العودة   منتدى لغة الروح > >

إضافة رد
 
أدوات الموضوع انواع عرض الموضوع
#1  
قديم 04-21-2016, 07:59 PM
mo7med غير متواجد حالياً
لوني المفضل Cadetblue
 رقم العضوية : 647
 تاريخ التسجيل : Apr 2016
 فترة الأقامة : 973 يوم
 أخر زيارة : 11-09-2017 (06:56 PM)
 المشاركات : 101 [ + ]
 التقييم : 30
 معدل التقييم : mo7med is on a distinguished road
بيانات اضافيه [ + ]
Post الفيزياء النظرية: تقـديــر حجــم الـذَّرَّة



الفيزياء النظرية: تقـديــر حجــم الـذَّرَّة

أثار نموذج نيلز بوهر لبنية الذرة سؤالًا حول الحجم الذي يمكن أن تصل إليه الذرة. وبعد مرور مئة عام، لا يزال السؤال مطروحًا. وهنا يناقش فيزيائيّان الحدودَ النظرية لحجمي الذرة والنواة.



أتاح لنا نموذج بوهر Bohr للذَّرَّة1 طريقة جديدة للنظر في مسألة حجم الذرة (انظرة الشكل 1)، فمثلًا، تنبـَّأ النموذج بأن ذرة الهيدروجين ـ وهي أصغر ذرة موجودة ـ سيكون قطرها في حالتها الأرضية 0.5×-1010 من المتر، أي أكبر من نواتها بمئة ألف مرة.
هذا الرقم، المعروف الآن بقُطر بوهر ao، كان دقيقًا بشكل لافت، وهو اليوم من الأرقام الثابتة الأساسية في الفيزياء الذرية. وتنبـَّأ لنا النموذج أيضًا بأن سرعة أي إلكترون في المدار الداخلي لذرتِه هو بالتقريب Zcα (حيث Z هو عدد البروتونات أو العدد الذري، وc هو سرعة الضوء، وα ثابت البنية الدقيقة وهو تقريبًا 1\137).
وما يثير الغموض هنا هو أن هذه الصيغة تضع لنا حدًّا أقصى للرقم الذري، وهو 137، لأن أي رقم ذري أكبر من هذا سيجعل سرعة الإلكترون تفوق سرعة الضوء.

الشكل 1 | البنية الذرية: هذا الرسم لذرة بيزموث–209 يجسد ملامح نموذج نيلز بوهر للذرة: نواة مكونة من بروتونات (بالبنفسجي) ونيوترونات (بالأصفر) تدور حولها إلكترونات (بالأزرق) تحتل مدارات محددة. النسبة بين حجم النواة والإلكترون في الصورة ليست مرسومة بمقياس رسم يضاهي الأبعاد الحقيقية. ذرة بيزموث–209 قد تضمحل عن طريق إطلاق أشعة ألفا، لكن عُمر النصف13 لهذه العملية حسب التجارب هو: 1019×0.2±1.9 سنة، وهو أطول من عمر الكون بحوالي مليار ضعف. لذلك، ذرة البيزموث–209 هي أثقل ذرة مستقرة موجودة طبيعيًا.


اليوم تُبنى كل النماذج الذرية على أساس معادلة ديراك Dirac التي تجمع بين النسبية وميكانيكا الكمّ في نظرية التحريك الكهربي الكميّ (QED). وتؤدي معادلة ديراك—في حالة اعتبار النواة نقطة صغيرة— إلى نفس الحدود: طاقة تقييد الإلكترون تصبح مركبة جدًّا حين يصبح العدد الذري مساويًا لقيمة «1\α» أي 137، أو أكبر منها، لكن إذا اعتبرنا النواة ممتدة—أي ليست مجرد نقطة— فالحد يصل إلى 173.
فوق هذه القيمة (الرقم)، تصبح طاقة تقييد الإلكترون أكثر من ضعف كتلته الساكنة، وهو وضع يسمح بتكوُّن زوج إلكترون–ضديد الإلكترون (بوزيترون)، مما يؤدي إلى عدم استقرار الذرة.

يمكن لنا أن نُعرّف حجم الذرة بطرق مختلفة2. فإذا أخذنا في الاعتبار متوسط القطر الدائري للذرة ككُل—على أساس كثافة الإلكترون الإجمالية— إذًا يصبح نطاق الأحجام الممكنة ضيقًا: من 1.6ao إلى 1.5ao. ولكن إذا أخذنا في الاعتبار كذلك حجم المدار الأبعد عن النواة، فالحجم الذري يكون ao عندما يكون العدد الذري Z= 1، ويصل إلى 8ao عندما يكون العدد الذري 172 (المرجعان2، 3). ماذا يمكن أن يحدث فوق Z= 172 لا يزال قيد البحث والنظر4 لدى العلماء اليوم لدراسة كيف يؤدي انبعاث زوج إلكترون–مضاد الإلكترون حقيقي إلى انهيار الفراغ الكمّي—وهي حالة غامضة تنبأت بها نظرية التحريك الكهربي الكَمّي (QED)، وهي عبارة عن فضاء فارغ مكوّن من جزيئات افتراضية مثل الفوتونات وأزواج إلكترون–ضديد الإلكترون تتكوّن وتفنى باستمرار.

أثقل نواة تم التعرف عليها تكون قيمة العدد الذري عندها Z=118 تحديدًا5. النوى التي تحتوي على بروتونات أكثر من هذا الرقم يمكن دراستها فقط عن طريق تكوينها مؤقتًا خلال تصادم نواتين أقل شحنًا. وقد تمت هذا المحاولة في ثمانينات القرن الماضي، لكن المعجلات الموجودة آنذاك لم تستطع إنتاج نوى مجردة من إلكتروناتها، (أو نوى بإلكترون واحد)، ذات رقم ذري كبير يكفي لنجاح اختبار التجربة. اليوم، يمكن تكوين حزَم من النوى المجردة لعناصر ثقيلة، وبطاقة تسمح بتحضير منظومات نووية ثنائية لمدة تقارب فترة 10-21 من الثانية. وقد طُرحت مشروعات عدة للنظر في الحالات شبه الجزيئية المتكونة في تلك التصادمات، ودراسة أشباه الذرات التي تنتج عنها.

لكن الذرات الكبيرة فقط ليست هي التي يمكن تكوينها، بل يمكن كذلك تكوين ذرات أصغر وأكثر غرابة عبر استبدال بالإلكترونات جسيمات أثقل منها مثل الميونات والبايونات وأضداد البروتونات. ستكون المنظومات الذرية الناتجة عن ذلك أصغر من الذرات ‘العادية’ المناظرة بحوالي 207 مرات على الأقل و1836 مرة على الأكثر، مما يعني تكوّن ذرات قريبة في الحجم من النواة. ذرات كهذه يمكن استخدامها في دراسة الخصائص النووية، كحجم البروتون نفسه6.


المسألة النووية


يتحدد الحد الأقصى لحجم نواة على أساس مدى استقرارها باتجاه الاضمحلال. وبشكل عام، هناك قليل من النظائر لكل عنصر فقط هي التي تكون مستقرة—وأثقل العناصر المستقر هو بيزموث–209 (83 بروتونًا و126 نيوترونًا؛ انظر الشكل 1). كل العناصر الأثقل من ذلك تكون عناصر مشعة، مع أن اثنين منها (اليورانيوم والثوريوم) يتميزان بنصف عمر طويل جدًّا، ويوجدان في الطبيعة بكميات كبيرة. ووفقًا لبعض الاعتبارات، هذه العناصر المشعة ذات العمر الطويل يمكن أن تعتبر مستقرة.

إذا قمنا بتضخيم نواة—بإضافة نيوترونات إليها، فسيصبح عمرها أقصر بشكل مضطرد، حتى تصل بنهاية المطاف حد الاستقرار النيوتروني. بعد ذلك الحد، تصبح النواة غير مترابطة أو مقيدة لبعضها البعض، وتطلق نيوتروناتها بشكل تلقائي. عدد النيوترونات الذي يمكن إضافته إلى نواة مستقرة يعتمد بشكل رئيس على العدد الذري (Z): فكلما كان العدد الذري أكبر، كان حد الاستقرار النيوتروني أبعد.
وقد تم الوصول إلى هذا الحد في تجارب على عناصر مختلفة تصل إلى الأوكسجين (بل ربما إلى الألومنيوم، برغم أن هناك خلافًا حول هذه النقطة)، لكن بالنسبة إلى العناصر الأثقل من ذلك، فلا يتوافر لمعرفة الحد الخاص باستقرارها النيوتروني سوى تقديرات نظرية. فمثلا، تم التنبؤ بأن أثقل نواة يورانيوم تقيد بها 92 بروتونًا و208 نيوترونات، وهو ما يجعل عدد الكتلة الخاص بها 300؛ وبالمقارنة، فإنّ أثقل نواة يورانيوم موجودة بشكل طبيعي يكون عدد الكتلة الخاص بها 238.

فإذا أضيفت بروتونات إلى اليورانيوم، وهو أثقل عنصر موجود طبيعيًّا، نستطيع أن ننتج عناصر جديدة (في الواقع، سنحتاج إلى إضافة بروتونات ونيوترونات كذلك لتفادي الوصول إلى حد الاستقرار البروتوني). والنوى التي ستوجد حينئذ ستكون أقل استقرارًا بشكل مضطرد تجاه الانشطار التلقائي، بسبب تنافر كولومب بداخلها. تصبح النوى غير مستقرة كليًا تجاه الانشطار حين يصل العدد الذري (Z) إلى 106، وفي ظل غياب التأثيرات (الظواهر) الكمّية.

إنّ النوى التي تتكون من أعداد ‘سحرية’ من البروتونات والنيوترونات تكون مستقرة بشكل لافت للنظر، بالمقارنة بالنوى المجاورة لها. فالنوى فائقة الثقل التي يكون عدد نيوتروناتها وبروتوناتها سحريًّا تشكّل جُزرًا من النوى طويلة العمر نسبيًّا، والمحاطة ببحر من النوى قصيرة العمر. وقد تم التنبؤ بزوج من الأرقام السحرية في نطاق النوى فائقة الثقل في ستينات القرن الماضي7-10 (114 بروتونًا و184 نيوترونًا). لم يتم التوصل إلى تحديد مركز تلك الجزيرة من النوى تجريبيًا، ولا تزال الطرق التي تتيح الوصول إليه قيد المناقشات11. ورغم ذلك، فعناصر يصل عددها الذري (Z) إلى 118 قد تم تكوينها صناعيًّا12,5. وبدون أي غموض، فإن وجود تلك الجزيرة تابع لهذه النتائج، لكن المعطيات لا تؤشر إلى موقع قمة تلك الجزيرة، ولا تقول لنا كم يكون عمر النوى في قمة تلك الجزيرة. ولم يتم الوصول إلى إجماع حول هذه المسألة من جانب مختلف الأطروحات النظرية.

هل هناك جزر أخرى من الاستقرار النووي؟ أحد الاحتمالات أن تكون الإجابة: نعم، لكن لا يمكن استبعاد الاحتمال المضاد، لأن مختلف نظريات الاستقرار النووي تتباعد حين يتم مدُّها إلى نطاقات النوى الأبعد. تقول إحدى الفرضيات بأن النوى الثقيلة جدًّا ليست لها أحوال "عادية"، أي ليس لها توزيع متنظم تقريبًا من المادة النووية، لكن لها توزيع أشبه بالفقاعة. هذا الطرح يكبح قوى الكولومب بشكل ملموس، ويزيد الاستقرار النووي. وهناك نظريات أخرى تتنبأ ببنية شبيهة بالفُقاعة في جوار جزيرة الاستقرار الأولى من النوى فائقة الثقل—حيث في تلك الحالة قد تكون لتلك النوى الضخمة طويلة العمر بِنَى غريبة.





References

  • Bohr, N. Phil. Mag. 26, 1–25 (1913).
  • Indelicato, P., Santos, J. P., Boucard, S. & Desclaux, J.-P. Eur. Phys. J. D 45, 155–170 (2007).
  • Indelicato, P., Bieroń, J. & Jönsson, P. Theor. Chem. Acc. 129, 495–505 (2011).
  • Ackad, E. & Horbatsch, M. Phys. Rev. A 78, 062711 (2008).
  • Oganessian, Y. T. et al. Phys. Rev. C 74, 044602 (2006).
  • Pohl, R. et al. Nature 466, 213–216 (2010).
  • Mosel, U., Fink, B. & Greiner, W. in Memorandum zur Errichtung eines gemeinsamen Ausbildungszentrums fuer Kernphysik der Hessischen Hochschulen (1966).
  • Mosel, U. & Greiner, W. Z. Phys. 222, 261–282 (1969).
  • Meldner, H. Ark. Fys. 36, 593 (1967).
  • Sobiczewski, A., Gareev, F. A. & Kalinkin, B. N. Phys. Lett. 22, 500–502 (1966).
  • Zagrebaev, V. I., Karpov, A. V., Greiner, W. J. Phys. Conf. Ser. 420, 012001 (2013).
  • Oganessian, Y. T. et al. Phys. Rev. Lett. 104, 142502 (2010).
  • de Marcillac, P., Coron, N., Dambier, G., Leblanc, J. & Moalic, J.-P. Nature 422, 876–878 (2003).

ساعد في نشر والارتقاء بنا عبر مشاركة رأيك في الفيس بوك





رد مع اقتباس
إضافة رد

مواقع النشر (المفضلة)

الكلمات الدلالية (Tags)
الـذَّرَّة, الفيزياء, النظرية:, تقـديــر, حجــم

أدوات الموضوع
انواع عرض الموضوع

تعليمات المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا تستطيع إرفاق ملفات
لا تستطيع تعديل مشاركاتك

BB code is متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة

الانتقال السريع

Facebook Comments by: ABDU_GO - شركة الإبداع الرقمية

الساعة الآن 10:50 AM.


Powered by vbulletin
Copyright ©2000 - 2018.


HêĽм √ 3.1 BY: ! ωαнαм ! © 2010
Search Engine Optimisation provided by DragonByte SEO v2.0.42 (Pro) - vBulletin Mods & Addons Copyright © 2018 DragonByte Technologies Ltd.

أن المنتدى غير مسئول عما يطرح فيه أفكار وهي تعبر عن آراء كاتبها

هذا الموقع يستعمل منتجات MARCO1

جميع الحقوق محفوظة لموقع لغة الروح |تصميم المتحدة لخدمات الانترنت