تیمی از دانشمندان توانسته‌اند یک معمای حل نشده علمی را به سرانجام رسانده و با استفاده از طیف‌سنجی مادون قرمز، کمترین میزان مولکول آب مورد نیاز برای شکل دادن به یک بلور یخ را شناسایی کنند

به گزارش ایسنا،‌ در حال حاضر 475 مولکول می‌تواند یک بلور یخ واقعی را بسازد.

پیش از این تصور می‌شد که حدود 1000 مولکول برای ساخت این بلور مورد نیاز است اما دانشمندان دانشگاه گوتینگن با همکاری محققان دانشگاه پراگو و موسسه مکس پلانک دریافتند که کمترین میزان برای آغاز این فرآیند می‌تواند 275 مولکول به بالا باشد.

این دستاورد به محققان در بینش بهتر در مورد فرآیندهایی که به موجب آنها بخار آب در دمای پائین بطور مستقیم به شکل بلور یخ متراکم می‌شود، کمک خواهد کرد. این فرآیندها نقش مهمی در لایه‌های بالایی جو و همچنین منظومه شمسی ایفا می‌کنند.

این نتایج همچنین در تحقیقات هواشناسی به ارتقای مدل‌های جوی کمک خواهد کرد.

در بلورهای یخ، مولکول‌های آب خود را به شکل شش ضلعی درمی‌آورند تا از شبکه‌بندی فضایی استفاده کنند. هر مولکول آب پیوندهای هیدروژن را با چهار مولکول مجاور به وجود می‌آورد. این فضای لانه‌زنبوری بلوری یخ آب به فضای بیشتری از آب مایع نیاز دارد.

محققان این آزمایشات را در دمای منفی 180 تا منفی 150 درجه سانتیگراد انجام دادند که در آن مولکول‌های بسیار سردتر از حالت مایع هستند. این درحالیست که برای یک ایجاد بلور،‌ این مولکول‌ها هنوز از تعداد کمتری برخوردارند.

خوشه‌های کوچک مولکولی این معما را با شکل دادن به یک نوع مایع که در سرما منعقد شده، حل کردند و یک فضای شبکه‌ای تقریبا غیرمتبلور را تشکیل دادند.

اگر این خوشه رشد کند، مولکول‌های آب در مرکز آن می‌توانند در مراحلی از طریق پیوند هر کدام از آنها با چهار همسایه خود از حالت شیمیایی غیر متبلور به ساختار بلوری تغییر حالت دهند. در این حالت 275 مولکول آب برای حالت اولیه بلور واقعی با ساختار شش ضلعی در مرکز خوشه کافی خواهد بود.

در آغاز این فرآیند، این سازه کمی بدشکل بوده و با رشد خوشه، این بخش داخلی رشد می‌کند تا به یک بلور یخی کاملا منظم تبدیل شود. این در حالیست که بخش بیرونی به شکل غیرمتبلور باقی خواهد ماند.




طبقه بندی: شیمی،

تاریخ : چهارشنبه 12 مهر 1391 | 10:05 ب.ظ | نویسنده : physicfa | نظرات


پژوهشگران نوع جدیدی از پیوند شیمیایی را کشف کردند که با دو مدل کووالانسی و یونی که مدل‌های کلاسیک هستند متفاوت است. این پیوند تنها در میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی - ده‌ها هزار برابر قوی‌تر از مقدار تولید شده در آزمایشگاه تشکیل می‌شود

به گزارش ایسنا، رسیدن به این مقدار میدان مغناطیسی توهم و خیال نیست. دانشمندان معتقدند که این مقدار میدان مغناطیسی در فضای میان برخی ستارگان در حال چرخش موسوم به کوتوله‌های سفید وجود دارد. کوتوله‌های سفید دارای دانسیته جرمی بسیار بالایی هستند، این اجسام زمانی که عمر یک ستاره، نظیر خورشید، به پایان می‌رسد تشکیل می‌شوند.

ستاره بعد از پایان عمر خود دچار فروپاشی می‌شود اگر جرم آن به‌حدی نباشد که تبدیل به سیاه‌چاله یا ستاره نوترونی شود، کوتوله سفید تشکیل می‌شود. یک کوتوله سفید در ابعاد زمین، جرمی در حد نصف خورشید ما را دارد. با توجه به جرم بالای آن و سرعت بالای چرخش، میدان مغناطیسی تشکیل شده در کوتوله سفید بسیار قوی بوده و در حد 100 هزار تسلا است. یک دستگاه MRI معمولی میدانی در حد 1.5 تسلا دارد.

این پژوهش توسط محققان دانشگاه اوسلو انجام شده است، نتایج این تحقیق درک بنیادینی درباره برهمکنش‌های الکترونیکی با میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند، همچنین از شیمی عجیب موجود در فضای بین ستاره‌ای پرده برمی‌دارد. پیوندهای اتمی در روی زمین توسط نیروی‌های الکترواستاتیکی تعیین می‌شوند در نتیجه میدان مغناطیسی هیچ‌گاه مد نظر قرار نمی‌گیرند. اما در فضای بین ستاره‌ای میدان مغناطیسی قوی وجود دارد که روی پیوندها تاثیر شگرفی دارد.

این گروه تحقیقاتی با استفاده از مدل‌سازی کامپیوتری موسوم به برهمکنش پیکربندی کامل (FCI) سرنوشت مولکول‌های هیدروژن را در میدان‌های مغناطیسی بالا مورد مطالعه قرار دادند.

در حالت پایه، که کمترین سطح انرژی الکترون است، با افزایش میدان مغناطیسی مولکول‌ها دچار افزایش انرژی می‌شوند و پیوندهای قوی‌تر خواهند داشت، این پیوندها موازی میدان خواهند بود. زمانی که یک مولکول برانگیخته می‌شود الکترون به اربیتال ضد پیوندی رفته و مولکول به اعضای سازنده خود تجزیه می‌شود. اما در میدان مغنطیسی قوی اوربیتال مولکولی در جهت عمود بر میدان مغناطیسی جهت‌گیری می‌کند. الکترون برانگیخته شده با میدان مغناطیسی برهمکنش داده و پیوند میان اتم‌ها برقرار باقی می‌ماند. این پیوند نه یونی و نه کوالانسی است بلکه نوع جدیدی از پیوند اتمی محسوب می‌شود که پارامغناطیس است.




طبقه بندی: شیمی، اكتشافات،

تاریخ : جمعه 24 شهریور 1391 | 12:47 ب.ظ | نویسنده : physicfa | نظرات


محققان مدعی هستند که نسل جدید لامپ‌های ال ای دی هسته‌ای می‌تواند کلید طراحی سیستم احیاکننده زیستی در محیط خارج از جو زمین باشد

به گزارش ایسنا، پس از فرود موفقیت‌آمیز مریخ نورد کنجکاوی بر سطح سیاره مریخ و مطرح شدن ایده ساخت کلونی بر روی این سیاره تا سال 2020 میلادی، نحوه ساخت مستعمرات فضایی و شیوه‌ای مطمئن برای تأمین غذا به چالش جدی پیش روی محققان مبدل شده است.

جو منحصر به فرد زمین و قدرت خورشید، امکان تنفس انسان و رشد گیاهان را فراهم می‌کند، در این شرایط نخستین گام برای احداث مستعمرات فضایی، یافتن شیوه‌ای برای ایجاد جریان ثابت اکسیژن و مواد غذایی برای ساکنان آینده کلونی‌های فضایی است.

ماه فاقد جو بوده و به همین دلیل در معرض دوزهای کشنده اشعه‌های کیهانی و انرژی گدازه‌های تاج خورشیدی قرار دارد؛ همچنین خطر برخورد ریز شهاب سنگ‌ها با قدرت نابودگری بالا را نباید نادیده گرفت.

در چنین شرایطی ساکنان آینده ماه باید مواد غذایی مورد نیاز خود را در گلخانه‌های محافظت شده با چندین متر عایق مخصوص تولید کنند. با این روش اگرچه گیاهان از تهدیدات خارجی محافظت می‌شوند، اما دسترسی به نور خورشید برای رشد گیاهان محدود می‌شود.

عملی‌ترین راه برای فراهم شدن امکان فتوسنتز در گلخانه‌های فضایی استفاده از نسل جدید ژنراتور رادیو ایزوتوپ ترموالکتریک (RTG)‌ است.

کری میچل، گیاه شناس دانشگاه پوردو تأکید می‌کند: لامپ‌های ال ای دی هسته‌ای با حالت جامد و سرد، بیش از 50 هزار ساعت کارآیی داشته و عمری پنج برابری در مقایسه با منابع روشنایی مورد استفاده در گلخانه‌های معمولی خواهند داشت.




طبقه بندی: فیزیك، نجوم، اكتشافات، شیمی،

تاریخ : چهارشنبه 15 شهریور 1391 | 10:16 ق.ظ | نویسنده : physicfa | نظرات


دو تیمی که در آزمایشگاه بین المللی شتاب دهنده ذرات Tevatron واقع در باتیویا کار می کردند٬ نشانه هایی از نسل جدید ذرات بنیادی پیدا کرده اند که می تواند به سه نسل قبلی که تاکنون می شناختیم اضافه شود. اما این ذرات جدید چه چیز خاصی میتوانند داشته باشند؟

اگر این ذرات واقعا وجود دارند باید درباره معمای چندین ساله ای که چگونه جهان در نخستین لحظات خود بعد از انفجار بزرگ از خودویرانگری اجتناب کرد توضیحی داشته باشند. در ابتدا گزارشی از آنچه تاکنون میدانیم به این شرح داریم. هر یک از سه نسل معلوم ماده دربرگیرنده دو نوع ذره بنیادی به نامهای کوارک و لپتون است. لپتونهای نسل اول شامل الکترون و نیوترینو (نوترون خودی یا مانوس) هستند.


 

 

 

اولین نسل ماده میتواند هرچیزی را که ما در زندگی روزمره مان با آن مواجه می شویم شرح دهد. به عنوان مثال هسته های اتمی از پروتون و نوترون ساخته شده اند که هر کدام به تنهایی از کوارکهای صعودی و نزولی تشکیل یافته اند.

دومین و سومین نسل معرفی شدند تا دوجین های متنوع ذرات بی دوام درون اتمی را توضیح دهند که در آثار مخرب برخورد ذرات تشخیص داده شده بودند.

هر یک از این دو نسل شامل یک جفت کوارک (که بسیار سنگین تر از نسل اول بوده ) و نیز muon و tau ، گونه های سنگین الکترون می باشند. علاوه بر این هر یک دارای نیوترینوی مربوط به خود هستند.

 

 

The Collider Detector at Fermilab -CDF

 

نسلهای جدید ماده تمایل داشتند تا هر 30 یا 40 سال یکبار ظاهر شوند که آخرین بار این اتفاق در سال 1975 رخ داد یعنی زمانیکهtau کشف شد . Amarjit Soni از لابراتوار ملی Brookhaven در Upton, New York چنین می گوید: پیش از این ما سه نسل دیده ایم و سوال اینجاست که چرا چهار تا ندیده ایم؟

او می گوید: نسل چهارم باید دنباله ساده ای از این روند باشد که تاکنون دیده ایم.

اکنون نشانه های این نسل چهارم در سوابقی از شتاب دهنده Tevatron ظاهر شده است که پروتون ها و آنتی پروتون ها را با هم خرد میکند.

محققان بخش ردیابی CDF در Tevatron در ماه مارس آثار باقیمانده از تصادمات را بخوبی جستجو کردند که در آنجا بین ماه مارس 2002 و 2009 ایجاد شده بود. آنها در جستجوی نشانه هایی از کوارک نسل چهارم بودند که سنگین تر از کوارک های سه نسل دیگر باشد.

دلیل اینکه چرا این کوارک در آزمایشات پیشین دیده نشده بود چنین شرح داده می شود که هر چقدر ذره سنگین تر و غلیظ تر باشد انرژی بیشتری برای ساخت آن مورد نیاز است و برخوردها در آزمایشات قبلی مستلزم انرژی خیلی کمتری برای تولید چنین موجود بزرگ و عظیمی بود.

 

مرکز تحقیقات و کنترل شتاب دهنده

یک کوارک سنگین نسل چهارم هنگامی که تنزل می کند انرژی بسیار زیادی رها می سازد و در بین سایر ذرات muon های بسیار فعالی تولید می کند. سه نسل دیگر ماده هم این فراورده های پوسیده را تولید می کنند و برآوردها اشاره بر این دارند که این سه نسل باید برای دو رویداد تنزل در بالاترین انرژی محاسبه شوند که در آزمایش مورد سنجش قرار گرفته است. اما تیم CDF هشت رویداد را مشاهده کردند یعنی مازادی که اشاره به کوارک نسل چهارم دارد.

نشانه های کوارک جدید در فراورده های پوسیده شتاب دهنده برخورد ذرات Tevatronظاهر شده اند. اما این فزونی بقدری جزئی است که نمی تواند ضربه موفقیت آمیز آماری باشد٬ از اینرو تیم نمیتواند ادعا کند که علائمی از نسل چهارم دیده است. John Conway یکی از بانیان این تحقیق و بررسی از دانشگاه کالیفرنیا در Davis اظهار می کند که ادعاهای خاص و غیر عادی نیاز به مدارک و شواهد غیر عادی نیز دارد.

 

 

نمایی از ساختمان درونی شتاب دهنده

 

با این وجود هیچکس حاضر به منفصل کردن این فزونی نیست.Stephen Martin از دانشگاه Northern Illinois در Dekalb که عضوی از این تحقیق و بررسی نبود چنین می گوید: این بقدری جالب است که ما به چشم داشت و تجزیه و تحلیلات آتی توجه خواهیم کرد چون اگر کوارک [نسل چهارم] براستی وجود داشه باشد همه چیز بسیار مهیج خواهد شد.

اگر چه اهمیت فزونی CDF مورد بحث قرار می گیرد اما DZero٬ گواه تازه ای از دیگر ردیاب اصلی Tevaron٬ اثر و نشانه ممکن متفاوتی از نسل چهارم نشان می دهد که منفصل کردن آن دشوارتر است.

تجزیه و تحلیل جدید برخوردهای پروتون-آنتی پروتون در DZero فراورده های پوسیده ای را بنیان نهاد که بطور غیرمنتظره ای نامتوازن بودند. تا حدودی اکثر muon ها نسبت به antimuon ها نقطه مقابل ضدماده هایشان را ایجاد می کنند.

Soni می گوید: اگر این تائید شود٬تبدیل به اکتشاف بینهایت مهمی می شود و انعکاس بسیار مهمی برای کل فیزیک ذرات خواهد داشت. این نتیجه با مدل استاندارد فیزیک ذرات یعنی بهترین تئوری که ما تاکنون دنیای درون اتمی را با آن شرح داده ایم مغایرت دارد.

 

 

 

این مدل تفاوت بسیار جزئی را بین تعداد ذرات ماده و ضدماده پیش بینی می کندکه در برخوردها حدود 40/1 ام برابر آنچه که DZeroواقعا مشاهده می کند تولید میکند. بنظر می رسد که عامل جدید و نامعلومی در اینجا نقش داشته باشد.

برخی از فیزیکدانان قبلا خاطر نشان کردند که چهارمین نسل ذرات می تواند تعادل ماده- ضدماده را در نوع فرایند مشاهده شده درDZero متوازن کند.

این عمل چگونه اتفاق می افتد؟ قوانین خارق العاده مکانیک کوانتوم به ذرات مجازی اجازه میدهند تا مختصرا به وجود آیند و اگر کوارک های نسل چهارم در DZero از این طریق رخ دهند ٬می توانند با ترتیب طبیعی وقایع مداخله کنند که این ذرات در آزمایش تنزل کرده اند. برای مثال جفت های کوارک که دربرگیرنده پایه های نسل سوم است معمولا با مجمو عه ای از واکنشهایی که moun ها و antimuonها را تولید می کند مورد بحث قرار می گیرد. کوارک نسل چهارم می تواند با این فرایند مداخله کند و تعادل معمول بین تولید ماده و ضدماده را به هم بریزد و نتایج را به نفع ماده تحریف کند.

اگر بی نظمی در DZero بر اثر ذرات نسل چهارم باشد ٬ استنباط ها عمیق و بنیادی خواهند بود. فیزیکدانان برای چندین دهه در این حقیقت متحیر مانده اند که دنیائی که ما آنرا می شناسیم اصلا وجود ندارد.

 

 

 

بر اساس مدل استاندارد٬ ماده و ضدماده٬ تقریبا باید به میزان مساوی از انرژی فراهم شده در اوایل جهان متراکم می شدند. از آنجاییکه ماده و ضدماده در تماس با هم یکدیگر را خنثی می کنند٬ بسیاری از هر دو نوع ماده سریعاً نابود می شوند و دریای سترونی از تشعشعات باقی می گذارند که تقریباً بطور کامل تهی از ماده ای است که مورد نیاز برای ساخت ستاره ها٬ کهکشان ها و سیارات می باشد. آگر این اتفاق به وضوح نیافتاد ٬ بنابراین باید چیزی میزان تولید برای ماده را بالا برد و مازادی را باقی گذارد تا وضعیت شدید نابودی را سپری کند و باعث بوجود آمدن جهان شود.

چهارمین نسل ذرات می تواند توضیح دهد که چگونه ماده برای بوجود آوردن ستاره ها و کهکشان ها باقی می ماند.

اگر کوارک های چهارمین نسل مسئول برهم زدن این تعادل باشند٬ پس ما بدون آنها نمی توانیم وجود داشته باشیم. George Hou از دانشگاه ملی تایوان در تایپه می گوید: برای من این نشانه ای از تنها انگیزه مهم برای موجودیت [چهارمین نسل] می باشد. وی افزود: ما شاید با یک بسط انحصاری از نسل سوم تا چهارم ٬ عدم تقارن کافی برای توضیح اینکه چگونه ماده در اوایل جهان از نابودی زنده مانده است را داشته باشیم.

 

 

اگر چه عدم تقارن Dzero با موجودیت چهارمین نسل تناسب دارد اما آنرا ثابت نمی کند. همچنین امکان تولید عدم تقارن ماده وضدماده در تئوری هایی است که سعی دارند فیزیک ذرات را با مطرح کردن ابعاد زائد پنهان شرح دهند٬ همینطور در فراتقارن یعنی تئوری ای که در هر کدام ذره در هر سه نسل شناخته شده ماده است و آنهایی که حامل نیرو هستند شریک پرزورتری دارند.

ذرات چهارمین نسل نیز می توانند به توضیح مبداء ماده تاریک کمک کنند که بنظر می آید بیشترین حجم جهان را تشکیل می دهد.راه حل برای این اندیشه نیوترینو غلیظ می باشد. مانند نیوترینوها در همه نسلهای دیگر ذرات٬ این یکی با نیروی الکترومغناطیسی فعل و انفعال داخلی ندارد تا آنرا شفاف و آشکار سازد و ازاینرو نامرئی می باشد.

درحالیکه سه نیوترینو شناخته شده دیگر برای محاسبه کسر مفاد ماده تاریک بسیار کم وزن هستند ٬ نیوترینوهای غلیظتر چهارمین نسل باید قادر به انبوه شدن با همدیگر باشند و بذرهای کهکشان ها را تشکیل دهند.

 

 

 

با اینحال این اندیشه همچنان با دشواری هایی روبه رو می بود چراکه اولاً نیوترینوی غلیظ معمولاً در کسر ثانیه ای به ورژنی سبک تراز نسل دیگر تنزل کرده٬ بنابراین هیچیک از نیوترینوهای غلیظ از جهان اولیه نباید باقی می ماندند تا ماده تاریک را تشکیل دهند که ما فکر می کنیم امروزه موجود می باشد. فیزیکدانان باید روشی مطرح می کردند تا توضیح دهند که چگونه یک نیوترینو غلیظ برای بیلیون ها سال پس از انفجار بزرگ پایدار مانده است.

خوشبختانه Large Hadron Collider در CERN قادر به توضیح این چیزها بود. اکنون ذرات بهم خورنده با انرژی ترکیب شده 7 تراالکترون ولت وجود دارد که برخورد های Tev Tevatron2 را از حرکت بازمی دارد.

با قدرت اضافی داده شده برای LHC کشف کوارک چهارمین نسل با حجمی بالغ بر 450 GeV نباید زیاد طول بکشد. مارتین می گوید: آزمایشات LHC قادر به حل قطعی این معما خواهد بود.

 




طبقه بندی: فیزیك، شیمی،

تاریخ : سه شنبه 24 مرداد 1391 | 02:15 ق.ظ | نویسنده : physicfa | نظرات

مدت زیادی اینطور تصور می شد که پروتونها و نوترونها ذرات بنیادی هستند و بنابراین گمان می‌رفت مثل تقسیم الکترون دیگرقابل تقسیم نبوده و دارای یک ساختار داخلی نیستند. امروزه می‌دانیم که نوکلئونها یا به عبارت دیگر پروتونها و نوترونها خود از ذرات کوچکتری ساخته شده‌اند که کوارک نامیده می‌شوند. تا به حال ۶نوع کوارک متفاوت شناسایی شده‌اند با این همه فقط دو نوع آنها در تشکیل مواد پایدار معمولی نقش مهمی دارند که عبارت از کوارک u و کوارک D هستند، U علامت اختصاری برای بالا (UP) و D علامت اختصاری برای پایین (down) می‌باشد .

 اگر بار اکتریکی یک الکترون را منفی ۱ فرض کنیم (۱- = الکترون) کوارک u دارای بار الکتریکی ۳/۲+ و کوارک d داری بار ۳/۱- می‌باشد. پروتون که دارای بار مثبت است از ۲ کوارک u و یک کوارک d تشکیل شده است از این طریق است که بار آن حاصل می شود: ۱+=۳/۲+۳/۲+۳/۱- ، برعکس یک نوترون دارای ۲کوارک D و یک کوارک U بوده و با ر آن برابر است با ۱- = ۳ /۲ + ۳/۱ – ۳/۱-.

ویژگی کوارکها

 اگر روابط و نسبتها در اتمها که در مقایسه با کوارکها بزرگ هستند مهم و چشمگیر است، این روابط در کوارکهای کوچک مسلماً مهمتر هستند. مثلا کوارکها هیچگاه به تنهایی نقشی را به عهده ندارند بلکه همیشه در گروههای ۲ و ۳ تایی هستند ذراتی که از ۲کوارک تشکیل می‌شوند مزون نام دارند. ذراتی را که از ۳ کوارک دارند باریون می‌نامند. کوارکها در کنار بار الکتریی که دارند خاصیت مرموز دیگری نیز دارا می‌باشند که رنگ خوانده می‌شود. کوراکها از این جهت به قرمز ، سبز و آبی طبقه بندی می‌شود، البته از این طبقه بندی باید رنگهای حقیقی را تصور کرد بلکه منظور نوع بار الکتریکی آنهاست. بنابراین ذرات آزاد معلق در طبیعت باید همیشه دارای رنگ خنثی و به عبارت دیگر سفید باشند.

 یک کوارک قرمز یک کوارک سبز و یک کوارک آبی یک گروه سه تایی مثلا یک پروتون می‌سازد. همانطور که ترکیب رنگهای رنگین کمان رنگ سفید را بوجود می‌آورد، ازترکیب رنگهای سه گانه کوارک نیز سفید بدست می‌آید. به این ترتیب یک ذره سفید مجاز و پایدار تشکیل می‌شود. امکان دیگر این است که یک کوارک قرمز با یک ضد کوارک که رنگ ضد قرمز دارد یک زوج بسازند، قرمز و ضد قرمز همدیگر را خنثی کرده ، رنگی خنثی را بوجود می‌آورند. به هرحال چون این گروههای دوتایی (مزونها) از ماده و ضد ماده ایجاد شده‌اند، خیلی سریع فرو می‌پاشند، به این جهت مزونها پایدار نیستند.

آیا کوارکها را می‌توان مشاهده کرد؟

 روشن است که کوارکها را نمی‌توان مشاهده کرد، بلکه می‌شود وجود آنها را مثل هسته اتمها از طریق آزمایشهای فراوان پیچیده اثبات نمود، برای این کار مثل آنچه که رادرفورد ۷۵ سال پیش برای شناسایی هسته اتم انچام داد عمل می‌شود و پروتونها یا الکترونهای بسیار پر شتاب مورد اصابت قرار می‌گیرند. بیشتر الکترونها در این آزمایش به ندرت تغییر مسیر می‌دهند، ولی تعدادی از آنها کاملا از مدار خود خارج می‌شوند درست مثل اینکه به گلوله‌های سخت و کوچکی در داخل پروتونها برخورد کنند. این گلوله‌های بسیار کوچک همان کوارکها هستند که در جستجویشان بوده‌ایم یک بررسی دقیق نشان داده که پروتون در مجموع از سه سنگ بنای اولیه این چنین تشکیل شده است.

 کوارکها هیچگاه در طبیعت به عنوان ذرات مستقل و آزاد وجود ندارند. ایجاد ذرات متشکل از ۲ کوارک یا به عبارت دیگر (مزونها) ، البته ممکن است، ولی این ذرات پایدار نیستند. برعکس گروههای سه تایی یا به زبان دیگر پروتونها و نوترونها ساختارهایی بسیار پایدار هستند. انسان کره زمین و در واقع کهکشان راه شیری عملاً از ۳ سنگ بنای اولیه ایجاد شده‌اند که عبارت ازکوارکهای U ، کوارکهای D و الکترونها می‌باشند. کوارکها ، نوکلئونها را می‌سازند و آنها به یکدیگر متصل شده هسته اتمها را بوجود می‌آروند.
 هسته‌ها و الکترونها دراتحاد با یکدیگر اتمها را ایجاد می‌کنند و اتمها نیز با پیوستن به یکدیگر مولکولهای کوچک و بزرگ از قبیل مولکولهای آب یا سفیده تخم مرغ را می‌سازد. میلیاردها مولکول سلولهای بدن ما را بوجود می‌آورند و هر انسان در بدن خود میلیاردها سلول دارد، اما با تمام تفاوتهایی که انسانها ، جانوران ، گیاهان ، سیاره‌ها و یا ستارگان با یکدیگر دارند باز هم تمام آنها فقط از ۳ ذره زیر بنایی ساخته شده‌اند که عبارتند از کوراکهای U ، کوارکهای D و الکترونها.

جرم دقیق کوارک

 کشف ذرات زیر اتمی جدید باعث سر در گمی دانشمندان شده است. این ذرات عجیب و ناشناخته تئوری پردازان را واداشته است تا در نظریات خود در مورد نیروهای قوی که ذرات زیر اتمی را در اتمها کنار یکدیگر نگه می‌دارد، تجدیدنظر کنند. احتمالاً این ذره جدید که DS2317 نام گرفته ، صورت غیر متداولی از کورکها است. کوارکها ذرات بسیار ریزی هستند که در دسته‌های سه تایی وجود دارند و اجزای سازنده پروتونها و نوترونها هستند. شاید این ذره جدید ناشناخته کوارکی باشد که حول کوارک دیگر در حال چرخش است، شاید هم مولکول جدیدی است که از چهار کوارک ساخته شده است.

 مارچللو گئورگی از دانشگاه پیزای ایتالیا و اعضای گروهش پس از صرف وقت سه ساله و جمع آوری اطلاعات از آشکارساز بابار (BaBar) مرکز شتاب دهنده خطی استنفورد (Slac) در کالیفرنیا با DS 2317 مواجه شدند. وقتی که Slac الکترون را با پوزیتون که ضد ماده الکترون محسوب می‌شود، برخورد می‌دهد، آشکارساز باربار تعداد زیادی از ذراتی که در نتیجه این برخورد بوجود می‌آیند را شناسایی می‌کند. گئورگی می‌گوید: «ما از نتایج این آزمایشات بسیار شگفت زده شدیم، اما چیزی که بیش از همه باعث اعجاب ما شد، جرم این ذرات است. جرم این ذرات از مقدار پیش بینی شده کمتر و در عین حال بسیار دقیق و مشخص بود.

 جرم بسیاری از این ذرات پرانرژی دقیقاً مشخص نیست و با کمی عدم قطعیت همراه است. اما وزن DS 2317 دقیقاً مشخص است و مقدار آن برابر ۲۳۱۶ مگاالکترون ولت است. الکترون ولت واحدی است که فیزیکدانان برای اندازه گیری مقدار جرم و انرژی ذرات بکار می‌برند. استیا ایچتن (Estia Eichten) نظریه پرداز فیزیک نظری از آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فرمی در باتاویای ایلینویز می‌گوید، شاید این جرم دقیق به محققین کمک کند تا ماهیت دقیق نیرویی که اتمها را در کنار یکدیگر نگه می‌دارد، درک کنند. از آنجایی که در مقیاسهای کوچک جرم و انرژی معادل یکدیگرند، دانستن جرم یک کوارک جدید می‌تواند ما را به شناخت نیروهای قوی که در داخل ذرات حاکم است، راهنمایی کند.

 طی تحقیقاتی که بعدها صورت گرفت، تصور می‌شد که DS 2317 از کوارکهای سنگین و ناشناخته‌ای تشکیل شده است. دیوید سینابر و یکی از متخصصین فیزیک انرژی بالا در دانشگاه کورنل در ایتاکای نیویورک می‌گوید: «قسمت عمده‌ای از اطلاعاتمان در مورد نیروهای قوی از بررسی کوارکهای سبکتر حاصل شده است. اما امکان دارد با بررسی کوارک سنگینتر اطلاعات جدیدی کسب کنیم.»

انواع کوارک

 کوارکها در شش گروه مختلف جای می‌گیرند: بالا ، پایین ، جذاب ، عجیب ، زیر و رو. دسته‌های سه تایی از کوارکهای بالا و پایین که جزء سبکترین و معمولی‌ترین کوارکها محسوب می‌شوند، پروتونها و نوترونهای مواد عادی را که اطراف ما را فرا گرفته است تشکیل می‌دهد. اما ممکن است DS 2317 از دو کوارک تشکیل شده باشد و ذره کمیابی به نام مزون را بوجود آورده باشد. ایچتن می‌گوید این مزون ممکن است تا حدودی شبیه یک اتم باشد. اتمی که در آن یک کوآرک سبک «ضد ـ عجیب» (anti-Strange) حول یک کوآرک سنگینتر «جذاب» (Charm) در حال چرخش است.

 اما سایر محققین در تفسیر پدیده‌های مشاهده شده ، نظریات پیچیده‌تری را ابراز می‌کنند. جاناتان رزنر فیزیکدان نظری دانشگاه شیکاگو می‌گوید احتمال دارد که ذره جدید حاوی جفتهایی از کوارکهای مزدوج باشد. وجود مولکولهایی حاوی چنین ذرات زیر اتمی مدتها قبل پیش بینی شده بود. سینابرو می‌گوید: «ما تاکنون هیچ شاهدی مبنی بر وجود اینگونه ذرات نداشتیم. اما اگر این شیء وجود داشته باشد، واقعاً جای تعجب است.» محققین Slac در مرکز سنکروتون انرژی بالای دانشگاه کورنل و سازمان تحقیقات شتاب دهنده انرژی بالا در ژاپن ضمن کنکاش در اطلاعات قدیمی ، در صددند نظریات خود را در مورد ذراتی شبیه DS 2317 بیازمایند.

شیمی مدیون پروتون

 نوترونها و پروتونها از ذراتی ساخته شده‌اند که کوارکهای بالا و پایین نامیده می‌شوند. هر پروتون شامل دو کوارک بالا و یک کوارک پایین است، در حالی که هر نوترون دارای دو کوارک پایین و یک کوارک بالا است. کوارکهای پایین کمی سنگینتر از کوارکهای بالا هستند و به همین دلیل وزن نوترونها از پروتونها بیشتر است. بار هر کوارک بالا برابر دو سوم بار مثبت است و هر کوارک پایین دقیقا یک سوم بار مثبت را با خود دارد. به همین دلیل پروتون دارای یک بار الکتریکی مثبت است، در حالی که نوترونها خنثی هستند و باری ندارند.

 در عین حال ما هنوز هم جرم دقیق کوارکها را نمی‌دانیم. به همین دلیل دانشمندان سعی دارند ضمن آزمایشات مختلف جرم آنها را دریابند. در عین حال نظریه پردازان نیز سعی دارند قطعات حاصل از برخورد ذرات مختلف را بررسی کرده و سرعت انجام واکنشهای مختلف را محاسبه کنند. آنها امیدوارند با این روش بتوانند به ساختار یک هسته اتم دست نخورده دست یافته و دریابند چه میزان از اختلاف در خواص کوارکهای بالا و پایین از اختلاف جرمشان ناشی می‌شود و چه مقدار از این اختلاف بخاطر تفاوت در بارهای الکتریکی است.

 آنها امیدوارند با این آزمایشات جرم دقیق کوارکها را دریابند. بیراون کولک فیزیکدان نظری دانشگاه آریزونا می‌گوید: «هم آزمایشات انجام شده و هم تفسیرهای نظری ارائه شده در این مورد بسیار پیچیده است و بنابراین لازم است هم از نتایج آزمایشات و هم تفسیرهای نظری کمک گرفت و با تلفیق نتایج حاصل از این آزمایشات اطلاعات مهمی در مورد جرم کوارکها بدست آورد.» اختلاف بین کوارکهای بالا و پایین به این معنی است که اگر یک نوترون را به حال خود رها کنیم به یک پروتون تبدیل می‌شود. اما این سرنوشت نهایی نوترونها نبود.

 این ذرات با قرار گرفتن در کنار الکترونها که بار منفی دارند، می‌توانند اتمهای هیدروژن را بوجود آورند که ماده سوختی اولیه ستارگان محسوب می‌شود. ادوارد استفنسون که یکی از فیزیکدانان دانشگاه ایندیانا است می‌گوید: «دنیای مملو از پروتون به این معنی است که مقدار زیادی هیدروژن در اختیار داریم. بدون در اختیار داشتن پروتون ، شیمی به آن صورتی که امروز می‌شناسیم، ممکن نبود.» البته باید در نظر داشت همین اختلاف کم در جرم این کوارکها نتایج بسیاری را در پی داشته است. اخیراً یک گروه از دانشمندان دانشگاه ایندیانا دو هسته دوتریم را به هم برخورد دادند.

 دوتریم نوعی اتم هیدروژن است که در هسته خود یک پروتون و یک نوترون دارد. گروهی دیگر نیز در دانشگاه اوهایو با استفاده از نوترون و پروتون واکنش همجوشی هسته‌ای انجام دادند. طی هر دو این آزمایشات ذراتی حاصل شد که آنها را پیون می‌نامند. این دانشمندان معتقدند ایجاد پیون نشانه عدم تقارن بار است که از اختلاف در اجزای تشکیل دهنده پروتونها و نوترونها ناشی می‌شود. این اختلاف در جرم عامل اصلی ترکیب اجزای عالم است.

کوارک در طبیعت

 قبل از کشف کوارک توسط مورای ژل مان تصور می‌شد که پروتونها و نوترونها مانند الکترونها غیر قابل‌ تقسیم هستند، ولی اکنون می‌دانیم نوکلئونها (پروتونها و نوترونها) تجزیه‌پذیر بوده و از ذرات کوچکتری به نام کوارک تشکیل شده‌اند.

کوارکها در طبیعت

 کوارکها‌ هیچگاه در طبیعت به عنوان ذرات مستقل و آزاد وجود ندارند. مزون‌های π از یک کوارک و یک ضد کوارک تشکیل می‌شوند، که آنتی کوارک (ضد کوارک) با یک خط تیره افقی (علامت منفی) بالای حرف مربوطه مشخص می‌گردد. چون این مزونها از ماده و ضد ماده تشکیل می‌شوند، خیلی سریع فرو می‌پاشند. ایجاد ذرات متشکل از ۲ کوارک یا به عبارت دیگر مزونها البته ممکن است، ولی این ذرات پایدار نیستند. برعکس گروههایی سه ‌تایی یا به زبان دیگر پروتونها و نوترونها ساختارهایی بسیار پایدار هستند.

 انسان ، کره زمین و در واقع کهکشان راه شیری عملا از سه سنگ بنای اولیه ایجاد شده‌اند، که عبارت از کوارکها‌ی U و کوار‌ها‌ی D و الکترونها می‌باشند. کوارکها‌ ، نوکلئونها را می‌سازند و آنها به همدیگر متصل شده ، هسته اتمها را بوجود می‌آورند. هسته‌ها و الکترونها در اتحاد با یکدیگر اتمها را ایجاد می‌کنند و اتمها نیز با پیوستن به یکدیگر مولکولهای کوچک و بزرگ از قبیل مولکولهای آب یا سفیده تخم مرغ را می‌سازند.

 میلیاردها مولکول سلولهای بدن ما را بوجود می‌آورند و هر انسان در بدن خود میلیاردها سلول دارد. اما با تمام تفاوتهایی که انسانها ، جانوران ، گیاهان ، سیارات و یا ستارگان با یکدیگر دارند، باز هم تمام آنها فقط از سه ذره زیربنایی ساخته شده‌اند، که عبارتند از: کوارکها‌ی U و کوارکها‌ی D و الکترونها.

آیا کوارکها‌ را می‌توان مشاهده کرد؟

 روشن است که کوارکها‌ را نمی‌توان مشاهده کرد، بلکه می‌شود وجود آنها را مثل هسته اتمها ، از طریق آزمایشهای فراوان پیچیده اثبات نمود. برای این کار مشابه آنچه که رادرفورد ۷۵ سال پیش برای شناسایی هسته اتم ، انجام داد، عمل می‌شود و پروتونها با الکترونهای بسیار پر شتاب ، مورد اصابت قرار می‌گیرند. بیشتر الکترونها در این آزمایش ، به ندرت تغییر مسیر می‌دهند، ولی تعدادی از آنها کاملا از مدار خود خارج می‌شوند، درست مثل اینکه به گلوله‌های سخت و کوچکی در داخل پروتونها ، برخورد کنند. این گلوله‌های بسیار کوچک همان کوارک‌ها‌ هستند، که در جستجویشان بوده‌ایم. یک بررسی دقیق ، نشان داده که پروتون در مجموع از سه واحد سنگ بنای اولیه این چنینی تشکیل شده است.

نیروهای بنیادی اولیه

 بین ذرات بنیادی چهار نیرو عمل می‌کنند که آنها را نیروهای بنیادی یا اولیه می‌نامند.
 نیروی پرقدرت کوارک: نیروی پرقدرت کوارک که نیروی رنگ نیز نامیده می‌شود، از جدا شدن بیش از حد کوارکها‌ی داخل هسته از یکدیگر و یا حتی از پرت شدن آنها به خارج جلوگیری می‌کند. نیروی پر قدرت کوارک یا نیروی قوی ، از طریق ذرات مبادله کننده یا به اصطلاح گلوئونها ، که بین کوارکها‌ در پرواز هستند، انتقال می‌یابد. این نیرو مانند چسب ، پیوستگی بین کوارکها را تضمین می‌کنند. نیروی هسته‌ای که پروتونها و نوترونها را در هسته اتم به هم پیوسته نگاه می‌دارد، در واقع نیروی بنیادی نیست، بلکه نیرویی است که از نیروی رنگ کوارکها‌ (یعنی قویترین نیرویی که به آن اشاره می‌شود)، بدست می‌آید.

 برهمکنش الکترومغناطیسی: این نیرو ، وقتی که صحبت از بارهای الکتریکی به میان می‌آید، ظاهر می‌شود. یک ذره دارای بارالکتریکی مثبت ، بوسیله یک ذره مثبت دیگر ، دفع و به سوی یک ذره دارای بار الکتریکی منفی ، جذب می‌شود. این نیرو توسط فوتونها یا ذرات نوری مبادله می‌شود و در نتیجه این ذرات نوری که بین ذرات باردار در پرواز هستند، به یکدیگر متصل می‌شوند.

 برهمکنش ضعیف هسته‌ای: بسیاری از ذرات ، نسبت به هیچ یک از دو نیروی یاد شده در بالا ، یعنی نیروی قوی کوارک و نیروی الکترومغناطیسی واکنش نشان نمی‌دهند. از آن میان ذراتی هستند که فاقد بار الکتریکی و رنگ هستند. برای این گونه ذرات یک نیروی بنیادی دیگر وجود دارد. که در فاصله‌های خیلی خیلی کم خود را نشان می‌دهد و بدون استثنا بر روی همه ذرات اثر می‌گذارد. این نیرو که نیروی ضعیف نام دارد، توسط ویکونها منتقل می‌شود.

 نیروی جاذبه یا گرانش: این نیرو تمام ذراتی را که دارای جرم هستند، جذب می‌کند، ولی در مقایسه با سه نیروی قبلی ، آن قدر ضعیف است، که می‌توان آن را نادیده گرفت. از آنجایی که این نیرو در فاصله‌های زیاد کارگر است، در علم ستاره شناسی دارای اهمیت می‌باشد.




طبقه بندی: فیزیك، شیمی، فیزیک هسته ای، کوانتوم،

تاریخ : جمعه 20 مرداد 1391 | 02:28 ق.ظ | نویسنده : physicfa | نظرات
.: Weblog Themes By BlackSkin :.

تعداد کل صفحات : 4 :: 1 2 3 4

شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic