اعلن معنا

 


العودة   منتدى العقلانيين العرب > القاعة العامة > القاعة العلمية

القاعة العلمية بحث المسائل العلمية

 
 
أدوات الموضوع إبحث في الموضوع طرق مشاهدة الموضوع
Prev المشاركة السابقة   المشاركة التالية Next
قديم 19-11-2018, 09:58 PM   #1
طارق زينة
عضو أساسي
 
الصورة الرمزية طارق زينة
 
تاريخ التسجيل: May 2013
المشاركات: 1,985
افتراضي جسيم هيغز، أو جسيم الرب

نعلم أن المادة تتكون من (ذرات) و مفردها كلمة (ذرة)، لقد بدت الذرة نفسها في بدايات القرن الماضي عالماً صغيراً له أجزاؤه, وبهذا ولدت البدايات الحقيقية للفيزياء الذرية المعاصرة, التي توجت بنموذج (روزرفورد) و (بوهر) الشهير للذرة, هذا النموذج الذي يرى في الذرة ما يشبه المجموعة الشمسية, ولكن بشكل فائق التصغير, فهي تتألف من النواة (التي تقابل الشمس) في المركز, حولها تدور الالكترونات (التي تقابل الكواكب السيارة), أما النواة نفسها فتتكون وفقاً لهذا النموذج من جسيمات أدق, منها ما هو موجب الشحنة الكهربائية, ونسميها البروتونات, ومنها ما هو معتدل الشحنة الكهربائية, ونسميها النيوترونات. الواقع أن الذرة هي أصغر جزء يحتفظ بالخصائص الكيميائية و الفيزيائية لكل عنصر كيميائي؛ فذرة الحديد تختلف عن ذرة النحاس التي تختلف عن ذرة الذهب. إن عدد البروتونات الموجبة في النواة، يساوي عدد الالكترونات السالبة التي تدور حولها بحيث يتعادل مجموع الشحنات السالبة مع مجموع الشحنات الموجبة و تصبح الذرة معتدلة كهربائياً. أيضاً فإن كتلة البروتون تساوي تماماً كتلة النيوترون، وهي أكبر بكثير من كتلة الإلكترون. أما مكونات الذرة الدقيقة فلا تختلف من عنصر إلى آخر: مثلاً، لا فرق بين بروتون في ذرة حديد وبروتون آخر في ذرة يورانيوم، أو ذرة أي عنصر آخر. الذرة، بما تحمله من خصائص: عدد بروتوناتها، كتلتها، طريقة توزع الكتروناتها حول النواة ... تصنع الفروق بين العناصر المختلفة، و تعطي كل عنصر صفاته الكيميائية و الفيزيائية المميزة.
أدت الدراسات و الأبحاث التي قامت على هذا النموذج الذري المتحرك، إلى نشوء علم جديد هو علم الميكانيك الجسيمي أو الكمومي (QUANTUM MECHANICS) و هو العلم الذي يبحث في طبيعة الجسيمات الذرية. لقد أدت الأبحاث في مجال الميكانيك الجسيمي إلى إمكانية (تجزئة) الجسيمات الذرية التي كانت توصف ب (الأولية) كالبروتون و النيوترون إلى جسيمات أدق ... فباستعمال قدرات خارقة، يمكن الإمعان في تجزئة هذه الجسيمات، لتبرز لنا جسيمات أخرى جديدة. تتطلب مثل هذه الدراسات تقنيات ووسائل خاصة ومعقدة، و الطريقة الرئيسية المستعملة في استكشاف عالم الذرة العجيب، تقوم على إرسال بعض الدقائق السريعة والنشطة، في اتجاه دقائق أخرى وتركها لتتصادم، ثم ملاحظة ما ينبثق عن ذلك التصادم، وتحليله بشكل مفصل.
للحصول على دقائق ذات سرعة كبيرة، يلزمنا مسرعات للجسيمات الدقيقة، ولكي نشاهد ما ينتج عن الاصطدام يلزمنا كواشف. تعتمد فكرة الكاشف على أن الدقائق المشحونة، تترك عند اجتيازها لبعض الأوساط أثراً يمكن قياسه، وحالما يتم فحص هذا الأثر وتحليله يصبح بمقدورنا معرفة سرعة الدقيقة وكتلتها، وبالتالي تمييزها. من أجل تجربة واحدة، يقوم العلماء بفحص مليون صورة تقريباً، وهكذا يحصلون على عدد كبير جداً من المعطيات التي يتطلب فرزها وتحليلها عملاً لا يستهان به.
يحاول العلماء من خلال هذه التجارب التعرف على نوع الدقائق التي تنطلق من أدق مكونات الذرة، وذلك من خلال معرفة كتلة هذه الدقائق و شحنتها الكهربائية، ثم من عدد الدقائق المنطلقة في اتجاه معين، بعبارة أخرى فإن هذه الآثار حين تحلل، تتيح للفيزيائيين أن يصفوا سلوك المادة أو ربما أيضاً أن يكشفوا عن دقائق جديدة، أو سلوك جديد للدقائق، وهكذا أمكن لهم أن يصفوا عدداً من مكونات المادة، والتأثيرات المتبادلة بينها.
لتحقيق أفضل النتائج في دراسة الدقائق الذرية قامت المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ببناء أعظم مسرّع للجسيمات الدقيقة عرفه التاريخ يسمى بـــ "صادم الهادرون الكبير- CERN's Large Hadron Collider" حيث أمكن للمرة الأولى إنتاج الكثير من الدقائق الذرية التي لم تكن معروفة من قبل بطريقة صنعيه. يبلغ طول المفاعل 27 كيلو مترا و يقع على الحدود بين سويسرا و فرنسا على عمق 175 مترا تحت سطح الأرض. لقد شارك في بناء هذا المفاعل حوالي عشرة آلاف عالم و مهندس من أكثر من مئة دولة في العالم، و استغرق بناؤه عشر سنوات من 1998 إلى 2008 بكلفة تقارب 10 مليار دولار حتى اليوم. تعتمد فكرة المفاعل على تصادم حزمتين من الهيدروجين تسيران بسرعة تقارب سرعة الضوء في درجة حرارة تصل إلى 271 درجة مئوية تحت الصفر في داخله لامتصاص الحرارة الهائلة التي تنجم عن هذا التصادم.
يمكن تلخيص ما تسعى إليه مثل هذه التجارب في مهمتين:
أولاهما: إيجاد مكونات الدقائق الذرية (أي: المكونات الأدق للبروتونات والنيوترونات و الإلكترونات).
وثانيهما: معرفة طبيعة القوى العاملة بين هذه الدقائق و التي تؤدي إلى ارتباطها ببعضها.
بما يخص المهمة الثانية، يمكننا القول بأننا نعرف اليوم أربعة نماذج من القوى العاملة في الكون، و هي:
1. قوى الجاذبية التي تعمل في العالم الكبير حولنا، وهي ترتبط بكمية المادة المختزنة في الكتل المادية كالصخور و الجبال و الكواكب و النجوم، و تزيد بزيادتها. قوة الجاذبية هي أضعف القوى الأربعة المعروفة، لكن أثرها يمتد بعيدا في الفضاء.
2. القوى الكهرومغناطيسية التي ترتبط بظاهرة الضوء وأشعة الراديو، و يمتد أثرها بعيدا أيضا في الفضاء وهي أشد قوة من الجاذبية بأضعاف مضاعفة.
3. القوى الشديدة المسؤولة عن التحام البروتونات و النيوترونات داخل الذرة، هذه القوة الذرية أشد من الثلاثة المتبقية كل على حده، لكنها لا تعمل إلا في مسافات تقع داخل الذرة.
4. و القوى الضعيفة المسؤولة عن ظواهر معينة في النشاط الإشعاعي. أيضا فإن هذه القوى لا تعمل إلا ضمن الذرة، مع ذلك فهي أشد من قوة الجاذبية و اضعف من القوتين المتبقيتين.
في أواخر القرن الماضي اكتُشِف أن لهذه القوى (ماعدا الجاذبية) طبيعة جسيميه مثلها مثل الجسيمات الذرية، فالقوة التي تنشأ بين جسمين هي عبارة عن تبادل لجسيم وسيط (رسول) بينهما، وكلما ازدادت كمية الوسيط كلما ازدادت القوة بين الجسمين، أي أن تبادل الجسيمات هو الذي يخلق ما نشعر أنه قوة، و تم فعلاً تأكيد تلك النظريات باكتشاف الجسيمات المسؤولة عن القوة الكهرومغناطيسية والقوى النووية الشديدة (المسؤولة عن تماسك النواة في الذرة) والضعيفة (المسؤولة عن النشاط الإشعاعي الذري)، وشعر العلماء أنهم اقتربوا من تحقيق حلم توحيد القوى الذي بدأه اينشتاين، لأن تلك الجسيمات المسؤولة عن القوى الثلاث المذكورة تبدأ بالتشابه في الخصائص في حال تطبيق حالة قريبة في الشدة من حالة الانفجار الأعظم الذي بدأ به خلق الكون، أي أنها تندمج في ظروف درجة الحرارة فائقة الشدة في المختبر لتصبح نوعاً واحداً من القوى، وبالتالي أصبح هناك نموذج رياضي للجسيمات والقوى أطلق عليه العالم (ستيفن وينبيرج) اسم النموذج القياسي (The Standard Model) . يتضمن النموذج القياسي للعالَم الذري الجسيمات الأساسية (Fundamental Particles) التي يتكون منها العالم كله و القوى الثلاثة المذكورة آنفا (باستثناء قوة الجاذبية لأنها لا تنتمي إلى العالم الذري بل إلى الكون الكبير). لقد استطاع هذا النموذج تفسير الكثير من الظواهر التجريبية و التنبؤ بالكثير غير ذلك، فاتخذ له مكانة موثوقة في عالم فيزياء الدقائق.



النموذج الذري القياسي و فيه الدقائق الذرية الأساسية التي صُنع منها العالم و القوى الذرية التي تربط هذه الدقائق ببعضها

يبين النموذج القياسي في الشكل أعلاه أن العالم المادي حولنا بجميع مظاهره و أشكاله يتكون أساسا من جسيمات مادية أساسية تم تصنيفها في مجموعتين: الكواركات Quarks)) و الليبتونات ((Leptons كل مجموعة من هاتين تتألف من ثلاثة أزواج أو مراتب من الجسيمات مرتبة من الأخف إلى الأثقل. إن أكثر المواد استقرارا (أي ثباتا أمام التفكك الإشعاعي) تنتمي إلى المرتبة الأولى ((u,d ثم يزداد الميل إلى التفكك كلما تحركنا في اتجاه المرتبتين الثانية فالثالثة.
تنتقل القوى بين الأجسام عن طريق رُسُل مادية تسمى البوزونات (Bosons) تتبادلها الجسيمات في ما بينها، فرسول القوة الشديدة بين الدقائق الذرية يسمى ب (الغلي يون-(gluon و رسول القوى الكهرو مغناطيسية يسمى ب (الفوتون- photon) أما رُسُل القوة الضعيفة فهي (بوزونات W و Z - The W and Z bosons) ، و يتوقع أن يكون الجسيم الناقل للجاذبية هو الغرافيتون "graviton" لكنه لم يكتشف بعد!
لا يتضمن النموذج القياسي المذكور لعالم الذرة معطيات تتعلق بالجاذبية العالمية أي معلومات تتعلق بالقوى العاملة بين الأجسام الكبيرة كالنجوم و الكواكب، فهذه من اختصاص النظريتين النسبيتين العامة و الخاصة.
بالرغم من تفسير النموذج القياسي لكثير من الحوادث ضمن الذرة، فإنه لا يجيب على كثير من الأسئلة الهامة، مثلا ما هي المادة المظلمة و ما هي مكوناتها الأولى، علما بأنها تشغل حوالي 23% من الكون، في حين أن ما نراه من الكون من خلال أكثر المراصد تطورا لا يتعدى 4% ، منها 4. % مادة نجومية و 3.6% غبار كوني يتوزع في السماء بين النجوم و المجرات، مجموع النسبتين الأخيرتين يسمى "المادة المرئية"، و ما تبقى من كوننا المعروف يسمى بالطاقة المظلمة، و يعتقد أنها تشكل حوالي 73% من الكون، كذلك لا يبين النموذج القياسي ما حصل لضد المادة بعد الانفجار العظيم الذي أدى إلى نشأة الكون؟ أو لماذا تختلف الكواركات و الليبتونات في ما بينها بالكتلة؟ ... أخيرا و ليس آخرا فإن جسيم هيغز ( أو جسيم الرب) يتخذ لنفسه موقعا هاما في النموذج الذري القياسي، فما هو هذا الجسيم و ما دوره في عملية إظهار المادة إلى الوجود؟
يُفسر لنا النموذج القياسي كيفية عمل القوى الثلاثة: الكهرومغناطيسية و النووية الشديدة و النووية الضعيفة، و يستثني قوة الجاذبية كما رأينا، هذه القوى الثلاث تنتج عن طريق تبادل الجسيمات الحاملة للقوى و التي أسميناها بـ: البوزونات، و التي يفترض أنها عديمة الكتلة، فالقوة الكهرومغناطيسية تُحمل بواسطة الفوتون، الذي ليست له كتلة، والقوة النووية الشديدة التي تربط البروتونات في نواة الذرة تُحمل بواسطة الغلي يون – Gluon – والذي يُمكننا إهمال كتلته، أما القوة النووية الضعيفة فإنها تحمل عن طريق بوزونات W و Z، والتي لها كتلة لا يُمكن إهمالها، فهنا إشكال كبير بالنسبة للنموذج القياسي! لذلك اقترحت مجموعة من الفيزيائيين آلية أسموها بآلية هيغز و هي اسم أحدهم، هؤلاء العلماء هم :
روبرت براوت وفرنسوا انغلرت و بيتر هيغز ( Robert Brout, François Englert and Peter Higgs)، إضافة إلى علماء و فرقاء آخرين شاركوا في هذه التجارب، وبشكل من الأشكال – كما سنُوضح ذلك لاحقا-، سيكون جُسيم هيغز– عبارة عن بوزون شاهد على كيفية اكتساب بوزونات W و Z كتلتهما.
افتُرِض في النموذج القياسي، وجود مجال من الطاقة يُسمى: مجال هيغز (Higgs Field) ينتشر في كل مكان في الكون، و هو في حالة مستقرة، لكن عندما تتفاعل الجسيمات الموجودة مسبقا و التي نُسميها بالفيرميونات مع جسيم هيغز في هذا المجال، فإنها تكسب كتلتها، و تتحول إلى الكواركات و الليبتونات ... أو لا تتفاعل ولذلك تكون كتلتها منعدمة مثل الفوتون، أي أن جسيم هيغز هو الذي يعطي الجسيمات الذرية التي تكوِّن العالم صفتها المادية، فتصبح كواركات أو ليبتونات أو فوتونات، و من ثم يظهرها إلى العالم، و هذا أحد الأسباب التي دفعت البعض إلى تسميته ب (جسيم الرب)،
قد يبدو الأمر مُعقداً؟ فدعونا نُوضحه بمثال، دعونا نُشبّه مجال هيغز بالثلج و نفترض أن هناك أربعة كائنات ستعبر منطقة هذا الثلج:
 متزلج بمزلاجين، يمر سريعاً على سطح الثلج – بحيث تكون مقاومة الثلج صغيرة، و لا تعلق به إلا حصة قليلة من الثلج.
 شخص يمر فوق الثلج مُرتدياً حذاء مخصصا للثلج، فإنه سيمر بشكل أبطأ من الشخص الأول، و ستعلق به كمية أكبر.
 شخص آخر يرتدي حذاء عاديا فإنه سيجد صعوبة في عبور الثلج، و عندما يخلص من عبوره، سيجد نفسه و قد علقت به كمية من الثلج أكثر من جميع من سبق.
 طائر يطير فوق الثلج، فسيكون الأسرع طبعاً لأن الثلج لا يبطئ حركته، و لا ينال منه.
بالقياس على هذه الأمثلة الأربعة يُمكن القول أنّ المثال الأول ينطبق على الإلكترون عندما يمر من خلال مجال هيغز، يكون التفاعل بينهما ضعيفا لذلك لا يكتسب إلا كتلة صغيرة من المادة، أما الثاني فينطبق على الكواركات – اللبنات الأساسية للمادة، أما الثالث فينطبق على بوزونات W و Z التي تحدثنا عنها سابقاً، و الرابع ينطبق على الفوتون الذي لا يتفاعل مع مجال هيغز وبذلك لا يكتسب كتلة.
الآن دعونا نُركز قليلاً في آلية هيغز والتي عن طريقها تكتسب هذه الجُسيمات كُتلتها، قُلنا أنّ هذه الجُسيمات موجودة مُسبقاً لكن كتلتها تأتي من خلال تفاعلها مع مجال هيغز، أما الفوتون، فإنه لا يتفاعل مع مجال هيغز لذلك فهو عديم الكتلة، فلولا مجال هيغز إذا لصارت كل الجُسيمات التي نعرفها بدون كتلة، وكنتيجة لذلك لما كان الكون هكذا أصلاً ولما وجدت الحياة كما نعرفها. لابد من التنويه هنا إلى أن مجال هيغز لا يُعطي للدقائق الذرية الكتلة من العدم، فهذا القول يتناقض كُلياً مع قانون انحفاظ المادة، الذي يقول بأن المادة لا تفنى و لا تخلق من عدم. ببساطة، فإن البروتون مثلاً يتكون من ثلاثة كواركات – اللبنات الأساسية للمادة -، لكن كتلته الأساسية لا تأتي من كتلة هذه الكواركات بل كتلتها مجتمعة أصغر بكثير من كتلة البروتون فإنها تمثل فقط 1% من تلك، بل تأتي كتلة البروتون أساساً من طاقة التفاعل بين هذه الكواركات وبين الغلي يون – الجسيم الحامل للقوة الشديدة –، وهو ما تُفسره لنا نظرية (الكروموديناميكا الكمومية – Quantum chromodynamics).
إن التأثير بين بوزون هيغز و الجسيمات المادية تأثير متبادل، فكما تعتمد الجسيمات المادية على بوزون هيغز ليعطيها كتلتها و بالتالي وجودها المادي فإن كتلة بوزون هيغز يجب أن تكون أكبر من 129.4 ± 5.6 جيجا إلكترون فولت ليصبح مؤهلا لذلك، و لو انخفضت كتلته عن هذا الحد لانهار الكون على نفسه و لما وُجدنا أصلا، بمعنى آخر فإن استقرار الكون حرج، و كأن الكون يقف على شفا جرف هار هو كتلة جسيم الرب، أو جسيم هيغز، و لو انخفضت هذه الكتلة قليلا لانهار الكون في طرفة عين، و هذا سبب آخر لتسمية هذا الجسيم بجسيم الرب، مع أن مكتشفه السيد هيغز نفسه لم يستحسن هذه التسمية، و اعتبرها عنوانا تشويقيا لترويج نشرات الأخبار و الصحف، فمن خلق الكون من دقائق الذرة بما فيها جسيم هيغز إلى أكبر مجرة قادر في كل لحظة على أن يفنيه أو يبقيه.
لقد أمكن التأكد من وجود جسيم هيغز بموثوقية تكاد تكون مطلقة من خلال التجارب التي أجريت في مفاعل CERN بتاريخ 4 تموز (جولي)، 2012. و في الثامن من تشرين الأول (أكتوبر) 2013 ، حاز كل من فرنسوا انغلرت و بيتر هيغز (François Englert and Peter Higgs) جائزة نوبل للسلام على هذا الكشف التاريخي.


مراجع:

- CERN Accelerating science, The Higgs boson
- CERN Accelerating science, The Standard Model.
- What Is the Weak Force? By Jim Lucas, Live Science Contributor | Live Science, December 24, 2014 02:12am
- Anil Ananthaswamy, The Higgs boson makes the universe stable – just. Coincidence?New Scientist, 26 October 2016.
__________________
قبل القيام بالثورة، يجب تسليح الرأس لا الأيدي
طارق زينة غير متواجد حالياً   رد مع اقتباس
 


الذين يشاهدون محتوى الموضوع الآن : 1 ( الأعضاء 0 والزوار 1)
 
أدوات الموضوع إبحث في الموضوع
إبحث في الموضوع:

البحث المتقدم
طرق مشاهدة 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


المواضيع المتشابهه
الموضوع كاتب الموضوع المنتدى مشاركات آخر مشاركة
الأمن الإلهى يزيل الخوف رضا البطاوي زاوية رضا البطاوي 0 17-08-2016 05:48 AM
البحث عن أصغر جسيم ذري طارق زينة القاعة العلمية 0 27-10-2014 08:21 PM
جسيم الخـــالق - اكتشـــــاف القرن ! سما القاعة العلمية 1 11-07-2012 02:16 PM
أتيلا الهوني ( لعنة الرب Scourge of God ) الفكر الحر III القاعة التاريخية 0 30-11-2010 09:24 PM
كتب: د.علي فهمي خشيم الطائر الحر المكتبة 2 25-01-2010 03:03 PM


جميع الأوقات بتوقيت GMT +1. الساعة الآن 02:33 AM.

Powered by vBulletin Version 3.8.6
Copyright ©2000 - 2018, Jelsoft Enterprises Ltd.

تعريب » عرب فور هوست للاستضافة والتصميم

كل ما ينشر بالمنتدى لا يعبر عن رأي المنتدى و لكن عن الأعضاء المشتركين فيه كل برأيه.