جسيم مضاد: الفرق بين النسختين

[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
AkhtaBot (نقاش | مساهمات)
ط تدقيق إملائي. 528 كلمة مستهدفة حاليًا.
AkhtaBot (نقاش | مساهمات)
ط تدقيق إملائي بالاعتماد على التعابير النمطية، يرجى الإبلاغ عن الأخطاء والاقتراحات
سطر 2:
معظم أنواع [[فيزياء الجسيمات|الجسيمات]]، يوجد لها هناك '''جسيم مضاد {{إنج|Antiparticle}}''' مساوي في [[كتلة ساكنة|الكتلة الساكنة]] و[[دوران مغزلي (فيزياء)|الدوران المغزلي]] وفترة العمر لتلك الجسيمات ولكنه معاكس ب[[الشحنة الكهربائية]] وإن كان مساويا لها تماما. فعلى سبيل المثال، الجسيم المضاد للإلكترون يكون مضاد الإلكترون موجب الشحنة ويسمى [[بوزيترون]]، وينتج بشكل طبيعي في حالات خاصة من [[نشاط إشعاعي|الإضمحلال الإشعاعي]].
 
قوانين الطبيعة تكون متماثلة بشكل قوي فيما يتعلق الجسيمات والجسيمات المضادة. فمثلا، عندما يتحد [[نقيض البروتون]] مع [[بوزيترون|البوزيترون]] فإنهما يشكلان [[ذرة]] نقيض الهيدروجين، والتي تكون مشابهة تماما بالخواص لذرة الهيدروجين. فالفيزيائي الذي يكون جسمه مصنوع من مادة مضادة، ويعمل تجربة في مختبر علمي مصنوع أيضا من مادة مضادة، ويستخدم مواد كيميائية ومواد متكونة من جسيمات مضادة، فستظهر تقريبا نفس النتائج في جميع التجارب. وهذا يقود إلى السؤال وهو أنه بعد [[الإنفجارالانفجار العظيم|إنفجارانفجار الكبير]] لماذا تكون الكون كله من المادة بدلا من أن يكون نصفه من المادة والنصف الآخر من [[مادة مضادة]].
<!-- The discovery of [[CP violation]] helped to shed light on this problem by showing that this symmetry, originally thought to be perfect, was only approximate.
-->
سطر 21:
تضمنت نتائج حل [[معادلة ديراك]] على وجود كمية من الطاقة السالبة، كنتيجة أن الإلكترون يمكنه إطلاق أشعة بشكل مستمر مما يوقعه في حالة من الطاقة السلبية. ويمكن احتمال الأسوأ وهو أن يستمر بإطلاق كمية لا متناهية من الطاقة بسبب توافر كمية غير منتهية من حالات الطاقة السلبية. ولمنع هذا الوضع غير طبيعي من الحدوث، فقد اقترح ديراك بأن هناك بحرا من الإلكترونات ذات طاقة سلبية تملأ هذا المحيط، تغطي جميع حالات الطاقة المنخفضة بحيث خلال [[مبدأ استبعاد باولي]] فلا يمكن لأي الكترون آخر أن يقع بهذا البحر. مع ذلك في بعض الأحيان، قد تنتشل إحدى الجسيمات سلبية الطاقة من [[بحر ديراك]] لتصبح جسيم موجب الطاقة. لكن عند خروجها فإنها ستترك وراءها ''ثقب'' في البحر والتي ستعمل تماما كما الكترون موجب الطاقة ولكن بشحنة معاكسة، وافترض بأنها [[البروتونات]]، وقد أطلق على ورقة عمله تلك اسم '''نظرية الإلكترونات والبروتونات {{إنج|A theory of electrons and protons}}'''.
 
كان ديراك مدركا بمشكلة أن الصورة التي عملها تتضمن على عدد غير متناه من الشحنات السالبة. وقد احتج بأن ندرك بأنها الحالة العادية للشحنة الصفرية. الصعوبة الأخرى هي الإختلافالاختلاف بالكتلة ما بين الإلكترون والبروتون. وقد جادل ديراك أيضا بأن ذلك سببه التفاعلات الكهروطيسية مع البحر، حتى أثبت [[هيرمان ويل]] بأن هناك تناسق تام ما بين الشحنات الموجبة والسالبة في نظرية الثقب. وقد تنبأ ديراك بالتفاعل<br /> {{SubatomicParticle|Electron}}+{{SubatomicParticle|Proton+}} → {{SubatomicParticle|Photon}}+{{SubatomicParticle|Photon}} <br />حيث يقضى الإلكترون والبروتون على بعضهما فينتج منهما 2 فوتون. واثبت كلا من [[روبرت أوبنهايمر]] و[[ايغور تام]] بأن ذلك يجعل المادة الطبيعية تختفي بسرعة كبيرة. وبعدها بسنة، أي عام 1931، عدل ديراك من نظريته وافترض البوزيترون، وهو جسيم له نفس كتلة الإلكترون. واكتشف هذا الجسيم في السنة التالية مما أزاح آخر اعتراضين لتلك النظرية.
 
لكن تبقى مشكلة العدد اللانهائي من الشحنات موجودة بالمحيط. وكما نعلم أيضا أن [[بوزون|البوزونات]] لديها جسيمات مضادة، ولكن بما أنهم لم يخضعوا لنظرية مبدأ استبعاد باولي، فإن [[بحر ديراك|نظرية الثقب]] لا تتوافق معهم. لذا فالتفسير الموحد للجسيمات المضادة اتاحته [[نظرية المجال الكمي]] والتي حلت كلا من المشكلتين.
سطر 27:
== إفناء جسيم-جسيم مضاد ==
{{مقال تفصيلي|إفناء}}
[[ملف:kkbar had.svg|تصغير| مثال لزوج [[بيون]] الإفتراضيالافتراضي والتي تؤثر على انتشار الكاؤون مسببة للكاون المحايد أن يحتك بضديده. وهذا مثال ل[[إعادة تنظيم]] في [[نظرية المجال الكمي]]— تلك النظرية ضرورية بسبب أن عدد من الجسيمات تتغير من واحد إلى اثنان ثم تعود مجددا.]]
إذا كان الجسيم وضديده بحالة كمية مناسبة، فإنهما سيفنيان بعضهما مكونين جسيمات محايدة (كالفوتونات)، التفاعلات مثل <br />{{SubatomicParticle|Electron}}&nbsp;+&nbsp;{{SubatomicParticle|Positron}}&nbsp;→ &nbsp;{{SubatomicParticle|Photon}}&nbsp;+&nbsp;{{SubatomicParticle|Photon}} (ينتج من افناء زوج الكترون-بوزيترون عدد 2 فوتون). <br />لذا فلا يمكن الحصول على فوتون مفرد ناتج من افناء زوج الكترون-بوزيترون <br />{{SubatomicParticle|Electron}}&nbsp;+&nbsp;{{SubatomicParticle|Positron}}&nbsp;→&nbsp;{{SubatomicParticle|Photon}} لأنه من غير الممكن المحافظة على الطاقة وكمية الحركة معا في تلك العملية, ولا يمكن أيضا اجراء عملية معاكسة لذات السبب. ولكن بنظرية المجال الكمي فإن تلك العملية مسموحة كحالة كم مرحلية لزمن قصير يكفي باستيعاب انتهاك حفظ الطاقة عن طريق [[مبدأ الريبة]]. بذلك يفتح لنا المجال لإنتاج أو افناء زوج إفتراضيافتراضي (أو الواقعي) بحيث حالة جسيم كمي قد تتأرجح إلى حالة جسيمين ثم تعود. تلك العمليات ضرورية في [[حالة الفراغ]] أو [[إعادة تنظيم]] لنظرية المجال الكمي. وأيضا تفتح المجال لخلط الجسيمات المحايدة خلال عمليات مثل التي بالصورة: وهو مثال معقد لما يسمى إعادة تنظيم للكتلة (mass renormalization).
 
== خصائص الجسيمات المضادة ==
سطر 68:
حيث ''E<sub>0</sub>'' هي ثابت سلبي لانهائي. وتعرف [[حالة الفراغ]] بأنها الحالة التي لايوجد بها جسيمات ولا أضدادها، أي <math>a_k |0\rangle=0</math> و<math>b_k |0\rangle=0</math>. عندها تكون طاقة الفراغ تساوي بالضبط ''E<sub>0</sub>''. حيث أن قياس جميع الطاقات مرتبطة بالفراغ، فإن '''H''' هو موجب محدد. بتحليل خصائص كل من ''a<sub>k</sub>'' و''b<sub>k</sub>'' يظهر بأن أحدهما هو عامل افناء للجسيم والآخر للجسيم المضاد. وتلك هي حالة [[فرميون|الفرميون]].
 
هذا المنهج عمله كل من فلاديمير فوك وونديل فوري وروبرت ابنهايمر. إذا تم تجزئة الكم بمجال سلّمي حقيقي، فسيكون هناك نوع واحد لعامل الإفناء، لذا فمجال التدرج الحقيقي يصف البوزون المحايد. حيث أن مجالات التدرج المعقدة تتسع لنوعين مختلفين من عوامل الإفناء، والتي تتصل ببعضها عن طريق الإقتران،الاقتران، وتلك المجالات تصف البوزونات المشحونة.
 
=== تفسير فينمان-ستوكلبيرغ ===
مع الأخذ بعين الاعتبار ان صيغ انتشار الطاقة السالبة للمجال الإلكتروني تكون عكسية مع الزمن، فقد توصل ارنست ستوكلبيرغ إلى تصور حي للحقيقة القائلة بأن الجسيمات وأضدادها لها نفس الكتلة '''m''' والدوران المغزلي '''J''' ولكن متعاكسة بالشحنة '''q'''. مما سمح له بإعادة كتابة [[نظرية الإضطرابالاضطراب (فيزياء)|نظرية الإضطرابالاضطراب]] بدقة على شكل رسوم بيانية. وقدم بعدها [[ريتشارد فاينمان]] استنتاج منهجي مستقل لتلك الرسوم البيانية من شكليات الجسيم وسميت ب[[مخطط فاينمان]]. كل خط من الخطوط البيانية تمثل انتشار الجسيم سواءا طردي أو عكسي مع الزمن. وتلك التقنية هي طريقة واسعة الانتشار في الوقت الحالي لإحتسابلاحتساب السعة في نظرية المجال الكمي.
 
وبما أن التصور قد طوره ارنست ستوكلبيرغ واكتسب صيغته المحدثة بمجهودات فيمان، لذا فقد سمي ب'''تفسير فينمان-ستوكلبيرغ''' للجسيمات المضادة تكريما لكلا العالمين.