الوسم: القوى

كان تركيب نواة الذره أحجيه زمنا طويلا وبعد سبر دام اثنتي عشر سنه أكتشف جميس شادويك اخيرالقطعه المفقوده ألا وهي النيترون وكان من شأن هذا الاكتشاف أن وضع الفيزياء النوويه على الطريق التي ادت في النهايه الى صنع القنبله الذرية

في عام 1920 اقترح رذرفورد أنه في داخل الذره جسيما ثابتا بالاضافة الى الالكترون والبرتون وكان العلماء يعتقدون في ذلك الوقت أن الالكترونات لاتحيط بالنواة فحسب بل توجد في داخلها كذلك كانوا يعتقدون أن هذه الالكترونات الداخليه هي مصدر الجسيمات التي نشاهدها في النشاط الاشعاعي بيتا وادعى رذرفورد أنه يجري أحيانا التقاء بروتون وألكترون ليشكلا جسيم احادي اطلق عليه اسم (نترون) وشرع على الفور بالبحث عن الجسيم يعاونه في ذلك مساعده شاوديك ولكن المحاولات في البحث عن النيترون كانت فاشله وبقيا هذان العالمان حائران فتره من الزمن …..

في هذه الاثناء اكتشف بوث وبكر أن رجم اليريليوم بجسيمات الفا يولد إشعاع خارقا ينفذ عبر عشر سنتيميترات من الرصاص وظلا يعتقدان انه اشعاع قاما حتى عام 1932 عندما بينت مدام كوري وزوجها أن الإشعاع يرتطم بالبرتونات ويخرجها من ذرات الهيدروجين لكن بيكر عندما عمل تجرية مدام كوري افترض ان الجسم الخارج هو جسم مساوي للبرتون في الكتلة هو الجسم الذي طال البحث عن لكنه كان جسم قائما بذاته ولم يكن يتألف من الكترون وبروتون واكتشف ان النواه تتكون من بروتونات والكترونات وبما ان النيتورنات ليست مشحونه فانها لاتتاثر بالنوى الكهربيه الموجوده داخل الذره وتستطيع النفاذ عبر الماده بسهوله وهو سبب قوتها في الاختراق وقد تنباء العلماء بامكانية رجم النوى بهذا الجسيم الذي قاد الى عمل الانشطار النووي الاول طبعا بالاعتماد على المعادله الشهيره (الطاقة تساوي الكتله في مربع سرعة الضوء ) وسوف انقلكم من اكتشاف النيترون الى اكتشاف الماده المضاده والبيزترونات

كانت في الماده مكونه من ثلاث جسيمات اساسيه الإلكترونات والبروتونات والنيترونات هذا في عام 1932 مع انه في هذا العام اكتشف جسيم جديد وهو البوزترون في الاشعه الكونيه وهو المثال الاول على الماده المضاده كيفية اكتشاف هذه الماده المضاده قام ديراك بتطوير معادله تجمع بين الكموميه والنسبيه وكان لها اثر كبير وقد حلت كثير من المعادلات الرياضيه وكان احد الحلول يتوافق مع الالكترون العادي في حين بدا حل اخره يمثل الكترون يملك طاقة سالبة حار رواد مكنيكا الكم بهذه الطاقة السلبة وخاصه هايـزنبرغ اذ لم تكن الطاقة السالبه لتتوافق مع أي شي في عالم الفيزياء وهي نتيجه لا يمكن تجاوزها لا معادلة ديراك صحيحة خرج ديراك بحل لهذه المسأله لكنه حل غريب جدا أنه نظرية الثقوب …!!!

كانت الفكرة هي أن الالكترونات ذات الطاقة السالبة موجوده وهي جسيمات حقيقيه 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 الموجبه في الحقل الكهرطيسي وهنا تتبين قوة الرياضيات في مجال لايعتمد فيه على الحدس البشري واطلق ديراك على هذا الجسيم ذو الطاقة السالبه بالالكترون المضاد

لم يكن ديراك مهتم باكتشافه ولكن أندرسون الذي لم يكن على علم بأفكار ديراك وجد بعض مسارات جسيمات غريبه في الاشعه الكونيه تشبه تماما مسارات الجسيمات المتماثله مع الالكترونات عدى انها ذات شحنه موجبه وكانت صغير بحيث لايمكن ان تكون بروتونات واسم هذا الجسم المجهول (البوزترون) ولدى معرفة ديراك بإكتشاف البوزترون تابع تنبؤه بأنه ينبغي ان يكون هناك بروتون مضاد أيضا وقد اكتشف هذا الجسم لاحقا والواقع اثبت انه لكل جسيم دون ذري جسيم مضاد له ان نوجد عوالم متكامله من الماده المضاده ؟؟

يمكننا ان نتصور عالم من الماده المضادة لكن المادة والمادة المضادة تفني بعضها الاخر عندما يتلاقيان ويتحولنا الى طاقه وهذا يفتح باب جديد على اكثر علوم الفيزياء أساسيه هي فيزياء الخواء او الخلاء

وبعدها اكتشف النيترينو على يد العالم باولي

وفي ليلة من ليالي اكتوبر عام 1934 فارق يوكاوا النوم فتبين ان القوة النوويه تعمل فقط على مسافات قصيره جدا مليون مليون جزء من السنتيميتر ومثل هذه القوه لابد ان يحملها جسم ثقيل اثقل من الالكترون بمئات المرات فاطلق يوكاوا على جسيمه اسم “الميزون” ومعنها المتوسط لانه كان اصغر من البروتون واكبر من الالكترون وتاكد انه يظهر بشحنتين سالبة وموجبة ان هذا الجسم يتارجح بين البروتونات والنيترونات ذهابا وإيابا بينها ولاصقا معها لايمكن فصله بسهوله عن النواه وفي عام 1947 تم اكتشاف ميزون متوسط يتفق مع وصف يوكاوا على يد بويل في عام 1936 بعد ان اكتشف أندرسون البوزترون وجد جسما جديدا في الأشعة الكونية اسمها الميون كان يدرس أندرسون الأشعة الكونيه بقرب سطح البحر ووجد ان الجسيمات في هذه المنطقه خارقه تستطيع ان تخترق طبقة سمكه من الرصاص ظن أندرسون لفتره من الزمن انها قد تكون الكترونات وفي عام 1935 وجد اول دليل على انه بصدد نوع جديد كليا من الجسيمات وبعد سنه أي في عام 1936 تلقى أندرسن جائزة نوبل على اكتشافه البوزترون

أطلق أندرسون اسم الميزوتون على الجسيم الجديد والذي يعني “فيما بعد ” وبعد ذلك اختصر الى ميزون واعتقد العديد من العالماء ان هذا الجسم هو نفسه جسيم يوكاوا لكن أندرسون كان مقتنع انه ليس هو فجسيمه محصن ضد القوى النوويه مع انه لهما نفس الكتله كان جسيم يوكاوا هو “ميزون باي” او” البيـون” في حين اطلق أندرسون على جسيمه اسم “ميزون” أو “ميون” ولم تتحد هويتة الميون بشكل صحيح حتى الخمسينات القرن العشرين انه في حقيقة الامل أخ ثقيل للإلكترون فهو اثقل منه 250 مرة وفي روما ابان دخولها من الالمان اكتشف ثلاثي ايطالي ان الميزون يمر خلال الجسم بسهوله نسبيا عبر كل انواع الماد لم يكن ميزون يوكاوا الذي يتفاعل مع النوى بسهوله ..

في الخمسينات بعد ان صنف العلماء الميزون والبيون اكتشفوا عائله جديده من جسيمات غريبه غير مستقره

في عام 1947 اكتشف روتشستر وبتلر من جامعه مانشستر مفعول غريب للاشعة الكونيه فقد برز في حجرة السحاب العائده لهما مساران ينبعثان من نقطه واحده على هيئة رقم (8) العربي استنتج الباحثان انهما بصد حسيم مجهول يتفكك الى جسيمين ثانويين .

في عام 1950 أكد أندرسون الاكتشاف بصوره فوتوغرافية لحجرة السحاب على قمة جبل لانه يوجد في الاعلى من الاشعة الكونيه 40 ضعف مما هو موجود عند مستوى سطح البحر لقد اكتشف 34 جسيما جديدا تعرف اليوم بـ (الميــزون –K) وسرعان مااكتشف علماء الفيزياء أن الكاوونات تتفكك بطريقه غربيه وان الطريقه التي أنتجت فيها الكاوونات توحي بان ينبغي ان عيش حوالي سنه نووية فقط والواقع انها تعيش حوالي (10^-8) وهو زمن اطول بالف مليو مليون مره الأمر الذي اذهل العقول وبسبب هذا الموت البطيء اطلق عليها الجسيمات الغريبة وفي مطلع خمسينات القرن العشرين استخدمت مسرعات عالية الطاقه وسرعان ماكتفوا ثلاث جسيمات غريبه تدعى (لمدا ؛ سيغما ؛ و كساي ) وفي عام 1954 فسر سبب طول عمرها النسبي وهو لانها تملك شحنه كهربيه بخاصيه اساسيه اخرى اسمها “غرابه ” فإن الجسيمات الاقل غرابه لاتتفكك بفعل القوه النوويه الشديده بل الضعيفه وتنجح في البقاء قيد الحياه مده ابر نسبيا

وبعد الخمسينات حلت وفره كبيره في الجسيمات الجديده غير المسقره

كان هناك ثلاثة بيونات وثلاثة كاوونات و ثلاثة سيغما وجسيم ساي وميونان ولمدا واحد بما في ذلك اصناف الجسيمات ذات الشحنه الموجبه والسالبه وعديمة الشحنه فقد بدى ان هناك فوضى في هذا العالم فلماذا تتعدد الجسيمات غير المستقرة ؟؟ حتى انه اصبحت تشوش على العلما…‍‍‍

في مطلع الستينات تبين وجود نيترينو ثاني ليكون رفيق للاول

في عام 1948 اكتشف اليهودي شتاينبيرغر (لعنة الله على اليهود)

ان هذه الميونات تنقسم الى ثلاثة اقسام الى الكترون ونترينوهين ولكي يكون كلامه صحيح كان لابد أن يكون احدهما نيترينو والاخر مضاد والمالوف ان الجسم وضاده يفنيان ويختفيان معا ف دفعه من الطاقه وبما انه لم يرها ي شخص فقد ساور العلماء الشك في صحتها

وومع اكتشاف النترينو الميوني عرفت اربعو جسيمات لاتتحسس القوه النوويه الشديده أن الإلكترون والميون المقترن كل منهما له بنترينو مناسب صنفوا على انهم كليبتونات (وتعني دقيق او صغير )

وتشترك الليبتونات نتحسسها لقوه النوويه الضعيفه واليوم انظم للاسره زوج وهو التاو والنترينو التاوي ان التاو الذي اكتشف عام 1975 اثقل من افلكترون با 3500 مره وعلى الرغم من مخاوف وجود سلم من هذه العائله الا ان العلماء واثقون انه لايوجد شي يكتشفوه وفي عام 1988 تسلم شتاينبيرغر جائزة نوبل مع ليدرمان وشفارتز

في مطلع الستينات بعد هذه الاعداد الكبيرة من الجسيمات بعد ان كانو يتوقعوا بضعة من الجسيمات الاساسيه التي يتعاملون معها أن جميع الجسيمات الجديده يمكن تفسيرها بوحدات افتراضيه ثلاث فقط أطلقوا عليها ” الكواركات ” وكان هذا اسما غريبا في تلك الفتره

قام غيل موري و يوفال في عام 1961 بتطبيق أفكار التناظر الرياضي على ثلاثين او مايقارب ثلاثين جسيما المعروفه وصنفها في اسر ثمانيه سمية هذه الطريقه الطريقه الثمانيه وقد تنبأ غيل بجسيم جديد أوميغا ناقص لملء فجوه في اسرة من عشرة اعضاء 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 ) لانه كان مكوّنا أساسيا للجسيمات الغريبة ينبغي أن تمل الكواركات شحنة كهربائيه ولكنها خلافا للجسيمات الاخرى تبدو أنها حاملة شحنات كسرية من شحنة البروتون فشحنة الكوارك العلوي (2/3) واشحنة السفلي (1/3-) لم يسبق ان 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 تركيب نواة الذره أحجيه زمنا طويلا وبعد سبر دام اثنتي عشر سنه أكتشف جميس شادويك اخيرالقطعه المفقوده ألا وهي النيترون وكان من شأن هذا الاكتشاف أن وضع الفيزياء النوويه على الطريق التي ادت في النهايه الى صنع القنبله الذرية

في عام 1920 اقترح رذرفورد أنه في داخل الذره جسيما ثابتا بالاضافة الى الالكترون والبرتون وكان العلماء يعتقدون في ذلك الوقت أن الالكترونات لاتحيط بالنواة فحسب بل توجد في داخلها كذلك كانوا يعتقدون أن هذه الالكترونات الداخليه هي مصدر الجسيمات التي نشاهدها في النشاط الاشعاعي بيتا وادعى رذرفورد أنه يجري أحيانا التقاء بروتون وألكترون ليشكلا جسيم احادي اطلق عليه اسم (نترون) وشرع على الفور بالبحث عن الجسيم يعاونه في ذلك مساعده شاوديك ولكن المحاولات في البحث عن النيترون كانت فاشله وبقيا هذان العالمان حائران فتره من الزمن …..

في هذه الاثناء اكتشف بوث وبكر أن رجم اليريليوم بجسيمات الفا يولد إشعاع خارقا ينفذ عبر عشر سنتيميترات من الرصاص وظلا يعتقدان انه اشعاع قاما حتى عام 1932 عندما بينت مدام كوري وزوجها أن الإشعاع يرتطم بالبرتونات ويخرجها من ذرات الهيدروجين لكن بيكر عندما عمل تجرية مدام كوري افترض ان الجسم الخارج هو جسم مساوي للبرتون في الكتلة هو الجسم الذي طال البحث عن لكنه كان جسم قائما بذاته ولم يكن يتألف من الكترون وبروتون واكتشف ان النواه تتكون من بروتونات والكترونات وبما ان النيتورنات ليست مشحونه فانها لاتتاثر بالنوى الكهربيه الموجوده داخل الذره وتستطيع النفاذ عبر الماده بسهوله وهو سبب قوتها في الاختراق وقد تنباء العلماء بامكانية رجم النوى بهذا الجسيم الذي قاد الى عمل الانشطار النووي الاول طبعا بالاعتماد على المعادله الشهيره (الطاقة تساوي الكتله في مربع سرعة الضوء ) وسوف انقلكم من اكتشاف النيترون الى اكتشاف الماده المضاده والبيزترونات

كانت في الماده مكونه من ثلاث جسيمات اساسيه الإلكترونات والبروتونات والنيترونات هذا في عام 1932 مع انه في هذا العام اكتشف جسيم جديد وهو البوزترون في الاشعه الكونيه وهو المثال الاول على الماده المضاده كيفية اكتشاف هذه الماده المضاده قام ديراك بتطوير معادله تجمع بين الكموميه والنسبيه وكان لها اثر كبير وقد حلت كثير من المعادلات الرياضيه وكان احد الحلول يتوافق مع الالكترون العادي في حين بدا حل اخره يمثل الكترون يملك طاقة سالبة حار رواد مكنيكا الكم بهذه الطاقة السلبة وخاصه هايـزنبرغ اذ لم تكن الطاقة السالبه لتتوافق مع أي شي في عالم الفيزياء وهي نتيجه لا يمكن تجاوزها لا معادلة ديراك صحيحة خرج ديراك بحل لهذه المسأله لكنه حل غريب جدا أنه نظرية الثقوب …!!!

كانت الفكرة هي أن الالكترونات ذات الطاقة السالبة موجوده وهي جسيمات حقيقيه 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 الموجبه في الحقل الكهرطيسي وهنا تتبين قوة الرياضيات في مجال لايعتمد فيه على الحدس البشري واطلق ديراك على هذا الجسيم ذو الطاقة السالبه بالالكترون المضاد

لم يكن ديراك مهتم باكتشافه ولكن أندرسون الذي لم يكن على علم بأفكار ديراك وجد بعض مسارات جسيمات غريبه في الاشعه الكونيه تشبه تماما مسارات الجسيمات المتماثله مع الالكترونات عدى انها ذات شحنه موجبه وكانت صغير بحيث لايمكن ان تكون بروتونات واسم هذا الجسم المجهول (البوزترون) ولدى معرفة ديراك بإكتشاف البوزترون تابع تنبؤه بأنه ينبغي ان يكون هناك بروتون مضاد أيضا وقد اكتشف هذا الجسم لاحقا والواقع اثبت انه لكل جسيم دون ذري جسيم مضاد له ان نوجد عوالم متكامله من الماده المضاده ؟؟

يمكننا ان نتصور عالم من الماده المضادة لكن المادة والمادة المضادة تفني بعضها الاخر عندما يتلاقيان ويتحولنا الى طاقه وهذا يفتح باب جديد على اكثر علوم الفيزياء أساسيه هي فيزياء الخواء او الخلاء

وبعدها اكتشف النيترينو على يد العالم باولي

وفي ليلة من ليالي اكتوبر عام 1934 فارق يوكاوا النوم فتبين ان القوة النوويه تعمل فقط على مسافات قصيره جدا مليون مليون جزء من السنتيميتر ومثل هذه القوه لابد ان يحملها جسم ثقيل اثقل من الالكترون بمئات المرات فاطلق يوكاوا على جسيمه اسم “الميزون” ومعنها المتوسط لانه كان اصغر من البروتون واكبر من الالكترون وتاكد انه يظهر بشحنتين سالبة وموجبة ان هذا الجسم يتارجح بين البروتونات والنيترونات ذهابا وإيابا بينها ولاصقا معها لايمكن فصله بسهوله عن النواه وفي عام 1947 تم اكتشاف ميزون متوسط يتفق مع وصف يوكاوا على يد بويلفي عام 1936 بعد ان اكتشف أندرسون البوزترون وجد جسما جديدا في الأشعة الكونية اسمها الميون كان يدرس أندرسون الأشعة الكونيه بقرب سطح البحر ووجد ان الجسيمات في هذه المنطقه خارقه تستطيع ان تخترق طبقة سمكه من الرصاص ظن أندرسون لفتره من الزمن انها قد تكون الكترونات وفي عام 1935 وجد اول دليل على انه بصدد نوع جديد كليا من الجسيمات وبعد سنه أي في عام 1936 تلقى أندرسن جائزة نوبل على اكتشافه البوزترون .

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 ان الكواركات ليس لها وجود حقيقي وايضا اكتشاف الأوميغا الناقص الذي يعد انتصار لنظريه الكواركيه فهو ايضا 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 متماثله ظاهريا .
في عام 1064 اقترح والي غرينبرغ لتجنب مشكلة أن الكواركات تحمل شحنة اضافية تعرف بـ اللون لقد ميز اللون هذه الكواركات التي تعد متماثله بدونها بعضها بعض فانقذ بذلك مبدأ الانتقاء تأتي الأنماط الثلاث الكواركيه من الكواركات بألوان ثلاث مختلفه 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 ( للملاحظه فأن استخدام اللون في الكواركات لايتصل باستخدامنا للالوان يعني ليست اللون حقيقيه 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 ساكنه كشحنة كهربائية وغرابة ثم توسيع تصنيف الى الديناميه بإجراء مقارنة بين معدلات تفاعلات الجسيمات المختلفة فالباريونات ذات الكواركات الثلاثه تقدم احتمالات للتفاعل اكثر من الميزونات ذات الكواركين…………….

ولم يظهر الكوارك بصورة بشكل واضح وساد التفسير الا سمي ان الكواركات ليست اجسام حقيقيه بل افكار رياضية تتلاءم مع نموذج الطريه الثمانيه ….

والان عرف علماء الفيزياء بوجود شيء اعنق فيما يتعلق بالبروتونات أصبحت المهمه التاليه هي امعان النظر في البارتونات الجديده وفي عام 1974 اظهرت تجارب حزم النترينوهات في سيرن أن بروتونات فاينمان تحمل شحنة كسريه وان ثلاثة منها موجودة داخل كل بروتون فأضحت كويركات غيل مان الرياضية حقيقه وفي عام 1990 حصل كلن من كنيدال وفريدمان الموجودان الان في معهد ماساشوسيتس للتكنولوجيا و تايلور الكندي الذي مازال يعمل في مسرع ستانفورد الخطي جائزة نوبل بعد مرور عشرين عاما على التجربه التي اكتشفت الكوارك.

كان في اسرة الكواركات ثلاث اعضاء فقط ولكي تسير الامور عللا مايرام طرحت اقتراحات بوجود كوارك رابع هو الكوارك “المفتون” وقد تم التاكد 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 اربع أعضاء هي (الإلكترون الميون ومرفقهما) لقد أزعج عدم الاتزان غلاشو وبوركن اللذان اقترحا من عام 1946 وجود كوارك رابع اطلقا عليه اسم الكوارك المفتون لانه اضاف تناظر جميل على العالم مادون الذري وعندما توحده القوه النوويه الضعيفة والكهرطيسه في البدايه اقتصر على الليبتونات فقط أما الكواركات فلم تدخل في التوحيد لكن غلاشو مع ماياني وإليوبولس تبينوا أن بالامكان توسيع التوحيد ليشمل الكواركات شريطة وجود كوارك رابع وعتقد معضم العلماء انها فكرة بعيدة المنال وفي عام 1974 اجرت تجربه في مسرع سبير الجبار فعثروا على قمه ضخمه في زاويه صغيرة من المعطيات وسمها ريختر “بساي ” وفي تجربه اخرى 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 اذ 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 .