المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 پاد ماده (زنگ تفريح شماره‌ي 100)
پاد ماده (زنگ تفريح شماره‌ي 100)زنگ تفريح فيزيك
رفتار عجيب ذرات!

 پادماده





 
 
 

  بحثي در باره‌ي پاد ماده

اين تصوير رد ذره را در اتاقك ابر نشان مي‌دهد. ذرات در بخار اين اتاقك از خود ردي به جا مي‌گذارند كه با قطره‌هايي (در اينجا سفيد) در تصاوير ديده مي‌شوند. توجه كنيد هر رد منحني كه در بالاي عكس به شكل يك خميدگي معكوس، شكل V به نظر مي‌رسد. اين انحنا ناشي از يك ميدان مغناطيسي عمود بر صفحه‌ي تصوير است كه مسيرهاي ذرات باردار در كمان‌هاي دايروي منحرف مي‌كند. انحناي معكوس خطوطي كه هر V را مي‌سازد نشان مي‌دهد كه بارهاي دو ذره وارونه‌اند.

پوزيترون‌هاي ايجاد شده در اين آزمايش نوعي پاد ماده‌اند (پُل ديراك نشان داد كه اين پوزيترون همان الكترون است با بار مثبت! و سپس در شتابدهنده‌ي فرمي وجود اين ذره ثابت شد). هر ذره از ماده‌ي معمولي همچون الكترون و پروتون دو قلوي پاد ماده دارد همچنانكه در جدول آمده با جرمي مشابه اما بار مخالف. يك فوتونِ انرژي بالا كه از نزديكي هسته‌اي سنگين عبور مي‌كند مي‌تواند به يك جفت ذره و پاد ذره واپاشيده شود. تصوير اتاقك ابر نمونه‌اي از چگونگي تغييرات انرژي تابشي به انرژي جرم است.

 

شكل1. از زماني‌كه رد پاها در جهت‌هاي مختلف خميده مي‌شوند،
 ذرات بارهاي مخالف دارند.

 

 

  اتاقك ابر : پايستگي تكانه

مكانيك نسبيتي نشان مي‌دهد كه پايستگي تكانه در نابودي به هسته‌اي سنگين در مجاورت آن نياز دارد كه بخشي از تكانه‌ي فوتون را در خود دارد و وقتي جرم هسته بزرگ باشد، اشعه‌ي گاما توليد مي‌كند. فوتون سرعت كمي هم كه داشته باشد اين پديده اتفاق مي‌افتد.

باقيمانده‌ي جرم الكترون و پوزيترون  0.511Mev  (ميليون الكترون ولت) است. در نتيجه فوتون بايد انرژي كم‌تري براي ايجاد اين جفت داشته باشد. انرژي اضافي فوتون، همان انرژي جنبشي الكترون و پروتون خواهد بود. وقتي هسته سنگين باشد، سرعت كمي براي اين توليد جفت ذره لازم است (نسبت به الكترون و پروتون سرعت كمتري نياز دارد) و در نتيجه انرژي جنبشي آن بسيار كم خواهد بود (متناسب با مربع سرعت). چون وجود هسته براي نابودي فوتون در نزديكي آن نياز است و از آنجا كه فضا خلأ است اشعه‌ي گاما در كُل فضا ضرورتاً تا زمان نامحدودي به سفر خود ادامه مي‌دهد. بنابراين وقتي انرژي كمينه‌ي فوتون براي اين نابودي حدود MeV 1 است، اين نوع انرژي الكترومغناطيسي با انرژي‌هاي كم‌تر يك فوتون در حين عبور از ماده نابود نمي‌شود. تصور كنيد در حالي‌كه فوتون‌هاي نور از آب اقيانوس‌ها عبور مي‌كنند، نابود شود چه اثري روي سرنوشت زندگي ما خواهد داشت؟

 شكل2. نابودي زوج

 

  بررسي پادماده

نظريه‌هاي متداول درباره‌ي جهان اوليه پيدايش مقادير برابر ماده و پاد ماده را در انفجار بزرگ پيشگويي مي‌كنند. به هر ترتيب اگر چنين باشد پس جهان اين‌چنيني كه ما مي‌شناسيم وجود نداشته ‌است. ماده و پاد ماده رقيبان بزرگي هستند. در انفجار نوري وقتي با هم تصادم كنند، همديگر را نابود مي‌كنند. بنابراين اگر ماده و پاد ماده واقعاً به اندازه‌ي برابر ايجاد شده باشند، پس دنيا فقط بايد شامل نور باشد نه ستارگان و سيارات و مواد ديگري كه امروزه مي‌بينيم! اين واقعيت كه ما وجود داريم يعني اينكه با اولويت اندكي براي ماده،‌ كيهان به گونه‌اي خاص رفتار كرده است - آنچنان ناچيز كه نسبت نور به ماده‌ي معمولي يك بيليون به يك است. اما دليل اين ناهماهنگي چيست؟

جواب دقيق آن ‌را نمي‌دانيم ! اما يك گمان وجود دارد. يكي از مهمترين بخشهاي اين نظريه نزديك 4 دهه وجود داشته ‌است اما تاكنون ماشين‌آلاتي براي آزمودن پيشرفت آن وجود نداشته‌است. امروزه گروه هاي فيزيكدان در ژاپن و كاليفرنيا از شتابدهنده‌هاي قوي ذرات براي مشاهده‌ي مدركي جهت "اولويت طبيعي" ماده استفاده مي‌كنند كه فيزيكدانان آن‌ را "نقض CP" مي‌نامند، به راه افتاده است. LHC!!

شكل 3. شكلي كه مي‌بيند مسير ذرات را نشان مي دهند. در اين تصوير
كه از رايانه‌هاي هدايت كننده ذراتي را در سطح مقطح نشان مي‌دهد.
 B-مزون كانديداي يكي از اين پرتوهاست. اين كشف به 1974 برمي‌گردد
كه به انقلاب نوامبر در فيزيك ذرات بنيادي معروف شد.
(توجه: انتهاي متن)

اعتقاد بر اينست كه بخشي از ذرات توليد شده، ذراتي با طول عمر بسيار كوتاه بنام مزون B و پاد ماده‌ي آنها هستند. فيزيكدانان به تفاوت در چگونگي واپاشي آنها دفت دارند.

چند دهه است كه  ‌توانستيم برادر كوچك مزون را ببينيم. اين مزون يا كائون(K) نسبت به پاد ماده‌ي دوقلويش محصولات واپاشي متفاوتي دارد. واپاشي‌هاي كائون بيش از حد ساده‌اند. كمي كه بيشتر به منشأ ناهماهنگي ماده و پاد ماده بعد از انفجار بزرگ دقت مي‌كنيم متوجه نكته‌اي مي‌شويم. اين جايي است كه توده‌هاي مزونهاي B و  پاد B پرتاب مي‌شوند - واپاشي آنها به مراتب پيچيده‌تر است و بنابراين براي فيزيكدان‌ها جالب است. و به زودي مي‌توانيم بخشي از پاسخ سؤال هميشگي خود را بيابيم. چرا ما اينجاييم؟

توجه: بزودي مطالبي با جزييات بيش‌تر در زنگ تفريح درباره‌ي دنياي شگفت انگيز ذرات خواهيم نوشت. 

منابع مقدماتي جهت مطالعه:
1. جهان ماده و انرژي، فرمان‌فرماييان، نشر فرزان روز
2. جهان از آغاز تا امروز (ناياب)
3. از كوارك تا كيهان، لئون لردمن، نشر فرزان روز
4. بخش علوم جديد سايت رشد
5. حيات پُر رمز و راز كوانتم‌ها، ام-هان، نشر دانشگاهي
6. مقاله‌ي مربوط به LHC در همين بخش
7. نظريه‌ي وحدت معرفي اجمالي در همين بخش

1387/10/5لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1194
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1194