العودة   منتدى لغة الروح > لغة الفيزياء > الفيزياء العامة


رصد الانتقال الضوئي في الهيدروجين المضاد

كل ما يخص الفيزياء العامة


إضافة رد
 
أدوات الموضوع انواع عرض الموضوع
#1  
قديم 06-24-2018, 07:32 AM
ملك غير متواجد حالياً
لوني المفضل Cadetblue
 رقم العضوية : 1207
 تاريخ التسجيل : Jun 2018
 فترة الأقامة : 828 يوم
 أخر زيارة : 06-24-2018 (08:28 AM)
 المشاركات : 60 [ + ]
 التقييم : 10
 معدل التقييم : ملك is on a distinguished road
بيانات اضافيه [ + ]
110335 Imgcache رصد الانتقال الضوئي في الهيدروجين المضاد



إن إجراء قياسات دقيقة في أنظمة المادة المضادة ربما يٌلقي الضوء على السبب في هيمنة المادة على الكون. إن رصد عمليات الانتقال بين مستويات الطاقة في ذرة الهيدروجين المضاد يبشر بالموجة القادمة من دراسات عالية الدقة عن المادة المضادة.

أعلن أحمدي وزملاؤه1 عن وصولهم إلى مرحلة مهمة في أبحاث المادة المضادة، فقد تمكنوا من إجراء أول قياس لعملية انتقال بين مستويات الطاقة، جرى حثها بالضوء في ذرة مادة مضادة نقية وهي ذرة الهيدروجين المضاد. تلك التحفة التجريبية تمهد الطريق لإجراء أبحاث في مناطق غير مستكشَفة في عالم المادة المضادة بحساسية غير مسبوقة. وفقًا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، فإن كل جسيم له نظيره الخاص من المادة المضادة -وهي جسيمات ذات خصائص أساسية شبه متطابقة- وأكثر جسيمات المادة المضادة شهرة لديها عزوم مغناطيسية وشحنات كهربية معاكسة لنظيرتها من المادة. ومع ذلك، فإن الجسيمات المضادة ليست مجرد جسيمات تتبع النموذج القياسي. إذ يمكن رصد تلك الجسيمات في عمليات الاضمحلال الإشعاعي، والأشعة الكونية، والتفاعلات ذات الطاقة العالية مثل تلك التي تحدث في أثناء اصطدام الجسيمات.

يمكن حتى إنتاج الجسيمات المضادة خلال عملية تُدعى الإنتاج الزوجي، وهي تطبيق مباشر لمعادلة أينشتاين الشهيرة الخاصة بتكافؤ الكتلة والطاقة، E=mc2. حين تتجاوز الطاقة الحركية (E) لتفاعل الاصطدام حدًّا معينًا، فإن التصادمات تُنتج جسيمات لها كتلة m بشكل تلقائي. وتَنتُج الجسيمات عن تلك العملية كأزواج من المادة والمادة المضادة كنتيجة حتمية لعديد من قوانين بقاء الطاقة. وتُعَد الإلكترونات والبوزترونات أمثلةً على المادة والمادة المضادة المناظرة لها، والتي تنحدر من عائلة جسيمات اللبتونات، بينما تنحدر البروتونات والبروتونات المضادة من عائلة البريونات.

من الممكن عكس تلك التفاعلات من خلال عمليات تُدعى الإفناء. يَنتُج عن بعض عمليات الإفناء زيادات ضئيلة من المادة2، ولكن تلك الكمية الناتجة تُقدر تقريبًا بعشر قيم أسية أقل كثيرًا من أن تُفَسَّر؛ على النطاق الكوني، سبب أن الكون في معظمه تقريبًا يتألف من المادة. إن اختلال التوازن هذا يُعَد واحدًا من أكثر الألغاز إثارة للفضول في مجال الفيزياء الحديثة. يقارن الفيزيائيون التجريبيون الخصائص الأساسية لجسيمات المادة بتلك لدى نظيراتها من المادة المضادة بدقة عالية، على أمل العثور على اختلافات صغيرة من شأنها أن تُسهِم في تقديم تفسير متوافق مع اختلال التوازن الكوني. في الثمانينيات، جرت مقارنة الخصائص الأساسية للبتونات مشحونة3 ببعض من الدقة التي قد تصل إلى جزء في المليار. فيما بعد، في التسعينيات، جرى تطوير تقنيات من أجل التقاط وتبريد البروتونات المضادة في حاويات كهرومغناطيسية معروفة باسم فخ بنينج. وهو الأمر الذي أدى بدوره إلى مقارنة4 نسبة الشحنة إلى الكتلة لدى البروتونات، مع النسبة المقابلة لها لدى البروتونات المضادة بدقة تصل إلى 90 جزءًا في الترليون. وفي دراسة لاحقة تحسنت الدقة كي تصل إلى 69 جزءًا في الترليون. (مرجع 5).

أُجريت أيضًا أبحاث على المادة والمادة المضادة المناظرة في حالة الحياد كهربيًّا. على سبيل المثال، تمت مقارنة6 كتل الميزونات المتعادلة من النوع K بدقة تصل إلى جزء في الكونتليون (1 كونتليون يساوي 1018). وبدراسة نظام متعادل آخر من الهيليوم ذي البروتونات المضادة (والذي يتكون من بروتون مضاد وإلكترون يدور حول نواة الهيليوم)، أمكن إجراء قياسات دقيقة لنسبة كتلة البروتونات المضادة إلى كتلة الإلكترونات7. بفحص المادة والمادة المضادة المناظرة لها، وُجد أنها تبدو متشابهة تمامًا عند مستوى الشك التجريبي الذي تم بلوغه حتى الآن.

إلا أنه لم تتم إطلاقًا مقارنة الطيف الضوئي الخاص بذرة مضادة متعادلة تتكون بشكل كامل من المادة المضادة، مع نظيرتها من المادة. جرى الإعلان عن تلك التجربة الآن من قِبل أحمدي وزملائه (وهم أعضاء تعاوُن ألفا ALPHA في مختبر فيزياء الجسيمات الأوروبي "سيرن"، الواقع بالقرب من جنيف في سويسرا). رصد الفريق رد فعل ذرات هيدروجين مضاد محصورة، تجاه الضوء المرئي: والذي تَمثَّل في انتقال بوزيترون ذرة الهيدروجين المضاد من مستوى الطاقة الأرضي 1s إلى مستوى الطاقة المثار 2s. وقد جرى تحديد الطول الموجي للضوء اللازم لحث عملية الانتقال بدقة تزيد على 9 أرقام معنوية، ويبدو مطابقًا للطول الموجي اللازم لإثارة انتقال مكافئ في ذرة الهيدروجين. يقوم هذا الإنجاز على استخدام جهاز تجريبي متطور استغرق تطويره نحو 20 عامًا. تطلبت عملية القياس مهارات تجريبية كبيرة، وجمع أسلوب القياس بين تقنيات أساسية في فيزياء الجسيمات، وفيزياء البلازما غير المتعادلة، وفيزياء اصطياد الجسيمات، بالإضافة إلى التحليل الطيفي الليزري عالي الدقة.


تستخدم التجارب التي أجريت على الجسيمات المضادة المشحونة تقنيات اصطياد كهرومغناطيسية معروفة 3-5، إلا أن الأبحاث على الهيدروجين المضاد تتطلب طرقًا مختلفة تمامًا. أولًا، فإن ذرات المادة المضادة المحايدة كهربيًّا ينبغي أن يتم تصنيعها وحصرها. تُعد تلك الخطوة غاية في الصعوبة، وذلك لأن مصائد الذرات المحايدة تكون أكثر ضحالة بكثير مقارنة بنظائرها من مصائد الأيونات، كما أنها تتطلب تبايُنًا مغناطيسيًّا قويًّا يصعب الحصول عليه تقنيًّا. صدر التقرير الأول8 عن حصر ذرات الهيدروجين المضاد عام 2010 بعد سلسلة من التطورات التجريبية المبتكرة، وقد بلغ معدل الاصطياد نحو 0.11 ذرة لكل محاولة. بعد مرور سنتين، أُعلن عن معدلات حصر أعلى، تقدر بنحو 5 ذرات لكل محاولة9.

لا بد لأحمدي وزملائه من التغلُّب على تحدي العمل على هذا العدد الضئيل من الجسيمات المحايدة المحصورة. أحد المكونات الأساسية لنجاحهم، كان قيامهم بتحسين طرق تصنيع الهيدروجين المضاد، وهو الأمر الذي رفع من معدل الحصر الذي وصل إلى 14 ذرة تقريبًا في المحاولة الواحدة. يرفع هذا التطور من قوة الإشارات التي يمكنهم الحصول عليها من تجارب الهيدروجين المضاد الخاصة بهم.

إن النتائج الحالية هي مجرد نقطة انطلاق لعديد من القياسات التي يُستخدم فيها الهيدروجين المضاد لاختبار تماثُل المادة والمادة المضادة. إن المسوح الكاملة المخطط إجراؤها على الانتقال بين المستويين 1s و2s، والانتقالات الضوئية الأخرى، ستستفيد من استخدام تقنيات تحليل ضوئي متطورة10، والتي أسفرت عن مقدار شك تجريبي ضئيل بلغت قيمته نحو15- 10 فقط، وذلك في الدراسات التي أجريت على الهيدروجين.

أعلن تعاوُن ألفا في السابق11 عن أول قياسات تحليل طيفي لظاهرة تُدعى "الانقسام فائق الدقة على المستوى الأرضي" في الهيدروجين المضاد، ويخطط فريق تعاون أساكوزا12 ASACUSA في مختبر سيرن لمزيد من التجارب المماثلة. إن الدقة المطلوبة لإجراء تلك القياسات يمكنها تحقيق الاستفادة القصوى من معدل الحصر المُحَسَّن للهيدروجين المضاد، والذي أعلن عنه أحمدي وزملاؤه. على النقيض من الانتقال بين المستويين 1s و2s، نجد أن الانقسام فائق الدقة هو ظاهرة مغناطيسية محضة، ومن ثَم فإن التحليل الطيفي له سيساعد في الكشف عن خصائص فيزيائية مختلفة تمامًا عن التجربة الحالية.

ما مقدار الدقة المطلوبة في التجارب المستقبلية كي يقتنع الفيزيائيون أن المادة والمادة المضادة متكافئتان؟ في الواقع، لن تكون أي نتيجة دقيقة بالشكل الكافي. فطالما كانت هناك أفكار متاحة لطرق أخرى قد تُخفض مقدار الشك التجريبي، فإن الحجج لاستكمال الأبحاث ستكون قوية للغاية. علاوة على ذلك، فإن السبب وراء دراسة المادة والمادة المضادة المناظرة لها على هذا المستوى من الدقة، هو البحث عن تفاعلات متبادلة غير معروفة حتى الآن وضعيفة نوعًا ما، والتي يمكنها الظهور عند أي مستوى محتمل من الدقة. بعض من تلك التفاعلات يمكنها أن تتضمن المادة المضادة بشكل حصري، ومن ثَم هي وسيلة كشف حاسمة لاختبار الجوانب المتعلقة بالفيزياء خارج نطاق النموذج القياسي13.

وتُعَد الجاذبية واحدة من التفاعلات الضعيفة. فحتى المجال الجذبي لجسم كبير مثل كوكب الأرض يتسبب في تأثير انزياح جزئي نحو الأحمر (وهو تغيُّر في التردد الخاص بالأشعة الكهرومغناطيسية) بنحو16- 10 للمتر. جرى التخطيط للعديد من التجارب لدراسة السلوك الجذبوي للهيدروجين المضاد، والتي يمكنها الاستفادة من نتائج أحمدي وزملائه؛ خاصة تحسين معدل الاصطياد. بعض من القيود المعتمدة على طبيعة النموذج القياسي فيما يخص سلوك الجاذبية للمادة المضادة، تم استخلاصها بالفعل من إجراء القياسات على البروتونات المضادة5,4. لقد خُطط لإجراء دراسات سقوط الهيدروجين المضاد من قِبل تعاوُن آيجس 14AEGIS في مختبر سيرن، وأيضًا من قِبل مشروع جانبي لتعاون ألفا يدعى ألفا-جي AlPHA-g، وسوف تقدم تلك الدراسات نتائج مستقلة عن النموذج القياسي.

سيواصل مختبر سيرن دعم بحوث فيزياء المادة المضادة بقوة، عن طريق إنشاء مسرِّع "البروتون المضاد ذو الطاقة شديدة الانخفاض" (ويسمى اختصارًا ELENA)، وهو عبارة عن منشأة ستمكِّن من استخدام البروتونات المضادة على نحو أكثر كفاءة. إن حزمة التعديلات المخطط لها في سيرن تتضمن أيضًا تجربة جديدة تخص جاذبية الهيدروجين المضاد وتُدعى GBAR (مرجع 15). أحد العناصر الأساسية في تلك التجربة هو إنتاج أيونات الهيدروجين المضاد موجب الشحنة. وفي حالة استخدامه مع تلك الطريقة التي أُعلن عنها في 2011 فيما يتعلق بتبريد الأيونات16، فإن تجربة GBAR ستُنتج ذرات هيدروجين مضاد أكثر برودة يمكن التحكم فيها بسهولة بالمقارنة مع ذرات الهيدروجين المضاد المتاحة حاليًّا، مما يجعل مستقبل فيزياء المادة المضادة عالية الدقة أكثر إشراقًا.

المراجع :

Ahmadi, M. et al. Nature 541, 506–510 (2017).
Patrignani, C. et al. (Particle Data Group) Chin. Phys. C 40, 100001 (2016).
Van Dyck, R. S., Schwinberg, P. B. & Dehmelt, H. G. Phys. Rev. Lett. 59, 26 (1987).
Gabrielse, G. et al. Phys. Rev. Lett. 82, 3198 (1999).
Ulmer, S. et al. Nature 524, 196–199 (2015).
Schwingenheuer, B. et al. Phys. Rev. Lett. 74, 4376 (1995).
Hori, M. et al. Science 354, 610–614 (2016).
Andresen, G. B. et al. Nature 468, 673–676 (2010).
Gabrielse, G. et al. Phys. Rev. Lett. 108, 113002 (2012).
Parthey, C. G. et al. Phys. Rev. Lett. 107, 203001 (2011).
Amole, C. et al. Nature 483, 439–443 (2012).
Kuroda, N. et al. Nature Commun. 5, 3089 (2014).
Ding, Y. & Kostelecky´, V. A. Phys. Rev. D 94, 056008 (2016).
Doser, M. et al. Class. Quantum Grav. 29, 184009 (2012).
Walz, J. & Hänsch, T. W. Gen. Rel. Grav. 36, 561 (2004).
Brown, K. R. et al. Nature 471, 196–199 (2011).

المصدر : مجله نيتشر العربية

ساعد في نشر والارتقاء بنا عبر مشاركة رأيك في الفيس بوك



كلمات البحث

العاب ، برامج ، سيارات ، هاكات ، استايلات








رد مع اقتباس
إضافة رد

مواقع النشر (المفضلة)

الكلمات الدلالية (Tags)
المضاد, الانتقال, الهيدروجين, الضوئى

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

Bookmark and Share


الساعة الآن 12:39 PM.

أقسام المنتدى

لغة الفيزياء | الفيزياء العامة | الفيزياء الحديثة | الفيزياء النووية | المحاضرات عن بعد | تكنو فيز | الوسائط التعليمية | الفيديو العلمي | طرق وأساليب التدريس | الأجهزة التعليمية | البرامج والمواد التعليمية | فيزياء المرحلة الثانوية (نظام المقررات ) | الترجمة | الأخبار العلمية والتكنولوجيا | لغة الأدب | الأدب العربي | الأدب النبطي | لغتنا العربية | الركن الهادئ | لغة الذات | دورات وقراءات | الميديا التنموية | الروحانيات | اسأل طبيبك | استراحة المنتدى | لقاء العائلة | شاركنا أخبارك | التعارف والترحيب بين الأعضاء | منتدى الإدارة | القرارات الإدارية | تواصل مع الإدارة | منتدى الاقتراحات والملاحظات | ريشة فنان | منتدى المواضيع المحذوفة والمكررة | الفيزياء الطبية | مسار محاضرات الفيزياء | مسار محاضرات الفيزياء الجزء الأول (1و2و3) | مسار محاضرات الفيزياء الجزء الثاني (4و5و6) |



Powered by vbulletin
Copyright ©2000 - 2020.


HêĽм √ 3.1 BY: ! ωαнαм ! © 2010

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

This Forum used Arshfny Mod by islam servant

هذا الموقع يستعمل منتجات MARCO1

جميع الحقوق محفوظة لموقع لغة الروح |تصميم المتحدة لخدمات الانترنت