات الكواركات الثلاثة تقدم احتمالات للتفاعل أكثر من الميزونات ذات الكواركين…………….
ولم يظهر الكوارك بصورة بشكل واضح وساد التفسير إن الكواركات ليست أجسام حقيقية بل أفكار رياضية تتلاءم مع نموذج الطرية الثمانيه ….
والآن عرف علماء الفيزياء بوجود شيء أعنق فيما يتعلق بالبروتونات أصبحت المهمة التالية هي إمعان النظر في البارتونات الجديدة وفي عام 1974 أظهرت تجارب حزم النترينوهات في سيرن أن بروتونات فاينمان تحمل شحنة كسريه وان ثلاثة منها موجودة داخل كل بروتون فأضحت كويركات غيل مان الرياضية حقيقة وفي عام 1990 حصل كلن من كنيدال وفريدمان الموجودان الآن في معهد ماساشوسيتس للتكنولوجيا و تايلور الكندي الذي مازال يعمل في مسرع ستانفورد الخطي جائزة نوبل بعد مرور عشرين عاما على التجربة التي اكتشفت الكوارك.
كان في اسرة الكواركات ثلاث أعضاء فقط ولكي تسير الأمور عللا ما يرام طرحت اقتراحات بوجود كوارك رابع هو الكوارك "المفتون" وقد تم التأكد من وجوده بواسطة تجربتين أمريكيتين عام 1974 لم تنسجم المجموعتان الرئيستان من الجسيمات فيما بينهما في حين كان هناك ثلاثة كواركات (علوي وسفلى وغريب ) كان في اسرة الليبتونات أربع أعضاء هي (الإلكترون الميون ومرفقهما) لقد أزعج عدم الاتزان غلاشو وبوركن اللذان اقترحا من عام 1946 وجود كوارك رابع أطلقا عليه اسم الكوارك المفتون لأنه أضاف تناظر جميل على العالم مادون الذري وعندما توحده القوه النووية الضعيفة والكهرومغناطيسية في البداية اقتصر على الليبتونات فقط أما الكواركات فلم تدخل في التوحيد لكن غلاشو مع ماياني وإليوبولس تبينوا أن بالا مكان توسيع التوحيد ليشمل الكواركات شريطة وجود كوارك رابع ويعتقد معظم العلماء انها فكرة بعيدة المنال وفي عام 1974 أجرت تجربه في مسرع سبير الجبار فعثروا على قمة ضخمه في زاوية صغيرة من المعطيات وسمها ريختر "بساي " وفي تجربه أخرى وجده تينغ وسماه " J "
وبسبب ظهوره المفاجي سمي اكتشافه بثورة نوفمبر للفيزياء ويعد تفسير الجسيم J/psi اقل سهوله فقد اتفقوا جميعا على انه الكوارك الرابع المفتون كان الكوارك المفتون متأبطا الكوارك المضاد له وكان من الصعب مبدئيا مشاهدة .
وبعد اكتشاف هذا الكوارك تبدو الفيزياء أنيقه جدا لان هذا التوازن لم يدوم طويلا إذ اكتشف بيرل عام 1975 ليبتون جديد اسمها تاو وهو فائق الثقل بالمقارنه مع الإلكترون والميون ولا بد من وجود نترينو . وفجأة قفز عدد الليبتونات الى ستة .
وكي نستعيد التوازن لابد من وجود كواركين آخرين عرفا " الذروي معناه مأخوذ من الذروة القمة " والأخر "القعري" وجد الكوارك القعري عام 1977 كمثل الكوارك المفتون مخفى مع كوارك مضاد له داخل جسيم ثقيل جدا هو أبسيلون واكتشفه ليدرمان أما الذروي لم يوجد الى الآن وإما الشيء المحير فيه فهو لابد أن يكون ثقيل جدا أي (200) ضعف كتلت البروتون أي مايقارب كتلة نواة ذرة الذهب لماذا هذا الثقل ؟؟؟
والسلام عليكم ورحمه الله وبركاته