ماهيت كامل نوترون ها از ديدگاه فيزيك هسته اي-كوانتمي-نسبيتي-ذرات بنيادي

در پايين ببينيد!

1

معرفي و تاريخچه ي كشف

نوترون براي اولين بار توسط جميز چاويك در سال 1932،يعني 20 سال پس از تئوري اتمي بور،كه يكي از شاگردان ارنست رادرفورد بود كشف شد.سرآغاز كشف نوترون و به طور كلي فيزيك هسته اي از آزمايش پراكندگي پرتوي آلفا شروع شد.رادرفورد مشاهده كرد كه به هنگام عبور ذرات آلفا از هسته ي اتم كه ميدان الكتريكي چگالي است،ذرات آلفا كه بار مثبت دارند در فواصل كمتر از (http://www.codecogs.com/eq.latex?%7B10%7D%5E%7B-14%7Dm)بجاي دفع شديد توسط هسته و جاذبه ي كلني،با نيرو كششي بسيار قوي رو به رو هستند كه باعث كم شتاب شدن ذرات آلف مي شوند.او اين نيرو را نيروي هسته اي ناميد.

سپس باز هم آزمايش هاي خلاقانه ي ارنست رادرفرد نيوزيلندي،باعث شد كه در هنگام اندازه گيري جرم خطايي رخ دهد.او اين خطا را ناشي از خطاي اندازه گيري نمي دانست بلكه معتق بود(به نظر من بايد ذره اي غير از پروتون در اتم دوتريم و هليوم و .. وجود داشته باشد كه جرمش تقريبا برابر جرم پروتون و بارش صفر است).اما با توجه به مقتضاي علمي آن زمان حرفش بر زمين ماند تا شاگردش جميز چادويك انگليسي با آزمايشاتي متوجه ذره ي مرموز يا نوترون شود.يكي از آزمايش هايي كه انجام داد به شرح زير است:

او از ساده ترين هسته ي كامل يعني دوترون(هسته ي اتم دوتريوم)شروع كرد سپس با بمباران كردن آن توسط پرتو هاي گاماي متعدد با انرژي هاي متفاوت اغلب بيشتر از (2.21MeV)متوجه شد كه اجرام باقيمانده يكي داراي بار مثبت است و ديگري خنثي است.او آن ذره را نوترون ناميد. برعكس اين كار را هم كرد. دو ذره را در فاصله ي 3 فرمي(به افتخار انريكو فرمي مخترع اولين راكتور هسته اي و يكي از مهندسان پروژه ي بمب هسته اي منهتن اين واحد طول هسته اي را به نام او نهادند كه برابر است با((http://www.codecogs.com/eq.latex?%5C...D%5E%7B-15%7Dm))به هم نزديك كنيم.نيرويي قوي تر از نيرو دافعي كلني،باعث جاذبه و آزاد شدن يك پرتوي تكفام گاما مي شود.



اندازه گيري جرم نوترون
براي اندازه گيري نوترون مي توان به شرح زير عمل كرد:
1-ابتدا اتم هاي آب سنگين را توسط هيدروليز از هم جدا مي كنيم كه حاوي دوتريم(هيدروژن سنگين)و اكسيژن است.
2-به اتم هاي جدا شده ي دوتريم گرما مي دهيم تا الكترون هايش توسط يونش گرما يوني جدا شوند.
3-حال هسته ي اتم را توسط پرتو هاي گاما بمباران مي كنيم به صورت منظم.
4-طول موج آن ها(گاما) را به صورت كنترل شده كم مي كنيم آنقدر كه موجب فرو پاشي هسته شود.بايد مقدار آن طوري باشد كه هسته ها پس از فرو پاشي در فاصله ي بيشتر از 3 فرمي و بدون انرژي جنبشي باشند.
5-آن گاه با جا گذازي طول موج رصد شده در رابطه ي(http://www.codecogs.com/eq.latex?%5C...5Clambda%20%7D)انرژي اش را برحسب الكترون ولت محاسبه مي كنيم.
6- آنگاه داريم:

http://www.codecogs.com/eq.latex?%5C...mma%7D=2.27MeV
به اين انرژي، انرژي بستگي يا قيادت مي گويند.در واقع دانشمندان خصوصاً شيميدانان با واكنش هاي هسته اي مشكل داشتند.چون دو طرفين فرايند (از لحاظ جرم) موازنه نبود.سرانجام پس از درك درست دانشمندان از نسبيت خاص و هم ارزي جرم و انرژي،به اين نتيجه رسيدند كه انرژي بستگي در طرف چپ فرايند(انرژي پرتوي گاما) اگر طبق معادله ي(http://www.codecogs.com/eq.latex?%5C...%7BE%7D%7Bc%7D)جرم از طرف راست كم شود و يا به طرف چپ اضافه شود مشكل حل است.
حال مي توان جرم نوترون را با حل معادله ي زير و با مقادير معلوم بدست آورد:
http://www.codecogs.com/eq.latex?%5C...7Bb%7D=2.21MeV



شاخصه هاي كوانتمي نوترون:اين شاخصه ها خود به دودسته ي زير تقسيم مي شوند:
1-اسپين نوترون:

اسپين يكي از مهم ترين مشخصه ي هر ذره اي است.به پاس تلاش هاي ولفگانگ پاولي و پاول ديراك در امر اسپين جامعه ي علمي اسپين را خاصيتي كوانتمي-نسبيتي دانست.مختصري درباره ي شاخصه ي كوانتمي اسپين و نسبيتي آن بحث مي كنيم:

1-از لحاظ كوانتمي:بر طبق تئوري كوانتمي كه براي اولين بار توسط ماكس پلانك آلماني در تابش جسم سياه مطرح شد حاكي از آن است كه اگر دو سيم را در دستتان بگيريد و هر نوع حركتي درآن ايجاد كنيد،طول سيم از مقداري كه در دست شماست،متجاوز نمي شود و به اصطلاح فيزيكدانان كوانتمي (كوانتيده)است.اين همان منطقي است كه بور از آن براي توضيح طيف نشري خطي هيدروژن كه توسط آنگستروم اندازه گيري شده بود،استفاده كرد.در حقيقت اسپين ذرات(نوترون و پروتون و الكترون) نيز كوانتمي است و از مقادير زير(نصف ثابت هاي نورماليزه شده ي پلانك از منفي تا مثبت) متجاوز نمي شود


http://www.codecogs.com/eq.latex?-%5...D%5Cbar%7Bh%7D



همچنين از روي عدد كوانتمي اسپين (I)مي توان تكانه ي زاويه اي نوترون را هم حساب كرد:

http://www.codecogs.com/eq.latex?L=%...%7B1%7D%7B2%7D


2-اثر نسبيتي:
پاول ديراك معتقد بود كه مي بايست براي تعيين اسپين ذرات از نسبيت خاص كمك گرفت.او را از اين رو بنيان گذار مكانيك كوانتمي نسبيتي مي دانند.او مي دانست كه توجيهات نيوتوني و كلاسيك از موادي كه داراي جرم و سرعت و مكان مغير دارند،بي فايده است.
او با قراردادن انرژي ذرات توسط سرعت و تكانه و به طور عمومي از تبديلات لورنتس استفاده كرد.
توضيح مختصري در باره ي نسبيت مي دهم:
بر طبق نسبيت خاص بايد تمام رفتار ذرات عالم از اصل موضوع اول اينشتين در نسبيت خود يعني تبعيت از تبديلات زماني و مكاني لورنتس،پيروي كنند.يعني بايد در تمام چار چوب هاي لخت صدق كنند.او معتقد بود كه جرم ذرات دارنده ي اسپين در سرعت هاي با لا با استفاده از رابطه ي زير تغيير مي كند:
http://www.codecogs.com/eq.latex?m=%...D%5E%7B2%7D%7D

و انرژي آن به صورت زير محاسبه مي شود:
http://www.codecogs.com/eq.latex?%7B...E%7B2%7D%7D%7D






2-حركت موجي

يكي از بزرگترين تئوري هايي كه تقريباً استارت مكانيك موجي و كوانتمي بود،اصل دوبروي است.كاري كه او كرد اين بود كه انرژي ذرات كوانتمي است(ماكس پلانك) و همچنين نسبيتي است و در جرم مواد تاثير دارد(اينشتين) از تلفيق اين دو نظريه ي بنيادي اصل دو بروي به صورت زير پديد آمد:

http://www.codecogs.com/eq.latex?E=h...%7Bh%7D%7Bp%7D

حال اگر نوترون را كه با جرمي كم و سرعتي بالا در حركت است را در معادله ي بالا جايگزين كنيم،متوجه طول موج آن مي شويم.البته تنها تابش هايي از نوترون با سرعت بالا طول موج ملموسي دارند كه با استفاده از قانون زير مي توان عدم قطعيت در مكان و اندازه ي حركتش را بدست آورد كه ورنر هايزنبرگ با آزمايش ساده آن را نتيجه گرفت كه من در تالار فيريك علوم پايه به تفضيل از آن صحبت كرده و معرفي و اثبات كردم.

http://www.codecogs.com/eq.latex?%5C...7B4%5Cpi%20%7D


ساختار دروني نوترون ها:

از لحاظ فيزيك ذرات بنيادي،بايد درون نوترون ها توزيع باري غير يكسان صورت گرفته باشد كه موجب مي شود بار الكتريكي اش 0 باشد.حال به دنيايي عجيب تر از اتم مي رويم كه در آن ذرات رفتار هايي نادر دارند.
حال به روكش پلاستيكي موس خود نگاه كنيد.اگر از فاصله ي دو دست باز آن را نگاه كنيد،چيزي جز يك موش الكترونيكي نور دار كه مي چرخد،نمي بينيد!!حال از آن نيز بسيار نزديك تر تا فاصله ي 1 آنگستروم(1در10 ميلياردم متر)برويد و نگاه كنيد مي بينيد كه اتم هاي شبه كروي در كنار هم قرار دارند اگر باز هم اخل رويد به مكاني مي رسيد كه موجودي كروي و سرگردان در عين حال كه همه جا هست،هيچ جا نيست(توصيف استيون هاوكينگ از حركت موجي الكترون)مي بينيد.آن به دور يك جسم بسيار بسيار بسيار فشرده و چگال مي چرخد و به آن مقيد است.حال اگر بسيار داخل تر رويم ذراتي مي بينيم كه به هم چسبيده اند و اگر باز هم به داخل اين ذرات(پروتون و نوترون)رويم ذراتي مي بينيم كه بايك جسم سيم مانند به نام گلوئون به هم چسبيده اند.به آن ها كوارك ها مي گويند.كوارك ها انواع مختلفي دارند كه به صورت زير اند:
1-كوارك بالا(u)
2-كوارك پايين(d)
3-كوارك ته(b)
4-كوارك سر(t)
5-كوارك افسون(s)
6-كوارك شگفت(w)
هر نوترون از اتصال دو كوارك پايين و 1 كوارك بالا تشكيل مي شوند؛برخلاف پروتون كه از دو كوارك بالا و 1 كوارك پايين تشكيل مي شوند.(اصطلاحاً به بالا و پايين و سر وته و ...،مزه ي كوارك هم مي گويند.


توضيح خواص نوترون ها با استفاده از تئوري ريسمان

تئوري ريسمان تجلي بخش تئوري هايي بر پذيرش نسبيت عام نه به عنوان نظريه بلكه به صورت اصل است.درتئوري ريسماني كه درون مايه و اضافه بر نسبيت عام است،تاكيد بر وجود ماهيت انرژي-رشته مانندي است كه با ارتعاشات در فضا هاي ده بعدي و انتقال اتفاقات از طريق بعد يازدهم(زمان)به مكان چهار بعدي جهان ما،خواص و كليه فعل و انفعالات فيزيكي را به آن نسبت مي دهند.در حقيقت تصور درست آن نت هاي ويولن است كه مي توان با آن نواخت هاي متفاوت در گام هاي متفاوت ايجاد كردوهنگامي كه چوبه ي كمانچه را بر زه آن مي كشيم بر اثر ارتعاشات مولكول هاي هوا صدا توليد مي- شود و اگر كمانچه را رشته و زه را رفتار ذره و اتاق خود را مكان 10 بعدي و گوش شنوده را زمان و مغز را جهان چهار بعدي خودمان تصور كنيم تاحدي ساختار رشته اي جهان را درك كرده ايم.گويياين رفتار رشته هاست كه باعث اعجاب از رفتار هاي نوترون مي شود.



ميدان مغنطيس بسيار بسيار عجيب نوترون!!!!

گويي تا حال با شنيدن اين بحث شوكه شديد كه نوترون ميداني مغناطيسي قوي تر از پروتون و الكترون روي هم دارد.!! كيهان شناسان و اخترشناسان در آسمان شب ستاره هايي بسيار بسيار عجيب را كشف كردند كه ستاره هاي نوتروني نام دارند.طرز تشكيل آن ها به اين صورت است كه وقتي كه ستاره آن قدر چگال مي شود كه در خود به رمبد(فرو بريزد)مشكلي كه وجود دارد بي خاصيتي و كمبود جرم براي تشكيل سياه چاله توسط ستاره است.با اين حال ستاره آن قدر فشرده ي فشرده ي فشرده ي فشرده ي فشرده ي فشرده مي شوند تا آن كه الكترون و پروتون تماماً به هم بچسبند و به نوترون تبديل شوند!!!!!!!!!حال اين ستاره ي نوتروني ميداني مغناطيسي بسيار گسترده تر و ميليون ها بار بزرگ تر خود خورشيد ما دارد!!چطور ممكن است؟چنانكه خورشيد به علت گردش مواد پلاسمايي درون خود همراه با مالش و القا توسط هسته ي هيدروژن-سديم-كلسيم غليظ ميدان الكتريكي دارد اما نوترون ها ديگر چطور!يعني قانون فاراده هيچ!!

[golrooz]

- - - به روز رسانی شده - - -

[golrooz]

ممنون [tashvigh]

[golrooz]

در مورد ساختار نوترون چی میدونین معادلات مربوط به شعاع بار بررسی اثرات emcت

در مورد ساختار نوترون چی میدونین معادلات مربوط به شعاع بار بررسی اثرات emc اگر مقاله ای که به طور کامل موضوع شعاع بار نوترون ، فرم ماکتور و. رو توضیح داده باشد معرفی کنید ممنون میشم