هندسة نت » الفيزياء الجزئية

عن معادلة آينشتاين الشهيرة

محمد صالح كيالي — Tue, 15 Sep 2009 12:07:27 +0000

تشرح هذه المعادلة الشهيرة العلاقة بين الكتلة والطاقة وسرعة الضوء حيث تقول بأن الكلتلة (m) مساوية للطاقة (E).

ملاحظة العلاقة بين هذين المقدارين هي الحركة العبقرية لآينشتاين. يأتي مربع سرعة الضوء (C^2) إلى المعادلة ليخبرنا بالضبط عن مقدار الطاقة التي يمثلها مقدار معطى من الكتلة.

في عالم العمليات التحت ذرية، يمكن أن تتحول كتلة الجزيئات إلى طاقة على شكل ضوء أو حرارة أو حركة. وبالمثل، يمكن للطاقة أيضاً أن تتحول إلى الكتلة.

تستغل مسرعات الجزيئات هذه الفكرة عبر صدم جزيئات تتحرك بسرعة كبيرة. الطاقة العالية من هذه الصدامات تتحول إلى جزيئات جديدة يمكن لها أن تمتلك كتلة أكبر من الجزيئات الأساسية المتصادمة.

تحويل الكتلة إلى طاقة هو الهدف الذي يسعى إليه العلماء من عملية الإندماج النووي. دمج البروتونات والنترونات يظهر في نواة كتلتها الكلية أقل من مكوناتها. تظهر الكتلة الضائعة على شكل طاقة، والتي يمكن جمعها – نظرياً – لأغراض مفيدة : E=mc^2

للتحويل بين الكتلة والطاقة نتائج بعيدة. محرك سيارتك يعمل على وقود المستحاثات الذي أتى من نباتات ماقبل التاريخ. حصلت النباتات هذه على طاقتها من ضوء الشمس الذي أنتج أساساً من تفاعلات الإندماج النووي فيها. إذاً فسيارتك – ونظرياً كل النشاطات الأخرى على الأرض – تعمل في النهاية اعتماداً على E=mc^2

بيتر ميرز – جامعة برنستون
من عدد شباط 2005 من مجلة Symmetry للفيزياء الجزيئية – مجلة مشتركة بين FermiLab و SLAC
تحميل الملف الأصلي PDF

شارك هذا المقال

ضوء شيركنكوف

محمد صالح كيالي — Thu, 03 Sep 2009 15:47:29 +0000

يظهر ضوء شيركنكوف عندما تنتقل جزيئة مشحونة بسرعة أكبر من سرعة الضوء. التأثير هذا مكافئ لـ “كسر حاجز الصوت” والذي يحدث مثلاً عندما تكون سرعة الطائرة النفاثة أكبر من سرعة الصوت.

لكن كيف يمكن لجزيئة أن تنتقل بسرعة أكبر من سرعة الضوء دون تجاوز قوانين الفيزياء!

سرعة الضوء في الفراغ تساوي 300,000,000 متر في الثانية. ويعتقد بأنه لاتصل سرعة أي جسم أثناء الحركة إلى هذه السرعة.

الفكرة أن سرعة الضوء تخف عند الانتقال ضمن الماء أو الزجاج وبعض الأوساط الشفافة الأخرى. تصل نسبة الانخفاض إلى 25 بالمئة في بعض الحالات. بهذا الشكل يمكن لجزيئة ما أن تتحرك ضمن المادة بسرعة أكبر من الضوء، مع بقائها في نفس الوقت أقل من سرعة الضوء في الفراغ.

عندما يحدث هذا الأمر تشع الجزئية ضوء مائلاً للزرقة يدعى “ضوء شيركنكوف” ينتشر ورائها بشكل مخروط مجوف مشابه للمخروط الذي يظهر من “كسر حاجز الصوت”.

يعطي هذا الضوء الماء المحيط بنواة المفاعل النووي ذلك الوهج الأزرق المميز.

يستعمل العلماء تلسكوبات مبنية لجمع ضوء شيركنكوف الذي يبعث من حمامات أشعة غاما والأشعة الكونية (Cosmic Ray). يدمج علماء النيوترينو مئات من الكشافات الحساسة للضوء ضمن أحجام كبيرة من الماء والجليد لتسجيل ضوء شيركوف من الميونات (muons) والإلكترونات والتي تندمج عندما تصطدم النترونات بالذرات.

يساعد ضوء شيركوف المسجل بهذه الأجهزة على تمييز الجزيئات وتحديد سرعتها.

شارك هذا المقال

تسريع الجزيئات

محمد صالح كيالي — Thu, 06 Aug 2009 00:20:38 +0000

يتم تسريع الجزيئات (كالإلكترونات والبروتونات والجزيئات المشحونة الأخرى) عبر تطبيق أمواج كهرومغناطيسية عليها.تنتقل الطاقة من الأمواج إلى الجزيئات عندما تنتقل هذه الجزيئات عبر تجويفات خاصة مصنوعة من النحاس أو من مواد فائقة الناقلية.لفهم عملية تسريع الجزيئات بشكل أفضل لنتخيل عملية ركوب الأمواج خاصة عندما يحاول اللاعب ركوب الموجة. عند التجديف بالسرعة المناسبة وفي الوقت المناسب، سيكتسب اللاعب سرعة الموجة. إذا كانت السرعة الأساسية غير مناسبة ستتجاوز الموجة اللاعب، أما إذا كان التوقيت خاطئاً سيخسر اللاعب سرعته.

يشابه هذا الأمر تماماً عملية انتقال الإلكترون ضمن تجويف طبقت عليه أمواج كهرومغناطيسية.

ستكتسب الجزيئة طاقة الموجة إذا دخلت التجويف في الوقت الصحيح، أما إذا دخلت في الوقت الخاطئ ستكتسب طاقة أقل لتتباطئ أو تضيع.
في مسرع الجزيئات، تنتقل الجزيئات عبر تجاويف مختلفة لتتغير سرعتها المنخفضة وتصل إلى سرعة الضوء.

تكمن الحيلة في ضبط التجويفات لتكون الأمواج متزامنة مع الجزيئات بحيث تؤمن قيمة تسارع أعظمية في كل نقطة من المسرع.

أندرو هتون – مختبر جيفرسون
مجلة Symmetry للفيزياء الجزيئية، عدد أكتوبر- نوفمبر 2006
لتحميل المقال بصيغة PDF

شارك هذا المقال

ماهي الفيزياء الجزيئية الأساسية؟

محمد صالح كيالي — Sat, 18 Jul 2009 19:28:09 +0000

أثبتت الفيزياء أن الظواهر والأحداث اليومية التي تجري في حياتنا محكومة جميعاً بمبادئ عامة تطبق على الأبعاد والزمن بشكل أعمق بكثير مما يستطيع البشر ملاحظته. الفيزياء الجزيئية الأساسية هي سبيل العلم لفهم هذه المبادئ.ماهي القوانين التي تحكم الطاقة أو المادة أو الفضاء أوالزمن بشكل أساسي؟ كيف ترتبط الظواهر في أدنى وأعلى المستويات مع بعضها فيما يتعلق بالوقت والزمن؟

للأجابة على هذه الأسئلة يحاول علماء الفيزياء الجزيئية عزل أو إنشاء أو تحديد التفاعلات الأساسية للمكونات الأولية في كوننا. كأن يقوموا مثلاً بإنتاج شعاع من الجزيئات الأساسية في مسرع جزيئات ثم دراسة سلوكها عندما تصطدم بمادة ما أو عندما تصطدم بشعاع جزيئات أخر. تجارب أخرى تشتغل الجزيئات الأساسية التي تنتج بشكل طبيعي مثل التي تنشئ نتيجة للتفاعلات الشمسية أو من تعرض الغلاف الجوي الأرضي للإشعاعات الكونية.

تقوم بعض التجارب على دراسة مواد عادية بكميات كبيرة لملاحظة الظواهر النادرة أو للبحث عن ظواهر لم تحدث بعد. تعتمد كل التجارب السابقة على مستكشفات متطورة تطبق أحدث التقنيات لقياس وتسجيل خصائص الجزيئات.

يستعمل علماء الفيزياء الجزيئية أيضاً التلسكوبات الأرضية والفضائية لدراسة هذه الجزيئات الأساسية والقوى التي تحكم تفاعلاتها. يظهر هذا النوع من التجارب الأهمية المتزايدة للتقاطع بين الفيزياء الجزيئية وعلم الفلك والفيزياء الفلكية وعلم دراسة الكون Cosmology.

لتحميل المقال الأصلي بصيغة PDF

شارك هذا المقال