النظرية الديناميكية الكمية اللونية و نظرية الاوتار

[الصادق]

-1-


النظرية الديناميكية الكمية اللونية و نظرية الاوتار


الجسيم الاولي:
ماذا نعنى بالضبط بكلمة جسيم اولي؟ اى ماهو الجسيم الاولي؟ وهل توجد جسيمات غير اولية؟ .....
لعل ابسط اجابة لهذا السؤال هى ان الجسيم الاولى هو عبارة عن جسيم صغير جداً و بسيط جداً لدرجة انه من المستحيل تقسيمه الى نصفين

اذن من هنا نفهم ان هناك جسيمات غير اولية (جسيمات مركبة) وهى تلك التى تتكون من جسيمات اصغر وابسط منها

مسلسل البحث عن الجسيمات الاولية

لقد اكتشف الفيزيائيون فى وقت ما ان المادة تتكون من جزئيات..... لذا تم اعتبار الجزئيات عبارة عن جسيمات اولية


ثم وجد ان الجزئيات بدورها تتكون من ذرات.... فتم اعتبار الجزئيات كجسيمات مركبة لانها تتكون من وحدات اصغر وابسط و هى الذرات ........لذا اعُتبرت الذرات عبارة عن جسيمات اولية


ثم سرعان ما تم تفتيت الذرة وو جد انها تتكون من نواة موجبة الشحنة و الالكترونات سالبة تدو حول النواة
و اكتشف ايضاً ان النواة نفسها تتكون من جسيمات صغيرة و هى البرتونات و النيوترونات وهى تسمى بنُويدات (النُويدة تصغير لكلمة نواة وتعنى اما البرتون او نيوترون) .. وهكذا تم التخلى عن مفهوم الذرة كجسيم اولي و اعُتبرت الالكترونات والنويدات عبارة عن جسيمات اولية

ولكن لاحقاً وجد ان النُويدة بدورها تتكون من جسيمات اصغر وابسط منها, وهذه الجسيمات تسمى بالكواركات
و لهذا السبب نحن الان نعتبر الالكترونات والكوركات عبارة عن جسيمات اولية .....

هل ياتُرى سوف ياتى يوم نستطيع فيه ان نقسم الكوارك او الالكترون الى جسيمات اصغر وابسط؟
وهل سوف يستمر هذا المسلسل من التقسيمات الى الابد؟

[الصادق]

-2-

كيف نستطيع ان نُحدد ما اذا كان الجسيم (أ) اولياً ام لا؟
لعل ابسط اقتراح هو ان نقوم بجعل جسيمين من الجسيمات (أ) يتصادمان بقوة هائلة و بالتالى اذا كانت الجسيمات (أ) جسيمات غير اولية (جسيمات مركبة) فانها سوف تتهشم و تنقسم الى شظايا صغيرة اى الى جسيمات اخرى اصغر وابسط (جسيمات اولية)
اما

اذا كانت الجسيمات (أ) جسيمات اولية فانها لن تتهشم و تنقسم الى شظايا اخرى. ولكن نتيجة لشدة التصادم فسوف تتكون طاقة كبيرة جداً وهذه الطاقة سوف تكون كافية لخلق جسيمات وجسيمات مضادة اى على سبيل المثال لو جعلنا الكترونين يتصادمان فانه نتيجة لشدة التصادم سوف تنشأ طاقة هائلة و هذه الطاقة تخلق ازواج من الجسيمات و الجسيمات المضادة مثل كواركات وكواركات مضادة و ربما تتكون نويدات او حتى ذرات. هكذا اذن نتيجة لهذا التصادم سوف يتكون حساء من الجسيمات الاولية و الغير اولية مما يجعل مهمة تحليل نتيجة التجربة امر صعب ومُعقد جداً





لذا سوف نبحث عن طريقة آخرى نستطيع من خلالها ان نبين ما اذا كان الجسيم اولياً ام مركباً..

[ربيع]

قرات بعض مواضيعك

كلها رائعة


شكرااااااااااا

[الصادق]

-3-

والطريقة الاخرى لمعرفة ما اذا كان جسم ما يتكون من اجزاء اصغر منه ام لا. هى ان نقوم بتدوير (لف او برم) ذلك الجسم حول محوره فمثلاً لو كانت لدينا كرة قدم و قمنا بتدويرها حول محورها بسرعة زاوية كبيرة



و فى كل مرة تقوم فيها بزيادة سرعة الدوران سوف تزداد كمية الحركة الزاوية للكرة و هكذا سوف تكتسب الكرة طاقة و اذا قمنا برسم العلاقة بين الطاقة و كمية الحركة الزاوية فاننا سوف نحصل على المنحنى البيانى التالى



ومن هذا الرسم نرى ان هناك نقطة يتوقف عندها المنحنى. اى لن نستطيع بعدها الاستمرار فى زيادة كمية الحركة الزاوية والطاقة. و السؤال لاهنا هو لماذا يتوقف المنحنى عند تلك النقطة؟
بالطبع نتيجة للدوارن فان قوى الطرد المركزى سوف تزداد وتنبعج الكرة الى ان نصل الى مرحله تتمزق فيها الكرة الى اجزاء صغيرة.

هكذا وبنفس هذا المنطلق لو كانت لدينا نقطة مادية فاننا عندما نقوم بتدويرها..... و لكن مهلاً توقف.... .كيف نستطيع تدوير نقطة حول محورها؟ اى هل للنقطة محور اصلاً؟ بالطبع لا ليس للنقطة محور و بالتالى لا يوجد معنى لتدوير النقطة و لهذا فان الجسيم الاولي لا يمكن تدويره

وهكذا فان امكانية او عدم امكانية التدوير (اللف او البرم) تُحدد ما اذا كان الجسيم اولياً ام لا. وذلك لان الجسيم المركب يتكون من جسيمات اخرى صغيرة و هذه الجسيمات يمكن ان تدور بالنسبة لبعضها البعض
ام
الجسيم الاولي فلا يتكون من جسيمات اخرى و بالتالى لا توجد حركة نسبية تسمح بالدوران

[الصادق]

قرات بعض مواضيعك

كلها رائعة


شكرااااااااااا

شكراك لك اخى جندي
انت اكثر روعة
ويشرفنى مرورك

[الصادق]

-4-

الان دعنا نقوم بتدوير نواة ذرة حول محورها... و لما كانت النواة صغيرة جداً فهى تخضع لقوانين ميكانيكا الكم وبالتالى لن نستطيع زيادة كمية الحركة الزاوية والطاقة بصورة مستمرة لان هناك مستويات طاقة (وكمية حركة زاوية) محددة مسموح بها لذلك فاننا عندما نرسم العلاقة بين كمية الحركة الزاوية و الطاقة يكون لدينا منحنى متقطع بالصورة التالية



وهكذا اذا استثنينا تقطُع كمية الحركة الزاوية والطاقة فانه لا يوجد فرق بين المنحنى الذى يمثل دوران كرة القدم حول محورها و المنحنى الذى يمثل دوران النواة حول محورها. مما يعنى ان النواة ( شأنها شأن كرة القدم) ليست جسيماً اولياً بل جسيم مُركب يتكون من جسيمات اخرى صغيرة نستطيع ان نجعلها تدور بالنسبة لبعضها البعض الى ان تصل الى مرحلة تتمزق فيها النواة (نتيجة لقوة الطرد المركزي) الى جسيمات صغيرة وهذه الجسيمات الصغيرة تسمى بالنويدات (برتونات او نيوترونات) ....

[الصادق]

-5-

البروتونات والنيوترونات هى جسيمات متشابه الى حد كبير جداً فكلهما يوجد فى نواة الذرة وتقريباً لهما نفس الكتلة ونفس طبيعة التفاعل ولكن هناك فارق وحيد هو ان شحنة البرتون موجبة بينما ان النيوترون متعادل كهربياً. ونسبة لهذا التشابه, اطلق عليهما نفس الاسم وهو النُويدة حيث ان البرتون عبارة عن نُويدة موجبة ام النيوترون فهو نُويدة متعادلة كهربياً

كما قلنا سابقاً كان الاعتقاد السائد هو ان النُويدات عبارة عن جسيمات اولية (مثل الالكترونات) اى جسيمات لا يمكن تقسيمها الى جسيمات اصغر وابسط ولكن اتضح فيما بعد ان النُويدات لها تركيب داخلي مُعقد
وتماماً مثل كرة القدم او نواة الذرة فاننا نستطيع ان نجعل النُويدة تدور حول محورها, و قبل اكثر من 40 عاماً عندما تم رسم العلاقة بين كمية الحركة الزاوية و طاقة للنويدة , كانت النتيجة مدهشة فى بساطتها وهى تقريباً عبارة عن علاقة خط مستقيم ولكن المدهش جداً هو ان الخط لا يتوقف عند نقطة مُعينة كما حدث فى حالة كرة القدم و نواة الذرة



اذن هناك ملاحظتان على هذا الرسم البياني
اولاً
نسبة لامكانية تدوير النُويدة حول محور لها فان النُويدة ليست جسيماً اولياً بل جسيم مركب يتكون من جسيمات آخرى اصغر وابسط منها
ثانياُ
هناك شفرة فى هذا الرسم البياني يحب حلها, وهى طالما ان النُويدة جسيماً مركباً فانه يجب ان نصل الى مرحلة تتمزق بعدها النويدة الى جسيمات أخرى و يتقف المنحى عند تلك المرحلة ولكن المدهش حقاً هو اننا نستطيع ان نستمر فى زيادة كمية الحركة الزاوية و الطاقة الى الابد دون ان تتمزق النُويدة. اى بمعنى آخر هو ان النُويدة عبارة جسيم مُركب و لكن من المستحيل تقسيمه الى مكوناته الاساسية

و بطبيعة الحال فانه نتيجة لقوة الطرد المركزي فان النُويدة تنبعج (ولكنها لن تنشطر مهما حاولنا ) وانبعاجها ليس كانبعاج كرة القدم او نواة الذرة فى ثلالث ابعاد بل هو انبعاج فى بُعد واحد


ومن خلال نصف قرن من اجراء التجارب على النُويدات والهادرونات بشكل عام وجد انها تتكون من خيوط مطاطية و هذه الخيوط يمكن ان نمطها او ان نجعلها تهتز باثارتها اى باضافة طاقة. و هكذا فان النُويدات و الهادرونات تتكون من اشياء خيطية مطاطية تشبه العلكة و لكنها لا تنقطع مهما قمنا بمطها. ولهذا السبب فان فايمان قد اطلق عليها اسم البارتونات partons اشارة لكونها جزء part من النُويدة. ولكن هو موري جلمان اول من اطلق عليها اسم الكواركات و الغولونات Gluons (لاصق او صمغ) والغولون هو الشئ المطاطي الذي يشكل الشكل الوتري الذى يمنع الكواركات من ان تتطاير بعيداً عند تدويرها.