السيكلوترونات والسنكروترونات إبحار فى أعماق
المادة
كيف
يشرع العلماء فى اختبار صحة النظريات واكتشاف جسيمات دون ذرية جديدة ففى السنوات
الباكرة لفيزياء الجسيمات اعتمد العلماء فى العمليات الطبيعية التى تنشىء الجسيمات
دون الذرية كالنشاط الإشعاعى الذى تنحل فيه النوى ذات التكوينات غير المستقرة من
البروتونات والنيوترونات وتطلق إلكترونات ونوى الهليوم ( جسيمات ألفا ) وأشعة جاما
ووفرت الأشعة الكونية المصدر الأخر للجسيمات السيكلوترونات عن طريق المعجل الدائرى
للجسيمات .
وكان كل
ما أراده العلماء هو آلات يمكنها تحطيم نوى المادة العادية والكشف عما بداخلها لكن
التغلب على القوة النووية القوية يتطلب طاقات عالية والطريقة الواضحة لتحقيق ذلك
هى ضرب النوى المستهدفة بإلكترونات وبروتونات سريعة جدا حتى يمكن طرقها بعنف لتفتح
.
إلا إن
الفيزيائيين توصلوا إلى بعض الاستناجات فائقة الدقة عن طريق اكتشاف الجسيمات عن
طريق الاصطدام وتحديد المسار التى تسلكه .
ويتم
تعجيل الجسيمات المشحونة بإدخالها فى مجال كهربى وفى الثلاثينات من ق ( 20 ) استخدمت
قوة قدرها ( 700000 فولت ) لتعجيل البروتونات وهى ذرات الهيدروجين دون إلكتروناتها
وعند اصطدام البروتونات بأهدافها كانت تحطم بعض نواتها .
ثم حدثت
طفرة مذهلة عندما اخترع أحد العلماء عام ( 1931 ) السيكلوترون ( معجل دائرى
للجسيمات دون الذرية ) وعندما دخلت الجسيمات المشحونة فى الآلة كانت ترسل لتدور
بسرعة حول دائرة بتأثير المجالات المغناطيسية .
وأدى
إطلاق مجال كهربى متردد بين زوج من الأقطاب بشكل حرف ( D ) إلى زيادة سرعة الجسيمات فى كل مرة عبرت فيها الثغرة بين
القطبين .
وقد وصل
أول ( سيكلوترون ) إلى طاقة مذهلة قدرها ( 80000 الكترون فولت ) والإلكترون فولت (
EV ) هو وحدة الطاقة الذرية / النووية وهو
عبارة عن الطاقة التى يكتسبها الإلكترون الواحد عندما تتزايد سرعته خلال تعرضه
لفرق جهد قدره ( 1 فولت ) .
السنكروتونات
والمجالات المغناطيسية ومن أضخم وأقوى المعجلات فى الوقت الحاضر
(
السنكروتونات ) التى تتكون من انبوب دائرى مفرغ من الهواء بالكامل وتعمل
المغناطيسيات الكهربية الموضوعة على طول الحلقة على مسافات منتظمة لحنى مسارات
الجسيمات وهى تمرق داخل الأنبوب وتجعلها تنطلق فى مدار دائرى ثابت وإلى مغناطيسيات
الحنى وهى ثنائية القطب وتوجد مغناطيسيات خاصة رباعية أو سداسية الأقطاب .
والأقطاب
تركز الجسيمات فى شعاع يشبه القلم الرصاص ويوجد على طول الحلقة أجهزة تولد مجالا
ذا تردد راديوى يعجل الجسيمات حتى تقترب سرعتها من سرعة الضوء ولكن لا تصل إليها
حسب
نظرية النسبية العامة لآينشتاين والسبب فى استخدام ( السنكروتونات ) هو أنها تحافظ
على دوران الجسيمات وتزيد سرعاتها ولكن يعيبها شىء واحد وهو أن الجسيمات المتحركة
بسرعات تقترب من سرعة الضوء فى مجال مغناطيسى تفقد طاقاتها بإطلاقها على شكل اشعاع
وكلما زادت زاوية انعطافها زادت سرعاتها وزاد مقدار الطاقة التى تفقدها فكلما
أرادت تحقيق طاقة أكبر يجب أن تستخدم حلقة تعجيل أكبر .
رؤية
الجسيمات الخفية :
ما
كيفية رؤية شىء متناهى الصغر كجسيم دون ذرى ؟
فإن كل
الجسيمات تتفاعل مع شىء ما وتعطى إشارة ضئيلة يمكن تكبيرها ورؤيتها فالجسيم
المشحون يعطى ومضة ضوئية خافتة فى بعض البلورات ويمكن لجهاز ( المضاعف الضوئى ) أن
يحول الومضة إلى إشارة كهربية يمكن رؤيتها إلكترونيا .
وكانت
غرف السحابية هى الكاشفات الأولى وكانت تعمل بإنتاج أثر ضئيل من البخار يشبه الأثر
الناتج عندما يتكثف بخار الماء على عادم الطائرة .
ثم
استخدمت ( مستحلبات تصويرية حساسة للضوء ) لأخذ لقطات خاطفة للجسيمات المشحونة
التى تترك مسارات معتمة على اللوح وثبت أن ( المستحلبات التصويرية ) مفيدة فى
الكشف عن
(
الأشعة الكونية ) كما أنها ما زالت تستخدم فى بعض التجارب الصغيرة .
وأن
هناك كاشفات جديدة فى المعجلات الضخمة ( LEP
) ( المصادم الضخم للإلكترونات والبوزيترونات ( البكترونات المضادة ) فى ( CEIRN ) بجنيف / سويسرا .
ومن
الكاشفات ( غرفة التناسب متعددة الأسلاك ) التى تتركب من صندوق ممتلىء بالغاز به
مستوى من أسلاك الاحساس الممتدة داخله وعندما يمر جسيم ذرى خلال الغاز فإنه ينتزع
الإلكترونات من جزيئات الغاز التى تنساق تجاه الأسلاك موجبة الشحنة كل إلكترون
يقتلع بدوره مزيدا من الإلكترونات مما يحدث أنهارا من الإلكترونات حول الأسلاك
ويضاعف الإشارة الكهربية نحو ( 100000 مرة ) .
وتعد
غرف الفقاعية هى أشهر أنواع كاشفات الجسيمات القديمة وداخل غرف الفقاعية تحدث
الجسيمات أشكالا دوامية جميلة ويسمح للهيدروجين السائل فى الغرفة الفقاعية بالتمدد
فجأة عندما يمر أحد الجسيمات خلاله ويترك أثرا ضئيلا من الفقاعات فى الدوامة التى
أحدثها الجسيم .
وكانت
غرفة الفقاعية هى عماد تجارب ( فيزياء الجسيمات عالية الطاقة ) ولكنها لا تناسب
المعجلات التى تستخدم ( الحزم التصادمية ) إذ أن الاصطدامات تحدث فى المعجل نفسه
وليس فى الغرفة الخارجية وقد استخدمت غرف الفقاعية فى ( CERN ) فى السبعينات والثمانينات من
ق ( 20
) .
ووجدت الكاشفات
الصلبة طريقها إلى كاشفات الجسيمات وأحد الأجهزة المهمة هو ( CCD )
( جهاز
ازدواج الشحنة ) وهذا الجهاز عبارة عن رقاقة مغطاة ببكسيلات دقيقة عبارة عن مربعات
يمكنها تخزين الشحنة الناتجة عن اصطدام الجسيمات المشحونة بها ويتم تحويل الصورة
الإلكترونية ثنائية الأبعاد إلى سلسلة من النبضات الفولتيه المتفاوتة لتصبح بدورها
صورة بالكمبيوتر .
أ . د / رءوف وصفى
المصدر : مجلة العلم المصرية
العدد / ( 428
) يونية 2012 التاريخ : 24 / 10 / 2012
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق