Language
Country/Area
No result found
الأصل الغامض للبوزيترون: لماذا أحدثت تنبؤات ديراك في عام 1928 ثورة في المجتمع العلمي؟
البوزيترون هو الجسيم المضاد للإلكترون، له نفس الكتلة والدوران ولكن شحنته +1e. عندما يصطدم بالإلكترون، يحدث تفاعل الفناء.
الأسس النظرية
يعتبر ميلاد معادلة ديراك توحيدًا بارزًا لميكانيكا الكم والنسبية الخاصة. عندما توصل ديراك إلى الحل للطاقة السلبية، لم يتوصل إليه على الفور حتى أوضح أهميته في ورقة بحثية لاحقة في عام 1929. افترض أن جميع حالات الطاقة السلبية "ممتلئة"، وهذا يعني أنه من المستحيل على الإلكترونات القفز بين حالات الطاقة الإيجابية والسلبية بإرادتها. وقد طرحت هذه الفرضية أيضًا فكرة أكثر ثورية: الفضاء عبارة عن "محيط" مليء بالإلكترونات ذات الطاقة السلبية.
أثارت هذه الفكرة جدلاً أكاديمياً عارضه علماء من أوبنهايمر إلى ويل، مما وفر رؤى رياضية مهمة في التنبؤات للنظريات المستقبلية. في بحثه الذي نشره عام 1931، تنبأ ديراك بوجود جسيم يسمى "مضاد الإلكترون"، والذي له نفس كتلة الإلكترون ولكن بشحنة معاكسة. وقد أثبتت التجارب اللاحقة مصداقية هذه النظرية وكشفت عن لغز المادة المضادة.زعم ديراك في ورقته: "... إن الإلكترون الذي يحمل طاقة سلبية ويتحرك في مجال كهرومغناطيسي خارجي يبدو تمامًا مثل الإلكترون الذي يحمل شحنة موجبة."
فجر الاكتشاف التجريبي
لم يكن الاكتشاف التجريبي للبوزيترون بسيطا. على الرغم من أن ديمتري سكوبلتسين كان أول من لاحظ الوجود المحتمل للبوزيترون في عام 1923، إلا أنه لم يتمكن من تحديد هويته. في عام 1932، لاحظ كارل ديفيد أندرسون جسيمات مشحونة في غرفة سحابية والتي تم التأكيد في النهاية على أنها بوزيترونات، وهو الاكتشاف الذي فاز بفضله بجائزة نوبل عام 1936. اكتشف الإلكترون المضاد عن طريق وضع مجال مغناطيسي داخل غرفة سحابية لتمييز شحنة الجسيمات. وتعتبر هذه اللحظة علامة فارقة في مجال فيزياء الجسيمات وأبحاث المادة المضادة.كتب أندرسون: "إن اكتشاف الإلكترون المضاد جعلني أدرك أن هذا لم يكن مجرد مفهوم نظري، بل كيان حقيقي موجود في الطبيعة".
البوزيترونات في الحياة
لا توجد البوزيترونات في المختبرات فحسب، بل يمكن العثور عليها في الطبيعة أيضًا. ينتج عن تحلل بيتا لبعض النظائر المشعة (مثل البوتاسيوم-40) بوزيترونات، والتي تولد بشكل طبيعي بعض البوزيترونات في جسم الإنسان. يموت حوالي 4000 بوزيترون في الثانية في جسم الإنسان وينتج إلكترونات عن طريق الفناء. أشعة جاما. ترتبط هذه العملية بالاستخدام الطبي لتقنية التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)، والتي تساعد الأطباء على الحصول على صور ثلاثية الأبعاد للنشاط الأيضي للمريض.وجود البوزيترونات في الكون
بالإضافة إلى إنتاجها على الأرض، تُظهر الأبحاث الفلكية أن البوزيترونات موجودة أيضًا في الكون. وقد رصدت التجارب التي أجريت عبر الأقمار الصناعية وجود بوزيترونات من الأشعة الكونية البدائية، الأمر الذي أثار الكثير من النقاش حول أصل المادة المضادة. اقترح بعض الباحثين أن توليد البوزيترونات قد يكون مرتبطًا بفناء المادة المظلمة، وهو ما قد يعمق فهمنا للكون.
يعتقد العلماء أن مصدر البوزيترونات قد يأتي من التفاعل بين الأشعة الكونية والمادة المظلمة، وليس من مناطق غير مكتشفة من المادة المضادة.
