الفيزياء النووية

الفيزياء النووية Nuclear physics : تعد الفيزياء النووية جزءًا من الفيزياء يهتم بدراسة نواة الذرة من حيث سير الجسيمات الأولية في قلب النواة "البروتونات والنترونات " وتفاعلها فيما بينها بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خواص النواة.



ومعظم التطبيقات المعروفة للفيزياء النووية هي الطاقة النووية والأسلحة النووية، ولكن الأبحاث فتحت المجال أوسع للتطبيقات المختلفة، فمنها في المجال الطبي (الطب النووي، والتصوير بالرنين المغناطيسي))، وفي مجال علم المواد (زرع الأيونات Ion implantation) وعلم الآثار (تحديد العمر باستخدام الكربون المشع Radiocarbon dating).

وقد تطور مجال فيزياء الجسيمات من الفيزياء النووية، ولهذا السبب أدرجت أحيانا تحت نفس المصطلح في أوقات سابقة.

إن ثلاثة قوى من القوى الرئيسية الأربعة في الطبيعة تلعب دوراً أساسياً في النواة، هذه القوى هي : النووية الشديدة والضعيفة بالإضافة إلى القوة الكهرطيسية. فالنواة تملك أسباب تماسكها بفضل القوة النووية الشديدة والتي تتم غالبا ً بتبادل بيونات ولكن التنافر الكهرطيسي بين الشحنات الموجبة في النواة " البروتونات " يعمل على ابعادها عن بعضها البعض وفقا لقانون كولوم.


التأريــــخ

اكتشاف الإلكترون بواسطة طومسون كان أول مؤشر على أن للذرة هيكلا داخليا. ففي مطلع القرن 20 كان النموذج المقبول للذرة من طومسون الذي كانت عنده الذرة عباره عن كرة من الشحنات الموجبة مغروس بداخلهاالكترونات سالبة. بحلول مطلع القرن اكتشف الفيزيائيون أيضا ثلاثة أنواع من الإشعاعات قادمة من الذرات ،و التي تدعى :أشعة ألفا وبيتا، وجاما. في عام 1911أجريت تجارب من قبل ليز مايتنر، أوتو هان، وجيمس تشادويك في عام 1914 اكتشف أن بيتا سبب التناقص الاشعاعى للطيف المستمر بدلا من المنفصل. وبذلك، تم طرد الإلكترونات من الذرة مع مجموعة من الطاقات، بدلا من الكميات الهائلة من الطاقات التي لوحظت في جاما والتي تتناقص قي ألفا. كانت هذه مشكلة بالنسبة للفيزياء النووية في ذلك الوقت، لأنه أشار إلى أن الطاقة لم يتم حفظها بسبب التناقص الاشعاعى.



في عام 1905 ،وضع البرت اينشتاين فكرة تكافؤ المادة والطاقة. في حين أن العمل على النشاط الإشعاعي من بيكريل, بيار وماري كوري يسبق هذا، فإن تفسيرا لمصدر الطاقة من النشاط الإشعاعي يتعين الانتظار لاكتشاف النواة نفسها التي كانت تتألف من مكونات أصغر وهى النويّات.






الفيزياء النووية الحديثة

ثمة نواة ثقيلة يمكن أن تحتوي على مئات النويّات، الأمر الذي يعني أن بعض التقاربات يمكن أن تعامل النظام التقليدي، بدلا من ميكانيكا الكم. في نموذج نقطة السائل الناتج، النواة لديها طاقة ناتجة جزئيا من التوتر السطحي، وجزئيا من التنافر الكهربي للبروتونات. ونموذج نقطة السائل قادر على إنتاج العديد من الميزات للنويات، بما في ذلك الاتجاه العام لربط الطاقة فيما يتعلق بالعدد الكتلى، فضلا عن ظاهرة الانشطار النووي.



ومع ذلك، فرضا على هذه الصورة التقليدية، فهى تأثيرات ميكانيكا الكم، والتي يمكن وصفها باستخدام نموذج الغلاف النووي، الذي وضع جزء كبير منه من قبل ماريا ماير. النويّات مع عدد معين من النيوترونات والبروتونات (الرقم السحري 2، 8، 20، 50، 82، 126 ،...) هي بالتحديد ثابتة، لأن أغلفتها تكون ممتلئة.




كما تم اقتراح نماذج أخرى أكثر تعقيدا بالنسبة للنواة، مثل: نموذج بوسون للتفاعل، الذي يتفاعل فيه زوجا من النيوترونات والبروتونات كما لو كانت بوزونات، بالقياس إلى زوج كوبر من الالكترونات.

الكثير من البحوث الجارية في مجال الفيزياء النووية لدراسة النواة تحت الظروف القصوى مثل الدوران وطاقة الإثارة. النويّات قد يكون لها أيضا الأشكال المتطرفة (مماثلة لتلك التي قي كرة الرجبي) أو طرف النيوترون إلى نسب البروتون. يمكن للمختبرون إنشاء مثل هذه النواة باستخدام انصهارا اصطناعيا أوردود فعل نقل النويات، وتوظيف الأشعة الأيونية من المسرع. يمكن استخدام الحزم مع طاقات أعلى لخلق نواة في درجات الحرارة المرتفعة، وهناك دلائل على أن هذه التجارب قد انتجت في مرحلة انتقالية من المسألة النووية العادية إلى حالة جديدة، وبلازما كوارك - غلوون التي تختلط مع آخرى، بدلا من أن تكون مفصولة في ثلاثيات كما هم في النيوترونات والبروتونات.