الكون/ مـن الـذرة إلـى الـمجرة . ( 2\؟ )

http://zidanff5.jeeran.com/logo21.jpg

" الموضوع السابق في السلسة : المقدمة ، و تاريخ موجز للعلم "

الفصل الأول : رحـلة في عمق الـمادة

(1)

.

كان منهجُ البساطة سائداً منذ عهد أرسطو ، و يؤمن البعض بأن الطبيعة معّقدة و أن العقل البشري هو البسيط العاجز عن فهمها ، وأن النظريات البسيطة هي وصف قاصر لتلك الطبيعة العظيمة المعقدة ، والواقع أننا لا نملك أي سبيل لدحض ذلك الاحتجاج ولكن بإمكاننا أن نعتمد على سلسلة النجاحات الهائلة للنظريات القائمة على بساطة الكون ، و مثال ذلك النسبية ، و الانفجار العظيم ، والأوتار الفائقة - التي أتداولها في نهاية الباب- ..

في نهاية القرن التاسع عشر تم اكتشاف اثنين و تسعين عنصراً طبيعياً منها جوامد مثل الحديد و النحاس والفضة و الحديد و النيكل والبورون و الكبريت ، وبعضها غازات مصل الهيدروجين والهليوم و النيتروجين والكلور و النيون والزينون . وهناك عنصرين سائلين في الحرارة الطبيعية : الزئبق والبروم ، ولازال الاكتشاف مستمراً ولا نعلم توقفاً لهُ ويتم إنتاج عناصر كيميائية جديدة في المختبرات بأنصاف أعمار منخفضة المدى فِعلاً و هناك عناصر جديدة مثل : الفرانسيوم ، والآينشتاينيوم .. الخ.

وبعد اكتشاف تلك العناصر بدا واضحاً للعلماء أن الكون بحاجة إلى تبسيط أكثر أو انه مُعّقد إذ أن التعريف السائد للعصر في ذلك الوقت : مادة لا يمكن تحليلها إلى مكونات أبسط ، و لكن هذا التعريف صحيح نسبياً ، وسنعرف كيفية ذلك فيما بعد.

.

عام 1897 اكتشف ج. ج. طومسون وجود الإلكترون ، و اكتشف رذرفورد البروتون 1919 ( وذلك عن طريق تجربة جسيمات ألفا الشهيرة ) ، وفي سنة 1932م أكتشف شادويك النيوترون ، و بعد هذه الاكتشافات الثلاثة بدا للعلماء أن المادة وصلت إلى صورتها النهائية، ولا يمكن تبسيطها إلا وحدات أبسط ، فالمركبات تتكون من عناصر والعناصر تتركب من ذرات ، والذرات تتركب من نواة ( نيوترونات و بروتونات ) و إلكترونات تلّف حولها. و عادة منهجية بساطة المادة حينما أعتقد الكّل أن المادة عبارة عن ثلاث جسيمات ولا أكثر، أو أن هذا ما كان سائداً .

و تختلف العناصر باختلاف جسيماتها ، فالهيدروجين مثلاً مصنوع من بروتون واحد و إلكترون واحد ( وهذا تركيب أشهر نظائر الهيدروجين ) ويعد أبسط العناصر .و ذرة الأكسجين مثلاً يتركب من ثمانية بروتونات وثمانية نيوترونات و ثمانية إلكترونات . وذرة اليوارنيوم تتركب من نواة تحوي : 92 بروتون و 146 نيوترون. وبالطبع تتساوى البروتونات والإلكترونات ( ليتحقق تعادل الشحنة ) وبهذا الإلكترونات عددها 92 إلكتروناً .

http://zidanff5.jeeran.com/101.jpg

ذرة هيدروجين ( P بروتون في النواة ( الجسيم الوحيد ليها ) ، e إلكترون يدور حول النواة في المدار الأول .

.

في سنة 1932 م ، أي سنة اكتشاف شادويك للنيوترونات أكتشف كارل أندرسون anti-electron أو مضاد الإلكترون وسماه " بوزيترون " و يختلف البوزيترون ( والمشتق من كلمة- Positive - أي موجب ) عن الإلكترون في كونه موجباً أما شحنة الإلكترون فهي سالبة .
.
و عندما نذكر البوزيترون يجب أن نذكر لا يمكن أن يبقى البوزيترون موجوداً في بيئة عادية إذ أنه لا يلبث أن يصطدم بأحد الإلكترونات في الجو ، وباصطدام إلكترون ببوزيترون نحصل على أشعة جاما.
.
وقد توالت إكتشافات أضداد الجسيمات بعد ذلك وكلها أطلق عليها مسمى " أضداد " عدا البوزيترون و الذي أُستثني كونه أُستحدثَ قديماً .
.
المبدأ السائد الآن هو أن لكل جسيم جسيم مضاد ، و يمكن للأضداد أن تعيش طويلاً في الفضاء حيث تقل كثافة المادة أو في المعامل حيث تحشر مع أضداد مادة أخرى، و تتصادم مبيدةً بعضها و يمكن استخدام قانون ألبرت آينشتاين الشهيرة ( E=MC² ) أو ط = ك س² ، و ط تشير إلى الطاقة ( Energy ) أما ك فتشير إلى الكتلة ( Mass ) و س تشير إلى سرعة الضوء . وسرعة الضوء 300 مليون م\ث ، و تقاس الطاقة بالجول و الجول وحدة صغيرة وتّعد أقل من ربع الطاقة اللازمة لرفع جرام واحد من الماء درجة مئوية واحدة ( أي السعر ) و رغم ذلك فإن الناتج كمية ضخمة ، وٍسأتحدث عن التفاعلات النووية بتفصيل أكبر في الفصول القادمة .
.
وبمثل ما أن المادة تتحول إلى طاقة باصطدام الجسيم بضده فإن الطاقة يمكن أن تنتج المادة و كمية الطاقة اللازمة لإنتاج الجسيمات هي ذات الطاقة الناشئة عن تحولها. و الجسيمات ( كما تُباد ) تنشأ على شكل أزواج ، فيتشكل إلكترون و بوزيترون ، أو إلكترون وضده ، ونحو ذلك . و بذلك نستنج أن الطاقة و المادة شيء واحد وبذلك ندمج قانوني بقاء المادة و الطاقة ، إذ أن الصيّاغة القديمة لكل منهما خاطئة بهذا الاكتشاف ، إلا في حالة القول بأن المادة شكل من أشكال الطاقة ، والطاقة شكل من أشكال المادة ، و بذلك هنا شكلان لشيء واحد شكّل لغزاَ نناقشهُ فيما بعد .
.
و تتابعَ العلم ، فبعدَ أربعِ سنوات أُكتشف جسيم جديد أثقل من الإلكترون ب207 مرات و لو أنه سالب الشحنة مثله وسُمي الميون، و الحقيقة أن هذه المسميات صعبة قليلاً علينا العربْ وذلكَ بسبب أنها مشتقة من مسميات إغريقية ، وتستخدم هذه الرموز في الرياضيات كثيراً ولذلك تصبح غامضة قليلاً مثل : " ξ، ν، μ، ς، π، χ، φ " وسنستخدم هذه الرموز كثيراً في تعرفنا على الجسيمات حيث يفضلها الفيزيائيون كذلك.
.
و نلاحظ أن الميون أقل كتلةً من البروتون و النيوترون إذ تبلغ كتلتهما ( 1800 ضعف للإلكترون تقريباً ) و تتابعت الزيادات في الجسيمات و الأضداد ، و كان هناك عدة جسيمات افتراضية ، ومثال ذلك تجربة الفيزيائي النمساوي ولفجانج باولي و الذي أوضح أن هناك اضمحلالات إشعاعية تشير إلى وجود جسيم يخفي الكثير ( قد أخصص له جزءاً ميسوراً من هذا الباب لارتباطه بالكون ) ألا وهو :" النيوترينو " و لنحفظ هذا الاسم جيداً الآن و قد أكتشف النيوترينو نهائياً عام 1956 م .

( 2 )

جسيمات المادة : العائلات الثلاث العلّوية

.

http://zidanff5.jeeran.com/102.jpg

حسناً ، هذا الجدول مثير للحيرة قليلاً ، لذلك سنرتقي سلماً زمنياً في شرح هذا ، بدايةً نحو الباريونات وهي جسيمات تشبه البروتون و النيوترون ولها شحنات كهربائية موجبة كالبروتون أو متعادلة كالنيوترون و بعضها بشحنات سالبة كشحنة الإلكترون ( وهو لبتون ) مع فارق الكتلة بينهم .

أما الميزونات فهي جسيمات متوسطة الكتلة ، و بعضها خفيفة نسبياً كالباي ( والذي سمينّاه في الجدول أعلاه بيون ) . والبيون كتلته سبع كتلة البروتون ، وهناك ميزونات ثقيلة نسبية و أكبر بعدة أمثال من البروتون و النيوترون .

البينتاكواركات ( خماسي الكواركات ) ، عام 2003م ، تمت تجربة في معمل جيفرسون في ولاية فيرجينا في أمريكا و قد تمت التجربة عن طريق تسليط أشعة جاما عالية الطاقة على نواة الديتريوم ( نظير للهيدروجين و تتشكل نواته من (نيوترون و بروتون ) و الناتج كان عبارة عن جسيم غريب سُمي ثيتا+ ( و ثيتا حرف إغريقي كذلك - θ- )، و بروتون ، و ميزون يُدعى بـ ( K- ) ، لم يعش الجسيم الجديد طويلاً إذ اضمحل فوراً متحللاً إلى جسيمي : نيوترون و ميزون ( K+ ) ، و تلخيصُ ذلك :

+ H è θ+ + K+ + neutron è neutron + neutron + K- + K+ γ

لا يُفترض بكَ أن تقلق الآن حول فهم التجربة، إذ سيتم شرحها تفصيلاً الأجزاء القادمة.
وفي الحقيقة لا زلت البينتاكواركات موضوعاً للأخذ والرّد في الأوساط الفيزيائية ، ولم يتم تأكيدها بشكل فاصل .

,

اللبتونات ( واللبتون قطعة نقدية يونانية أو " الخفيف" ) : وقد استخدمت هذه الكلمة لتصف الإلكترون ، والميون ، و جسيمات النيوترينو الغامضة و التي عُرف عنها أنها تأتي في صفتين ( نيوترينو الإلكترون ) و ( نيوترينو الميون ) ، وفي سنة 1975م تم اكتشاف جسيم آخر دُعي بالتاو ( وهو حرف إغريقي كذلك

" τ "ويدعى بتاون كذلك ) و قد تم اكتشاف نيوترينو التاو كذلك . و بهذا فإن اللبتونات المعروفة حتى اللحظة :

الإلكترون ، الميون ، التاو ، و النيوترينو بأشكاله الثلاث ، و نيوترينو التاو لم يتم اكتشافه حتى سنة 2000 م إنما كان موجوداً بشكلٍ نظري و قد تم إثبات ذلك في معمل فيرمي ، و من المهم أن أذّكر بمسألة وجود ضّد لكل جسم من هذه الستة ، وبذلك نستنتج وجود اثني عشر لبتوناً ولكن العلماء يّفضلون الحديث عن ستة .

بذلك نستنج تكوّن المادة من أربع عائلات ، و جسيمات كثيرة العدد جداً ، بعد أن توقّع العلماء أنهم وصلوا إلى أصغر وحدات تركيب الكون ، باكتشاف شادويك للإلكترون سنة 1932م .

وليس المخطط سهلاً كما يبدو حتى الآن ، إذ أن بعض الجسيمات المذكورة لا تملكُ عمراً يذكر ، فما أن تنشأ حتى تضمحل إلى جسيمات أخرى و لا يمكن القول أن الجسيمات الأخرى تتكون أصلاً منها ، وكذلك لا يمكن الجزم بالجسيمات الناشئة ، و مثال ذلك البيون ، الذي يضمحل إلى إلكترون و نيوترينو ، أو ميون و نيوترينو ، أو حتى بيون آخر مع إلكترون و نيوترينو . وليس البيون مصنوعاً من تلك الجسيمات. وما من سبب يدفعنا إلى الظن بأن تلك الجسيمات.. نهاية للتحليل.

و بهذا فإن اتساعاً و ضخامةً كهذه الضخامة في هذه الفكرة لا يقبل بها الفيزيائيون المؤمنون ببساطة الطبيعة، وخلال الأسطر القادمة سنكتشف أن الحقّ كله كمّنَ معهم، فبالتأكيد.. المادة أبسط ! ..

( 3)

.

و قبل أن نعرج على التحليل الأبسط والنظرية المنقذة ، يجب أن نذكر عدة خصائص استخدمها العلماء للتفريق بين الجسيمات السابقة ، والعجيب أن تلك المحاولة قادتنا نحو تبسيط النظرية . و كانت أولا الخصائص :



الغرابة " Strangeness " : و هذا المُسمى نثري بحت إذ لا يوجد هدف علمي وراءه ، ويكون الجسيم أغرب ، كلما تباطأ اضمحلاله أكثر مما نتوقع.

اللف النظيري" Isospin" :اللف النظيري ، خاصية تستخدم لتوصيف الجسيمات متقاربة الكتلة والتي تشكل مجموعة لف نظيري ، مثال ذلك البروتون والنيوترون و الذين يشكلان مجموعة لف نظيري و تدعى : زوج اللف النظيري أو ثنائي اللف النظيري ومقدار لفهما النظيري = 1\2 ، البروتون +1\2 ، و النيوترون -1\2 . و كذلك جسيمات سيجما التي تكون ثلاثي اللف ( سيجما + = 1 ، سيجما 0 = 0 ، سيجما -= -1 ) .



و بواسطة هذه الخواص يتّم توزيع الجسيمات داخل العائلة حسبَ خواصها و مثال ذلك:

http://zidanff5.jeeran.com/103.jpg

( مخطط يوضح توزيع بعض الباريونات على مخطط حسب الغرابة ( المحور السيني ) و اللّف النظيري ( المحور الصادي )

Ξ :زايون ( إكسي ) باريون بمتوسط عمر منخفض نسبياً مقارنة و يشابه النيوترون و البروتون في اللف النظيري وسبب وجوده في الأسفل هو اختلاف غرابته عنهما ( أقلّ غرابةً ) .

( 3 )

الكواركات - Quarks

.

بعد سنوات من البحوث المتواصلة حول سرّ خصائص الجسيمات و تشابه تصرفات بعضها أو العوامل التي تحدد الشحنة و الغرابة و كون الجسم ميزوناً أو باريوناً ، وفي سنة 1961 م ، لاحظ عالمان أحدهما أمريكي يدعى جيل مان و الآخر إسرائيلي يُدعى يوفال نيمان أن الجسيمات تتوزع كذلك على مجموعات مختلفة ، وكل مجموعة تمتلك تفاعل أقوى مع بعضها من تفاعل أحد جسيماتها مع جسيم من مجموعة أخرى ، وسُميت بالطريقة الثُمانية " Eightfold Way " و قد أمضى الفيزيائيون السنوات القادمة بعدها كشفاً عن سرّ ذلك التميز لتلك المجموعات وكيف تقترن تحديدا مع بعضها ، ونتيجةً لذلك البحث ، توصل جيل مان سنة 1964م إلى اقتراح رياضي بحت يفترض وجود جسيمات أصغر تكون الجسيمات الاعتيادية ، وسُميت كواركات و قد أُقترح في البداية وجود ثلاثة أنواع من الكواركات " علوي ، سفلي ، غريب " و بالطبّع أضدادها ، و هذه أسماء اعتباطية خالصة ، إذ كان يُمكن تسميتها بأي اسم مهما كان .

وقد بقيت الكواركات كوسيلة رياضية لطيفة لتبسيط توزيع الجسيمات ولم يتوقع الكثير كونها موجودة حقاً في الجسيمات وقد قال العلماء مثلاً بأن شحنة الكوارك العلوي ( 2\3 ) و السفلي ( -1\3 ) . و لكي نتأكد من صحّة ذلك رياضياً ، نعلم أن الباريونات تتشكل من ثلاث كواركات ، والبروتون مثلاُ تركيبه ( UUD ) أو كواركان علويان و كوارك سفلي ، وعلم أن شحنة البروتون ( + 1 ) لنقم بالمعادلة التالية :

P= u + u + d = 2/3 + 2/3 + -1/3 = +1

.

وفي سنة 1968 في مُسّرع ستانفورد الخطّي ( Stanford Linear Accelerator ) أجريت تجربة قذف إلكترونات عالية الطاقة على بروتونات و لُوحظت الكواركات كَنقط صغيرة ، وبذلك ظهر الدليل العملي على وجود الكواركات . وفي سنة 1974م تَم اكتشاف كوارك السحر ( Charm ) في معّجل ستانفورد و في معهد ماساتشوسيتس التكنولوجي ( كلٌ على حدة ) . و في سنة 1977م أُكتشف الجسيم إبسيلون ( ε ) و الذي يحتوي كوارك قاع ( Bottom ) وضدّه ، و سنة 1995م ، تَم إثبات وجود كوارك القمة ( Top ) ، وقد تأخر اكتشافه بسبب ضخامة كتلته ( تقارب نواة الذهب ! ) ولذلك احتاج إلى طاقة عالية لكَشفه .

و بذلك نصل إلى أن الكواركات ستة أنواع بأضدادها :

علوي ، سفلي ، قمة ، قاع ، سحر ، غريب.

وهي مرتبطة مع بعضها على شكل أزواج ، وكما علمنا فإن لكل جسيم ضدّ و هذا يجري على الكواركات كذلك و لكل كوارك ضدّ و بذلك نعود إلى العائلات بالرد السابق لنشرحها بتفصيل أكبر : الباريونات ( والتي تتشكل من ثلاثة كواركات ) تحتوي ثلاث كواركات مختلفة و من أشهر هذه النماذج : البروتونات ( u u d ) أي تتركب من كواركين علويين و واحد سفلي .

أما ثيتا + ، خماسي الكواركات الذي أوضحت إكتشافه في الصفحات السابقة فيتكون بالشكل التالي :

http://zidanff5.jeeran.com/pentaquark.gif

نلاحظ أنه عند تعريض نواة الديتريوم لأشعة جاما بطاقة عالية تتفكك إلى نيوترون و ميزون ( ( K- إلى جسيم خماسي الكواركات ذكرنا انه يُسمى بثيتا + ، و بعد فترة بسيطة يتفكك إلى نيوترون و ميزون ُ آخر يُدعى (K+) - وهو بالمناسبة ضدّ الأول ونلاحظ ذلك من التركيب في المخطط )، و في الواقع قد يتساءل القارئ كيف أن ستة كواركات أصلية في نواة الديتريوم أعطت عشرة كواركات في الناتج ، والواقع أن هذا يتّدخل في تعقيدات أخرى ، إذ أن جزءاً من أشعّة جاما تحول إلى مادة و يُشرح ذلك بمعادلة آينشتاين : "E=MC² " و سَندخل في تفصيلات تحول المادة في فصل لاحق .

.

.

.

.

.

واختصاراً لما سبق أن المواد تتركب من:

1- ستة لبتونات ( إلكترون ، تاو ، ميون ، و نيوترينو لكلٍ منهما ) .

2- ستة كواركات ( علّوي ، سفلي ، قمة ، قاع ، سحر ، غريب ) .

في الجزء القادم :

............................................................................................

تتمة الباب الأول : جسيمات القوى ، النموذج المعياري ( تلخيص ) ، التفاعلات النووية .

p.s: حالياً الصور قليلة، أعلم أن هذا ممل بعض الشيء ، إلا أن المجال التحت-ذري خالي من الصور تقريباً .. أعدكم بالمزيد حين نخرج من نطاق الذرة .

شو هيدي الموضوع ^_^ ما شا الله انسان عالم وذكي
صراحة ما فهمت شي من الموضوع ممكن تفصله شوي عشان يسهل اكثر
بس شي واحد اعرفه الكواركات Up Down Charm Strange Top Bottom
لا تحسبني دفرة بس اختي تحاول تخليني دفرة
كمشور

هـلا عيـسى ،، تسلم سيدي ، أهم شيء وجودك ،،
أنا كنت حاط براسي و انا أعمل البحث أنه يكون على أبسط صورة لأني بنشره بالمنتدى .. والبحث هذا مجهود شخصي لأهداف شخصية ، يعني مو شيء أكاديمي ، لذلك حاولت أبسّطه قدر الإمكان ، بس يبدو أني لم أنجح ..

موفق أخوي ،
وترى حلو أنك تعرف الكواركات و طعومها .. هذا إنجاز لطيف فِعلاً ..
لأن الكواركات قبل عدة سنوات أو إلى الآن حتى لا تُدرس في أغلب الجامعات العربية .

ابدعت كا عادتك ..

موضوع مرتب ومفهوم وحلو ..

.....

عندي سؤال ..

الفوتون متى اكتشفوه ؟؟

وكم فرق الحجم بينه وبين الكواركات ؟؟

وشكرا يزيد على الموضوع الروعه ..

ياليت يكون حديثك عن التفاعلات النووية مبسط لأنه مو بالسهوله الي أنا شفتها ( بالنسبه لي ) ..

ننتظرك ..

واسمحلي يايزيد لأني في الوقت الحالي لا استطيع وضع الجزء المخصص لي .. لأنك تدري بالمسابقة .:o

اقتباس:

---

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة حمــد

ابدعت كا عادتك ..

موضوع مرتب ومفهوم وحلو ..

.....

عندي سؤال ..

الفوتون متى اكتشفوه ؟؟

وكم فرق الحجم بينه وبين الكواركات ؟؟

وشكرا يزيد على الموضوع الروعه ..

ياليت يكون حديثك عن التفاعلات النووية مبسط لأنه مو بالسهوله الي أنا شفتها ( بالنسبه لي ) ..

ننتظرك ..

واسمحلي يايزيد لأني في الوقت الحالي لا استطيع وضع الجزء المخصص لي .. لأنك تدري بالمسابقة .:o

---

الفوتون أول من كتبَ عنه ألبرت آينشتاين سنة 1905م ، لمّا كتب عن إشعاع الجسم الأسود الذي أكتشف ماكسويل ، وقد كان بحثه عموماً عن الكهرومغناطيسية ، ونالَ عليه نوبل .
أما الفرق في ( الحجم ) بينه وبين الكواركات ، فلا عِلمَ لي بهِ ، ولا أعتقد أنه من الممكن الكشف عنهُ (تجريبياً) :)

والله يعينك عزيزي على المسابقة ، بالنسبة للتفاعلات ، ما عليك بعطيها حقها و زود ، بس خلني أبسطها اكثر و أكثر ، و حيّاكَ الله عزيزي .

(متابع عن بعد)



فعلا تثير القشعريرة لما الواحد يحس انه قريب جدا من معرفة سر الوجود في الكون.

أنتظر سردك عن الأوتار. نظرية تثير الرعب ببساطتها.

تحياتي لك

بحث رائع جدا ً .. ليس كعادة البحوث عن هذه المواضيع , تكون دسمة .. ومملة ! : /


استمتعت بقرائته ..


انتظر البقية ..


شكرا ً لك يزيد ,,


: )

هلا ولله يزيد ^^ ..

واااااااو باين عليه فانتاستك ^^ ..

للحين ما قريته .. اخاف اقراه وانلحس -___- ..

بس لازم اسجل حضوري ^^ .. والف شكر عالموضوع الرائع .. ويستاهل المميزه ^^ ..

حبيت اسجل حضور ثاني ..


ياخي هاذي ثالث مره اقرى الموضوع ..

وكل مره يكون احلى من الثانية !!

انتظر الجزء الثالث على أحر من الجمر ..

برايفت يزيد :

حصلنا دعم مادري نيييههههااااا :icon6: