زوج ماده - پاد ماده

 

 

زوج ماده - پاد مادهوارونگی میادین الکتریکی ، توجیهی جدید برای تولید زوج ماده - پاد ماده . بر خلاف انتظار ما ، ماده - پاد ماده یکدیگر را نابود نمی‌کنند ! زوج ماده - پاد ماده

وارونگی میادین الکتریکی ، توجیهی جدید برای تولید زوج ماده - پاد ماده . بر خلاف انتظار ما ، ماده - پاد ماده یکدیگر را نابود نمی‌کنند ! 

مقدمه :

 

به استناد مفاهیم فعلی ، " / فرآیند جالبی تحت عنوان تولید زوج ماده - پاد ماده وجود دارد که از نظر اهمیت و مفاهیم بنیادی بی‌نظیر است . تولید و واپاشی زوج یک مثال بسیار بارز و عالی از تبدیل انرژی به ماده و بالعکس می‌باشد . برسی نظری این پدیده نخستین بار توسط دیراک در سال 1928 صورت گرفت . دیراک با حل معادله‌ای به دو جواب مثبت و منفی دست یافت و به جای آنکه قسمت منفی انرژی را به دلیل غیر فیزیکی بودن آن کنار بگذارد ، به پژوهش پیرامون پیامدهای تمامی معادله پرداخت و به نتایج بسیار جالبی رسید . به طور خلاصه دیراک با توجه به قسمت منفی جواب معادله ، وجود پاد ماده را پیشگویی کرد . اگر این پیشگویی درست می‌بود ، می‌بایست برای ذره‌ای مانند الکترون ، ذره دیگری وجود داشته باشد که جرم حالت سکون آن برابر جرم الکترون باشد . تجزیه و تحلیل دیراک چنین نشان می‌داد که این ذره باید دارای بار الکتریکی مثبت باشد . چهار سال بعد ، آندرسون این ذره را در اشعه کیهانی یافت و آن را پوزیترون نامید . بعدها در آزمایشگاه نیز با واپاشی فوتون ، زوج الکترون - پوزیترون تولید شد . فوتونی با انرژی زیاد ( فوتون گاما ) تمامی انرژی خود را در برخورد با هسته از دست میدهد و یک زوج الکترون - پوزیترون می‌آفریند . پوزیترون ذره‌ای است که کلیه‌ خواص آن با خواص الکترون یکسان است مگر بار الکتریکی آن ، زیرا بار الکتریکی پوزیترون مثبت است .

در فرآیند تولید زوج الکترون - پوزیترون ، اصولی باید محفوظ بماند تا این پدیده روی دهد . این اصول عبارت است از بقای انرژی نسبیتی کل ، بقای اندازه حرکت و بقای بار الکتریکی ، زیرا فوتون از نظر الکتریکی خنثی است و مجموع بارهای الکتریکی بعد از تولید نیز باید صفر باشد . بقای اندازه حرکت نیز نشان می‌دهد که یک فوتون نمی‌تواند در فضای تهی محو شود و زوج تولید کند . چنین فرآیندی با حضور یک هسته‌ سنگین امکان پذیر است تا بقای اندازه حرکت و بقای انرژی نسبیتی نقض نشود .

در ارتباط با تولید زوج ، فرآیند معکوسی وجود دارد که نابودی زوج نامیده می‌شود . یک الکترون و یک پوزیترون مجاور یکدیگر ، در هم ادغام می‌شوند و به جای آن انرژی تابشی به وجود می‌آید . امروزه مشاهده تولید و واپاشی زوج الکترون - پوزیترون در آزمایشگاه یک پدیده عادی بشمار می‌رود . در سال 1955 برای نخستین بار زوجهای پروتون - پاد پروتون و نوترون - پاد نوترون در آزمایشگاه آفریده شدند .

توجه به نحوه تولید زوج الکترون - پوزیترون می‌تواند در شناخت منشا نیروی الکتریکی موثر باشد ، قبل از تولید زوج الکترون - پوزیترون ، یک فوتون با انرژی بالا وجود دارد و فوتون نیز از نظر بار الکتریکی خنثی است . اما بعد از تولید زوج الکترون - پوزیترون ، دو ذره باردار بوجود می‌آید که هر یک دارای یک میدان الکتریکی مخالف هستند . این فرآیند را چگونه می توان توجیه کرد ؟ \ "

قدر مسلم قبل از اینکه این واقعه یک پدیده فیزیکی به نظر برسد چیزی شبیه جادوگری و یا شعبده بازی است . مثل این است که شخصی یک گنجشک کوچک را وارد یک محفظه فلزی در ظاهر خالی کند و سپس دو عقاب سر سفید قوی هیکل نر و ماده از آن خارج نماید و دو عقاب در حال پرواز در هم ادغام شوند و گنجشک کوچک دوباره سر از آسمان در آورد ، آیا اینچنین شعبده‌ای ممکن است ؟ جواب سوال این است که توجیه شعبده تولید زوج ماده - پاد ماده ممکن به نظر میرسد ولی توجیه شعبده گنجشک و عقابها توسط شعبده باز کمی دشوار است ! در حقیقت چنین به نظر میرسد که اشعه گاما و الکترون - پوزیترون سر به سر بشریت گذاشته و قصد شوخی و یا گمراه کردن دارند و یا اینکه دید درستی نسبت به موضوع نداریم !!

معادله‌ای که ذهن دیراک را به خود مشغول کرده بود تنها ایرادش داشتن جواب منفی برای انرژی نبود ، بلکه بوسیله آن معادله میتوانیم جرم منفی را هم برای موجودی قائل شده و در معادله مورد بحث منظور کنیم که اینچنین پیش بینی می‌شد که جرم منفی برای پاد ماده باشد که اینگونه نشد ، پاد ذرات هم جرم دارند و ماده بدون جرم معنی و مفهوم فیزیکی ندارد چه برسد به جرم منفی ، در واقع اعداد منفی در این معادله کاربردی ندارند و باید از انرژی منفی نیز صرف نظر کنیم برای اینکه انرژی ذاتا یک کمیت مثبت است و انرژی منفی در محاسبات ریاضی مطرح میشود و در عالم فیزیکی وجود ندارد چون کلمه وجود ، ذاتا کلمه‌ای مثبت است و در ریاضیات از انرژی منفی به عنوان کسر انرژی در یک سیستم بهره می جوییم نه انرژی مطلق منفی و در حسابداری هم اینچنین است ، عدد مثبت نشانه سرمایه و نقدینگی و عدد منفی نشانه بدهکاری ، زیان یا کسر بودجه است ، در واقع پول منفی هم وجود خارجی ندارد . این مسائل از اینجا ناشی میشوند که حاصل توان زوج یک عدد منفی ، عددی مثبت است و همچنین حاصل جزر یک عدد مثبت می‌تواند هم منفی باشد هم مثبت ، موضوع عادی است که در ریشه یابی معادلات درجه دو هم بسیار متداول میباشد و در بسیاری از موارد از ریشه منفی صرف نظر میشود و به هر حال پوزیترون توسط آندرسون یا شخص دیگری کشف می‌شد . این معادله از این قرار است .

E2 = P2.C2 + M2.C4

و نکته بسیار جالب اینکه پاد ذرات همگی انرژی دارند و این انرژی هم مثبت اندازه گیری شده است ، پس پاد ذرات نمی‌توانند در این معادله با انرژی منفی مطرح شوند زیرا فقط علامت الکتریکی آنها قرینه است .

 

اینک به توضیح پدیده زوج ماده - پاد ماده می‌پردازیم .

 

میادین الکتریکی

 

1- میدان الکتریکی الکترون فرضی بدون چرخش ( اسپین )

مشاهدات تجربی نشان داده است که خطوط میدان الکتریکی پیرامون یک بار ساکن منفی به صورت خطوط مستقیم و رو به مرکز آن است ، برای اینکه بارهای مثبت ساکن در پیرامون مرکز ، به صورت مستقیم جذب مرکز میدان میشوند . ما به طور فرضی و قراردادی جهت خطوط میدان یا بردارهای نیروی الکتریکی پیرامون بار ساکن منفی را به طرف مرکز میدان در نظر میگیریم . البته شکل فوق یک مثال است و با توجه به جرم بیشتر پروتون ، الکترون به طرف آن حرکت خواهد کرد . آنگونه که از شکل فوق بر می‌آید دو بار الکتریکی منفی نسبت به یکدیگر دافعه داشته ولی دو بار الکتریکی منفی و مثبت نسبت به یکدیگر جاذبه دارند .

 

 

2- میدان الکتریکی پروتون فرضی بدون چرخش ( اسپین )

منبع:

http://www.ki2100.com/physics/rotation-of-electrical-fields.ht


همچنین مشاهدات تجربی نشان داده است که خطوط میدان الکتریکی پیرامون یک بار ساکن مثبت به صورت خطوط مستقیم و رو به بیرون مرکز آن است ، برای اینکه بارهای مثبت ساکن در پیرامون مرکز ، به صورت مستقیم از مرکز میدان دفع میشوند . ما به طور فرضی و قراردادی جهت خطوط میدان یا بردارهای نیروی الکتریکی پیرامون بار ساکن مثبت را به طرف بیرون میدان و خارج از مرکز در نظر میگیریم . آنگونه که از شکل فوق بر می‌آید دو بار الکتریکی مثبت نسبت به یکدیگر دافعه داشته ولی دو بار الکتریکی منفی و مثبت نسبت به یکدیگر جاذبه دارند .

 

3- میدان الکتریکی یکنواخت

شکل فوق میدان الکتریکی یکنواختی را مابین دو صفحه رسانای موازی ، با بارهای هم اندازه ولی غیر همنام نشان میدهد .

 

انحنای میادین الکتریکی

دو بار الکتریکی همنام ، یکدیگر را دفع و میدان الکتریکی پیرامون آنها تقریبا به صورت شکل فوق است .

دو بار الکتریکی غیر همنام ، یکدیگر را جذب و میدان الکتریکی پیرامون آنها تقریبا به صورت شکل فوق است . دو شکل فوق بیانگر این موضوع است که میادین الکتریکی صلب نبوده و قابلیت انحنا دارند .

 

دوران میادین الکتریکی

 

الف - دوران میدان الکتریکی الکترون فرضی با چرخش ( اسپین ) ، موافق چرخش عقربه‌های ساعت

 

همانطور که میدانیم الکترونها ساکن نیستند و حول محور فرضی خود با سرعت چرخشی بسیار بالایی در حال دوران هستند که به این حرکت آنها اسپین گفته میشود . اگر دوران الکترون را موافق چرخش عقربه‌های ساعت فرض کنیم و آن را از بالا بنگریم مشاهده میشود که :

1- اگر سرعت دوران ( سرعت زاویه‌ای ) الکترون را کم در نظر بگیریم ، خطوط میدان تقریبا همانند شکل 1 خواهد بود

2- با افزایش سرعت دوران الکترون ، خطوط میدان تقریبا به صورت شکل 2 خواهد بود

3 - و در نهایت با در نظر گرفتن سرعت دوران الکترون که بسیار بسیار زیاد میباشد ، امتداد خطوط میدان از مرکز الکترون یا میدان الکتریکی ، خارج و حول مرکز به صورت دوایری تو در تو و پیوسته در می‌آید که میتوانیم آن را یک میدان الکتریکی بسته و تا بینهایت در نظر بگیریم برای اینکه این میدان دایره‌ای شکل هیچ آغاز و پایانی ندارد البته این پدیده در برد کم و در جوار الکترون روی میدهد و میدان الکتریکی در خارج از دوایر نیز موجود است البته خمیده و رو به داخل ، همانند شکل زیر .


ولی چنین به نظر میرسد که داخل و مابین دوایر ، خلاء میادین الکتریکی حاکم شده باشد . لازم به توضیح است که دو شکل فوق نمای الکترون را از بالا نشان میدهد و اگر آن را از پایین بنگریم مشاهده میکنیم که :

الکترون در حال چرخش مخالف جهت گردش عقربه‌های ساعت است و همچنین سمت و سوی میدان الکتریکی آن ، مخالف حرکت عقربه‌های ساعت شکل گرفته است که میتوانیم این پدیده جالب و شگفت انگیز را " انعکاس دوران ذرات و میادین آنها در فضای سه بعدی " تعریف کنیم زیرا شکل فوق همانند تصویری در آینه است . پس مسئله اسپین برای الکترون و در کل برای ذرات دیگر نیاز به دقت فراوان دارد ، برای اینکه الکترون هر دو اسپین را بسته به دید ناظر از خود نشان میدهد و مسلما تمامی ذرات هم اینچنین رفتار میکنند ، در حقیقت تمامی ذرات دوران و میادین آینه‌ای در فضای سه بعدی دارند . و با توجه به مطالب فوق میتوانیم ساختار فیزیکی اتمها را توجیه نماییم .

 

 

الکترومغناطیس

 

همانطور که میدانیم ، هرگاه میدان الکتریکی در فضا برقرار شود ، میدان مغناطیسی عمود بر امتداد آن پدیدار خواهد شد و برعکس آن نیز صادق است که به مجموعه این دو میدان در فضا ، الکترومغناطیس گفته میشود .

در شکل فوق نمای الکترون ( سطح دایره‌ای قرمز رنگ ) از پهلو و در حال دوران حول محور عمودی نشان داده شده است ، به گونه‌ای که اگر از بالا به آن بنگریم جهت چرخش آن موافق جهت چرخش عقربه‌های ساعت خواهد بود . خطوط افقی سیاه رنگ ، میادین الکتریکی و فلش قرمز رنگ جهت میدان الکتریکی از روبرو را نشان میدهد که در این صورت جهت فلشهای آبی رنگ ، جهت میدان مغناطیسی تشکیل شده را نشان میدهد . تصویر سه بعدی زیر ، یک الکترون و میدان مغناطیسی پیرامون آن را نشان میدهد .

رنگ آبی به طور قراردادی بیانگر قطب S و رنگ قرمز بیانگر قطب N میباشد . در این وضعیت قطبین مغناطیسی الکترون از دید ناظر همسو با قطبین مغناطیسی فعلی سیاره زمین فرض میشوند .

اینک ما با توجه به دوران ذرات و میادین الکتریکی و همچنین انعکاس دوران ذرات و میادین الکتریکی آنها در فضای سه بعدی میتوانیم پدیدار شدن دو قطب مغناطیسی را در الکترون توجیه کنیم . به شکل زیر توجه نمایید .

همانطور که از شکل فوق بر می‌آید هر مقدار که به طرف قطبین مغناطیسی الکترون نزدیک شویم امتداد بردار میدان الکتریکی به محور دوران الکترون نزدیکتر شده و از قطر مارپیچ دوران کم میشود . کاملا روشن است که جهت دوران دو مارپیچ با یک دیگر متفاوت است ، مارپیچ بالایی در جهت موافق عقربه‌های ساعت و پایینی مخالف جهت چرخش عقربه‌های ساعت تاب می‌خورد و این مسئله باعث به وجود آمدن قطبهای مغناطیسی S و N میشود ولی در کل ، وقتی به الکترون از پهلو یعنی عمود بر محور چرخش آن نگاه میکنیم ، جهت میدان الکتریکی در الکترون ثابت می‌ماند برای اینکه امتداد خطوط میدان الکتریکی را از بیرون به طرف داخل فرض کرده‌ایم و با استفاده از قانون دست راست مسیر میدان مغناطیسی برای ما روشن است .

 

جهت درک بهتر موضوع انیمیشن زیر را ببینید

http://ki2100.com/swf/rotation-of-electrical-fields/s-n.swf

پدیده زوج شدن الکترونها ( زوج ماده - ماده ) :

 

یکی از بزرگترین سوالات مطرح شده در مکانیک کوانتومی این است که چگونه دو الکترون در یک اوربیتال اتم جای میگیرند ، برای اینکه دو الکترون به خاطر داشتن بار الکتریکی همنام می‌بایست همدیگر را برانند و یکدیگر را در یک تراز انرژی تحمل نکنند و این سوال به این خاطر مطرح میشود که امتداد خطوط میادین الکتریکی در اجسام ساکن ، مستقیم است و اجسام با بارهای همنام همدیگر را می‌رانند ولی چون میدانیم الکترونها در حال دوران به دور خود هستند و میدان مغناطیسی پیرامون آنها شکل گرفته است پس این میدان مغناطیسی میبایست نیروی جاذبه‌ای قوی مابین دو الکترون بوجود آورد و بر دافعه‌ی الکتریکی چیره شود ! ولی چگونه ؟ جواب سوال ما در جریان الکتریسیته DC در دو سیم رسانای موازی نهفته است !

دو پیکان قرمز رنگ سمت چپ تصویر ، مسیر میدان الکتریکی در دو سیم هادی جریان الکتریسیته را نشان میدهد که جهت جریان به طور قراردادی از قطب مثبت به منفی در نظر گرفته میشود و دوایر سبز رنگ تو در تو ، خطوط میادین مغناطیسی تشکیل شده را نشان میدهند که جهت میدان مغناطیسی به طور قراردادی طبق قانون دست راست از قطب N به S می‌باشد ، یعنی جهت مخروطهای آبی رنگ . در سمت راست تصویر فوق به خاطر درک بهتر موضوع ، خطوط میدان مغناطیسی را از کمان به پاره خط تغییر داده‌ایم برای اینکه همواره در میادین مغناطیسی جهت میدان مشخص است ولی تجسم قطبین مغناطیسی کمی دشوار است ، لازم است مقداری از میدان برش داده شود ، و اصولا در تمامی میادین ، سمت و جهت گیری میدان مهم است و قطبین صرفا جهت درک ابتدا و انتهای میدان مطرح میشوند که در میادین بسته مسئله قطبین نیز منتفی میشود ، به هر حال چون جهت این خطوط مغناطیسی مخالف یکدیگر است در نتیجه قطبین مغناطیسی مخالف در جوار یکدیگر قرار گرفته و آنها یکدیگر را جذب و در نتیجه سیم‌ها همدیگر را می‌ربایند هرچند که امتداد خطوط مغناطیسی رو در روی یکدیگر قرار گرفته است و چنین پدیده‌ای دور از انتظار می‌باشد ولی آزمون آن را ثابت کرده است ، پس برای دو الکترون در حال دوران که میادین الکتریکی آنها به صورت دایره‌وار پیرامون آنها شکل گرفته و میادین مغناطیسی در آنها تشکیل شده است نیز همین پدیده پیش بینی میشود :

دو کره زرد رنگ در تصویر فوق ، دو الکترون در حال دوران را نشان میدهد که اگر از بالا به آنها بنگریم ، الکترون شماره یک در جهت موافق عقربه‌های ساعت در حال دوران بوده ولی الکترون شماره دو در حال دوران مخالف جهت عقربه‌های ساعت میباشد . دوایر قرمز رنگ تو در تو ، خطوط میادین الکتریکی تشکیل شده را نشان میدهند که جهت میادین الکتریکی به وسیله مخروطهای قرمز رنگ مشخص شده است . البته لازم به توضیح است که فقط یک لایه از میادین الکتریکی پیرامون الکترونها رسم شده است . با توجه به اینکه جهت خطوط میادین الکتریکی دو الکترون هم سو با یکدیگر است مسلما میادین مغناطیسی یکدیگر را جذب و هم چنین دو الکترون یک دیگر را خواهند ربود ولی چون مقداری از نیروی الکتریکی الکترون در خارج از دوایر رسم شده موجود میباشد دو الکترون کاملا به هم نخواهند چسبید بلکه تعادلی مابین جاذبه مغناطیسی و دافعه الکتریکی برقرار میشود که الکترونها را همانند یک پیوند شیمیایی در کنار یکدیگر نگه میدارد . برای درک بهتر موضوع شکل زیرا را به بینید .

در حقیقت دو الکترون در نزد هم قرار میگیرند و یک زوج ماده - ماده را تشکیل میدهند و میدان الکتریکی پیرامون الکترون در فاصله کوتاه می‌بایست به صورت دایره‌ای و بسته باشد که در غیر این صورت میادین مغناطیسی پدیدار نخواهند شد و دو الکترون نمی‌توانند یکدیگر را در یک اوربیتال تحمل کنند . در واقع الکترونها به راحتی با یک چرخش 180 درجه‌ای ، اصطلاحا اسپینشان را در دید ناظر معکوس می‌کنند ، و در حالت فوق چنین تصور میشود که دو الکترون نسبت به یکدیگر قفل میشوند و جدا شدن آنها به این راحتی‌ها نخواهد بود و آنچه که باعث زوجیت در آنها میشود همجنس بودن یا هم بار بودن آنها نیست بلکه این نیروی مغناطیسی قوی مابین دو قطب غیر هم نام باعث پیوند و زوجیت آنها میشود که این پدیده در پروتونهای داخل هسته و پیوندهای شیمیایی مابین اتمها در ملکولهای گاز هیدروژن و اکسیژن و .... بسیار مشهود است ، که از این رو نظریه نیروی قوی هسته‌ای و نظریات مربوط به پیوندهای شیمیایی را میتوانیم به گونه‌ای دیگر توجیه نماییم که در آینده در مورد آنها بحث خواهد شد .

 

 

وارونگی میادین الکتریکی الکترونها و پدیده زوج ماده - پاد ماده :

 

وارونگی میدان الکتریکی در یک الکترون زمانی روی میدهد که یک شوک قوی الکترومغناطیسی توسط پرتو پر انرژی گاما به الکترون وارد شود ، در این حالت بخصوص ، الکترونی که تحت تاثیر تابش اشعه گاما قرار میگیرد به علت شارژ ناگهانی الکترومغناطیسی قوی از جانب گاما ، میدان الکتریکی پیرامونش وارونه شده و به پوزیترون تبدیل میشود . همانطور که از شکل زیر بر می‌آید امتداد خطوط الکتریکی در پوزیترون همانند پروتون از داخل به خارج است :

تابش گاما چیست ؟

 

همانطور که می‌دانیم اشعه گاما از نوع امواج الکترومغناطیس می‌باشد ، البته با فرکانس بسیار زیاد . طبق تعاریف فعلی موج الکترومغناطیس نوسان سینوسی یک میدان الکتریکی است که یک میدان مغناطیسی مشابه نیز در راستای عمود بر آن پدیدار میشود . به شکل ( نمودار ) زیر توجه نمایید .

همانطور که میدانیم انرژی موج گاما در 0 ، 2π ، π برابر صفر است یعنی دوره تناوب a 0±kπ. اگر در این دوره تناوب ، اشعه گاما با زوج الکترون - الکترون ملاقاتی داشته باشد هیچ اتفاقی روی نمی‌دهد . ولی همانطور که میدانیم انرژی موج گاما در π/2 و 3π/2 ماکزیمم است یعنی دوره تناوب a π/2±kπ . اگر در این دوره تناوب ، اشعه گاما با زوج الکترون - الکترون ملاقاتی داشته باشد ، بسته به فاز موج گاما که منفی باشد یا مثبت ، انرژی موج در یکی از الکترونها بسته به وضعیت قطبین مغناطیسی آن الکترون ، تخلیه شده و تابش گاما مستهلک میشود . در این وضعیت انرژی دریافتی باعث تشدید میدان الکتریکی و مغناطیسی ( الکترومغناطیسی ) یکی از الکترونها میشود که مسلما مقداری از آن توسط میدان مغناطیسی مشترک به الکترون مجاور شارژ میشود ولی عمده انرژی گاما در الکترون اول باعث وارونگی میدان الکتریکی خواهد شد . چنین به نظر میرسد که علت این وارونگی میدان ، بیشتر به ساختار ذرات مربوط میشود . در این حالت چون جهت میدان الکتریکی در پوزیترون وارونه شده است ، الکترون - پوزیترون هم دیگر را به شدت می‌رانند و علت این رانش قرار گرفتن قطبین مغناطیسی هم نام در جوار یک دیگر است برای اینکه با وارونه شدن میدان الکتریکی در یک الکترون ، قطبین مغناطیسی آن هم معکوس خواهد شد ، الکترون - پوزیترون از هم جدا شده و در آشکار ساز مشخص میشوند .

در شکل A اگر از بالا به دو الکترون نگاه کنیم الکترون اول موافق ولی الکترون دوم مخالف جهت چرخش عقربه‌های ساعت می‌چرخند . در این حالت دو الکترون با هم پیوند دارند ، در شکل B جهت چرخش الکترونها مشابه حالت قبل است ولی انرژی گاما در الکترون اول تخلیه و میدان آن وارونه شده و به پوزیترون تبدیل شده است . همانطور که قبلا در مورد جریان الکتریسیته DC در دو سیم رسانای موازی گفته شد ، وقتی جهت جریان در دو سیم هم سو می‌باشد ، سیم‌ها یکدیگر را می‌ربایند ولی اگر جهت جریان را در یکی از سیم‌ها وارونه کنیم دو سیم همدیگر را می‌رانند . در این روی داد در تصویر فوق ، سه بردار نیرو بر هر یک از الکترون و پوزیترون وارد میشود .

 

آشکارسازی زوج الکترون - پوزیترون

به دلیل اثرهای یونشی که ذرات باردار هنگام حرکت خود در گاز تولید می‌کنند ، مسیر حرکت آنها قابل رویت است . حال اگر در این محیط یک میدان مغناطیسی اعمال شود ، در این صورت پوزیترون و الکترون به دلیل داشتن بارهای الکتریکی مخالف در قوسهای دایره‌ای با جهت‌های مخالف منحرف می‌‌شوند . بنابراین مسیر الکترون و پوزیترون قابل مشاهده خواهد بود . در شکل فوق نیروی اشعه γ توسط بردار تقریبا افقی نشان داده میشود ، همانطور که مشخص میباشد تمام انرژی آن روی پوزیترون اعمال و سپس پوزیترون مقداری از آن را در همان راستا به الکترون منتقل کرده است . بردارهای تقریبا عمودی جمع نیروی دافعه الکترون و پوزیترون در لحظه اول و نیروی انحراف دهنده میدان مغناطیسی آشکار ساز است که بردار پوزیترون بزرگتر از الکترون است و این مسئله دال بر زیاد بودن انرژی جنبشی و الکتریکی پوزیترون میباشد که بر مقدار انحراف و دوران آن نیز افزوده است ، برای اینکه هر چه قدر سرعت و شتاب یک ذره باردار بیشتر باشد شدت میدان مغناطیسی تولیدی پیرامون آن نیز بیشتر شده ، در نتیجه انحراف بیشتری در آشکار ساز خواهد داشت و اگر بار الکتریکی پوزیترون هم بیشتر باشد این اتفاق روی خواهد داد و به هر حال انرژی پوزیترون از هر لحاظ بیشتر از الکترون است و علت آن تمرکز انرژی گاما بر روی آن می‌باشد . فلش‌های داخل دایره نشان دهنده بردارهای دوران الکترون و پوزیترون به علت چرخش آنها حول محور فرضی خود ، عمود بر صفحه تصویر میباشد که برآیند بردارهای فوق باعث بوجود آمدن قوسهای دایره‌ای شکل میشود . علت بر اینکه ذرات باردار در یک میدان مغناطیسی یا الکترومغناطیسی همواره در راستای میدان الکتریکی چرخش مارپیچی می‌کنند . تصویر فوق بیانگر این موضع بدیهی است که در یک لحظه مشخص و ثابت ، پوزیترون مسیر طولانی‌تری را نسبت به الکترون پیموده است که این نشانه سرعت بیشتر پوزیترون نسبت به الکترون است .

در حقیقت انرژی گاما میتواند سرعت حرکت و دوران الکترون اول را افزایش و در نهایت وارونگی میدان را سبب شده باشد ، یا می‌توانیم چنین فرض کنیم که در یک سیم هادی الکتریسیته ، جریانی وجود دارد ولی از خارج سیم ، القای الکترومغناطیسی قوی صورت می‌گیرد که باعث تغییر جهت لحظه‌ای میدان الکتریکی در سیم میشود که البته این وارونگی در میدان پوزیترون هم لحظه‌ای بوده و با برگشت میدان به حالت قبلی ، انرژی ذخیره شده در پوزیترون به حالت پرتو گاما گسیل و پس داده میشود ، و این سوال مطرح میشود که چرا اشعه گامای دریافتی مجددا به صورت گاما پس داده میشود و فرآیندهای دیگری روی میدهد ! برای اینکه قطر الکترون و پوزیترون بسیار کم است و دامنه نوسانی کمتر و سرعت زاویه‌ای زیادی میتوانند داشته باشند ، پس به این خاطر انرژی به صورت پرتو گاما پس داده میشود !

 

 

سرنوشت زوج الکترون - پوزیترون :

 

بعد از تبدیل زوج الکترون - الکترون به زوج الکترون - پوزیترون و بعد از انحراف آنها توسط انحراف دهنده در آشکار ساز ، با گذشت زمان انرژی الکترون - پوزیترون مستهلک شده ، وارونگی میدان پوزیترون نیز برطرف میشود و مجددا به الکترون تبدیل خواهد شد و هر دو به صورت بار ساکن الکتریکی در محفظه گاز آشکار ساز شناور میشوند و چون سرعت و شتاب خود را از دست داده‌اند نه دیگر آشکار میشوند و نه انحراف پیدا میکنند و محققان را با هزاران سوال بی پاسخ رها میکنند ، و چاره‌ای نیست جز پناه بردن به حدس و گمان و دانسته‌های قبلی . حال اگر انحرافی توسط انحراف دهند اعمال نشود بعد از تبدیل زوج الکترون - الکترون به زوج الکترون - پوزیترون 9 مرحله از حالات این دو ذره را می توانیم پیشگویی کنیم .

1 - زوج الکترون - الکترون با پیوند در کنار هم در اوربیتال یک اتم سنگین در حال چرخش هستند .

2 - انرژی گاما به یکی از الکترونها القا و الکترون دچار وارونگی میدان شده و به پوزیترون تبدیل میشود .

3 - پیوند گسسته شده و زوج الکترون - پوزیترون از هم فاصله میگیرند و هر دو از اوربیتال به بیرون پرتاب میشوند .

4 - زوج الکترون - پوزیترون هر کدام مخالف یکدیگر 90 درجه چرخش انجام میدهند .

5 - زوج الکترون - پوزیترون همدیگر را جذب و پیوند تازه‌ای برقرار می‌کنند که در این حالت مقداری از انرژی دریافتی ، پس داده میشود .

6 - وارونگی پوزیترون برطرف شده و به الکترون تبدیل میشود .

7 - زوج الکترون - الکترون همدیگر را میرانند ، در این حالت مجددا مقداری از انرژی دریافتی ، پس داده میشود .

8 - زوج الکترون - الکترون هر کدام مخالف یکدیگر 90 درجه چرخش انجام میدهند .

9 - زوج الکترون - الکترون همدیگر را جذب و مجددا پیوند برقرار میکنند که در این حالت نیز مقداری از انرژی دریافتی ، پس داده میشود . یا ممکن است هر کدام به صورت بار ساکن در آمده و درون محفظه گاز شناور شوند .

در تمامی حالات فوق ، الکترون و پوزیترون را آهن رباهای نسبتا قوی در نظر گرفته‌ایم که رنگ آبی بیانگر قطب S و رنگ قرمز بیانگر قطب N مغناطیسی میباشد .

چنین پیش بینی میشود که در نهایت انرژی جنبشی دو ذره مستهلک شده و غیر قابل رویت در آشکار ساز شوند و هر دو همانند یک بار الکتریکی در گاز شناور میشوند و چنین به نظر میرسد که در هم ادغام و یکدیگر را نابود کرده‌اند که در واقع اینچنین نمی‌باشد .

برای درک بهتر موضوع آزمایشی را توصیه میکنیم ، دو عدد آهن‌ربای میله‌ای را به صورتی که قطبهای همنام رو در رو (‌ به صورت متقابل ) قرار گرفته و نسبت به یکدیگر دافعه دارند را نزدیک یکدیگر نموده و با فشار به هم بچسبانید ،‌ البته به صورتی که هر دو آهن‌ربا از وسط مابین دو انگشت شما قرار گرفته‌اند و یکی در پایین به طرف زمین و دیگری در بالا به طرف آسمان باشد (‌ یعنی روی هم باشند ) ، کم کم فشار را کم کنید و مشاهده کنید که آهن‌رباها نه تنها همدیگر را دفع می‌کنند بلکه هر دو آهن‌ربا در مجموع 180 درجه می‌چرخند و هر دو به هم قفل میشوند یعنی قطبهای غیر همنام متقابل یکدیگر قرار می‌گیرند البته هر کدام که اصطکاک کمتری با انگشتان داشته باشد بیشتر خواهد چرخید . حال هرچه قدر می خواهید قبل از آزمایش امتداد آهن‌رباها را در یک راستا قرار داده و متقابل کنید برای اینکار از سطح میز استفاده کنید و بعدا فشار را کم کنید . برای آزمون بهتر است از آهن‌رباهایی که در آزمایشگاه مدارس استفاده میشود و در بازار هم موجود است استفاده کنید . این آهن‌رباها به شکل مکعب مستطیل بوده و روی هم سر نمی‌خورند . در واقع همانطور که میدانیم میدان مغناطیسی دو قطبی است و جهت خطوط میدان مغناطیسی را از طرف قطب N به S فرض می‌کنیم ، اگر شما یک قطب نما را در امتداد یک آهن‌ربای الکتریکی قرار دهید قطب N قطب نما به طرف قطب S آهن‌ربای الکتریکی انحراف پیدا کرده و هر دو در یک راستا قرار می‌گیرند . حال اگر جهت جریان الکتریکی را عوض کنید جهت میدان مغناطیسی نیز عوض شده و در نتیجه عقربه قطب نما 180 درجه دوران پیدا می‌کند و علت این است که آهن‌رباها همواره تمایل دارند به گونه‌ای نسبت به هم چرخش انجام دهند که خطوط مغناطیسی آنها تشکیل یک مغناطیس واحد را بدهد یعنی امتداد خطوط مغناطیسی از قطب N آهن‌ربای اول خارج و وارد قطب S آهن ربای دوم شده و بعد از گذر از درون آهن‌ربای دوم مجددا از قطب N آن خارج و وارد قطب S آهن ربای اول شود و خطوط مغناطیسی دو آهن‌ربا مسیری دایره‌ای و بسته را تشکیل دهند ، اصولا جذب یا دفع قطبین مغناطیسی مطرح نیست بلکه اتحاد خطوط میادین مغناطیسی مطرح است و امتداد این خطوط بر هم اثر کرده و باعث دوران آهن‌رباها میشود .

 

آیا ماده - پاد ماده همدیگر را نابود می‌کنند ؟

جواب سوال فوق به سه دلیل منفی است !

1 - درون محفظه آشکار ساز ، گاز وجود دارد و همانطور که میدانیم الکترونها در بیرون هسته اتم گازها حضور دارند و پوزیترون در حال شتاب با آنها تماس دارد و به همین دلیل مسیر آن در آشکار ساز دیده میشود ! ولی هیچ انهدامی صورت نمی‌گیرد و پوزیترون به حرکت خود ادامه میدهد تا انرژیش مستهلک شود و از حرکت باز ایستد .

2 - به انیمیشن زیر توجه نمایید !

یک پاد پروتون ( پروتون با بار منفی ) با سرعت به هسته اتم هیدروژن شلیک میشود ، ولی با کمال تعجب مشاهده میشود که علی رغم اغتشاش در اوربیتال هیدروژن ، تصادمی مابین پروتون - پاد پروتون به وجود نمی‌آید . این شبیه سازی در حالی صورت می‌گیرد که پاد پروتون از کنار پروتون رد شده و علی رغم داشتن بار

/ 0 نظر / 19 بازدید