Language
Country/Area
No result found
الاصطدام الغامض بين الجسيمات والجسيمات المضادة: لماذا تختفي وتخلق أخرى جديدة؟
في فيزياء الجسيمات، تكشف عمليات الاختفاء والخلق عن الخصائص الغريبة للكون. تحدث هذه الظاهرة، المعروفة باسم "الفناء"، عندما يصطدم زوج من الجسيمات دون الذرية بالجسيمات المضادة المقابلة لها، مما يؤدي إلى إنشاء جسيمات أخرى. على سبيل المثال، عندما يصطدم إلكترون بالبوزيترون، يمكن توليد فوتونين. في هذه العملية، يتم الاحتفاظ بالطاقة الكلية وزخم زوج الجسيمات الأولي وتوزيعها بين الجسيمات في الحالة النهائية. إن فناء الجسيمات والجسيمات المضادة ليس مجرد مبدأ أساسي في الفيزياء، ولكنه أيضًا مفتاح مهم لفهم البنية الأساسية للكون.
في عملية الإبادة منخفضة الطاقة، يكون توليد الفوتونات هو الحدث الأكثر احتمالا.
تتبع عملية إبادة الجسيمات والجسيمات المضادة العديد من قوانين الحفظ الأساسية في الفيزياء، بما في ذلك الحفاظ على الطاقة، والحفاظ على الزخم، والحفاظ على الدوران. وهذا يعني أنه حتى في الأحداث التي تتفاعل فيها الجزيئات الصغيرة، يجب أن يكون المبلغ الإجمالي ثابتًا. وفي الوقت نفسه، فإن وجود الجسيمات المضادة يسمح لنا بملاحظة العديد من الظواهر، وأكثرها إثارة للاهتمام هي أحداث الإبادة التي تسببها في مصادمات الجسيمات عالية الطاقة، والتي تنتج مجموعة متنوعة من الجسيمات الثقيلة.
العلاقة بين الفناء والتوليد
يستخدم الأكاديميون غالبًا مصطلح "الفناء" بشكل غير رسمي لوصف التفاعل بين جسيمين غير متماثلين مع بعضهما البعض. في هذه الحالة، حتى لو لم يكن مجموع بعض الأرقام الكمومية يساوي الصفر في الحالة الأولية، فإن المجموع في الحالة النهائية سيظل ثابتًا. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي "فناء" النيوترينوات المضادة للإلكترونات عالية الطاقة والإلكترونات إلى توليد فرميونات W، مما يوضح تنوع وتعقيد عملية الإبادة.
في البيئات عالية الطاقة، يمكن لعملية الإبادة أن تنتج جسيمات أثقل، مما يجعل مصادمات الجسيمات عالية الطاقة أيضًا أداة بحثية مهمة.
عندما تكون الجسيمات الأولية جسيمات أولية، فيمكن دمجها لإنتاج بوزون أولي واحد، مثل الفوتون، أو الجلون، أو بوزون هيجز. خلال هذه العملية، إذا كانت الطاقة الإجمالية في إطار الزخم المركزي مساوية للكتلة الساكنة للبوزون الحقيقي، فإن الجسيم سيبقى موجودًا حتى يضمحل وفقًا لعمره. وبخلاف ذلك، يمكن اعتبار هذه العملية بمثابة توليد بوزونات افتراضية، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى أزواج من الجسيمات الحقيقية والجسيمات المضادة. وهذا ما يسمى بعملية قناة s. على سبيل المثال، يؤدي إبادة الإلكترون والبوزيترون إلى إنتاج فوتون افتراضي، والذي يتحول بعد ذلك إلى تابع وأنتيترينو.
أمثلة عملية على الإبادة
إبادة الإلكترون والبوزيترون
في البيئات منخفضة الطاقة، غالبًا ما يؤدي الفناء بين الإلكترونات والبوزيترونات إلى توليد فوتونين. وبالنظر إلى أن الإلكترونات والبوزيترونات لديها طاقة سكون تبلغ حوالي 0.511 مليون إلكترون فولت (MeV)، فإن هذه الطاقة تتحول إلى طاقة الفوتونات أثناء الفناء. في هذه الحالة، يوجد بالأسفل الحفاظ على الزخم والطاقة، مما يؤدي إلى إنشاء حركة عكسية مقابلة.
إذا كان أي من الجسيمات المشحونة يحمل طاقة حركية كبيرة فقد يتم إنتاج جسيمات أخرى مما يدل على مرونة عملية الفناء.
إبادة البروتون-البروتون المضاد
إن تفاعل البروتون وجسيمه المضاد عند الاتصال ليس بسيطًا مثل إبادة الإلكترون والبوزيترون. البروتون عبارة عن جسيم مركب يتكون من ثلاثة "كواركات التكافؤ" والعديد من "الكواركات البحرية". خلال هذه العملية، قد يفنى كوارك من البروتون بكوارك مضاد لينتج غلوون. بعد ذلك، سيخضع هذا الغلوون والكواركات والكواركات المضادة المتبقية لعملية إعادة تركيب معقدة لإنتاج سلسلة من الميزونات (معظمها بيونات وكاون). هذه الميزونات المولدة حديثًا، على الرغم من أنها غير مستقرة، إلا أنها ذات أهمية عامة في أعمال فيزياء الجسيمات.
توليد بوزون هيغز
في البيئات عالية الطاقة، مثل الاصطدامات بين نوويتين، تهيمن كواركات البحر والغلوونات على معدل التفاعل، مما يسمح بفناء زوج من الكواركات أو "اندماج" اثنين من الجلونات حتى في حالة عدم وجود جسيمات مضادة. ساعدت هذه العمليات في توليد بوزون هيغز الذي طال انتظاره. في عام 2012، أعلن مختبر CERN في جنيف بسويسرا عن اكتشاف بوزون هيغز، مما يمثل طفرة كبيرة في فيزياء الجسيمات.
لا تلعب عملية الإبادة دورًا رئيسيًا في البحث العلمي الأساسي فحسب، بل تساعد العلماء أيضًا على فهم أصل الكون وتطوره. وحتى هذا يثير أيضًا أسئلة لا تعد ولا تحصى: ما هو حجم الجزيئات الغامضة والمراوغة في عالمنا؟ والتفاعلات موجودة؟
