شتاب ‌دهنده‌ ذرات بنیادی


دید کلی

در انرژیهای به اندازه کافی بالا غالبا می‌توان ‏برهمکنشهای الکترومغناطیسی که انرژی آن خیلی کمتر ‏از انرژی جنبشی ذره فرودی ‏است صرفنظر کرد. برای مثال پروتونهای در حدود ‏MeV‏200 می‌توانند ‏‏واکنشهای موسوم به خرد شدگی را در هدف ایجاد کنند. بدین ترتیب که ‏در اثر برخورد ذره فرودی با تک تک ‏هستکها در درون هسته آنرا به ‏پاره‌های متعددی منفجر نماید.



img/daneshnameh_up/d/d7/accelerator.JPG

پدیده‌های مورد بررسی

  • در انرژیهای بالای ‏MeV‏300 که بوسیله سنکروسیکلوترونها ایجاد ‏می‌شود، ‏ذره جدیدی به ‌نام مزون آشکار می‌شود، که وجود آن به صورت ‏نظری توسط یوکاوا ، کسی که برای اولین بار ‏فرض کرد نیروهای ‏هسته‌ای ناشی از تبادل پیوسته مزونها بین هستکهاست، پیش‌بینی ‏شده ‌بود.

  • مطالعات پرتوهای کیهانی و آزمایشات به عمل آمده توسط ‏شتاب‌ دهنده‌ها به صورت روش نظریه اخیر را ‏ثابت کرده است. تولید ‏مزونها را می‌توان در چارچوب نظریه نسبیت که بر اساس آن جرم و ‏انرژی ‏ویژگی‌های نزدیک به‌هم مربوط مانده‌اند، فهمید. طوری که هنگام ‏برخورد دو پروتون قسمتی از انرژی ‏جنبشی آنها می‌تواند به شکل جرم ‏ذره سومی به نام مزون دوباره در طبیعت ظاهر شود.

بررسی ماهیت مزون با دستگاه شتاب ‌دهنده

  • مزون یکی از چند ذره بنیادی پروتون ، نوترون و الکترون به علاوه وجود ‏پوزیترون و ‏‏فوتون (ذره با جرم صفر که برای طبیعت نور بکار می‌رود) ‏مستحکم شده ‌بود. علاوه بر فرضیه ذره‌ای ‏به جرم صفر "نوترینو" تنها راه ‏محاسبه پایستگی انرژی در جریان کسیل الکترون (با هردو علامت ‏B- ‏و ‎‎‎+‎B‎ ‎‏) از هسته‌های رادیواکتیو توسعه داده شده‌بود.

  • مزونهای یافته ‌شده در تابشهای کیهانی ناپایدارند و در زمان میانگین ‏‎به الکترونهای +‏e‏ و‏‎ ‎، e- ‎‏ ( زیرا ‏مزونها دارای هر دو علامت‌ هستند) و دو ‏نوتیرینو وا می‌پاشند. بلا فاصله نشان داده شد که این ذرات پیش‌بینی ‏‏شده توسط یوکاوا نبوده‌اند بلکه آنها محصولات دختر مزونهای یوکاوا ‏می‌باشند. در واقع مزونهای یوکاوا یا ‏Π‏ ‏مزونها با بار مثبت و منفی خنثی با ‏عمر کوتاهتر 28-10 می‌باشند، بطوری که در ‏واپاشی ‏آنها ‏μ‏ مزونها تولید می‌شوند که در تابشهای کیهانی ما آنها را می‌بینیم.‏

  • علاوه بر ‏Π‏ مزونها با بار مثبت و منفی خنثی با عمر ‏‎10-‎‎15 s‏ نیز وجود دارد. طبیعتا ‏شتاب ‌دهنده‌ها ابزارهای مهمی ‏هستند در هدایت پژوهش مربوطه این ذرات. هر چند که پرتوهای کیهانی ‏‏دست کم تا این لحظه دارای مزیت انرژیهای بالاتر نسبت به پرتوهای ‏حاصل از شتاب‌ دهنده‌ها هستند این ‏اشکال را دارند که دانشمندان ‏نمی‌توانند آنها را بر حسب دلخواه مهار کنند و فقط آثار آنها را پس از گذر ‏از جو کره زمین می‌توانند مشاهده کنند.

کاربرد سنکروسیکلوترون

سنکروسیکلوترون یا پروتون سنکروترون نه تنها قادر است بهره پروتونی پر ‏انرژی بیشتری داشته باشند، ‏بلکه قادر است باریکه فشرده‌ای از ‏Π‎ مزونها ‏را بخاطر عمر کوتاهشان پس از چند متر دور شدن از هدف ‏تولید شده ‏تبدیل به ‏μ‏ و نوترینو کنند. ‏این باریکه‌ها وسیله مطالعه زمینه تازه و جالبی در فیزیک ‌هستند که کاوش در ‏ساختمان داخلی ذرات بنیادی را ‏فراهم می‌کند. در واقع تکثیر سریع آنها ‏به این نتیجه منجر شد که آنطور که تصور می‌شد آنها ذرات بنیادی ‏‏نیستند. اگر انرژی پرتابه‌ها باز هم بیشتر افزوده شود، نوعی دیگر مزون ، ‏k‏ مزون که خواص آن همراه ‏خواص سایر ذرات بنیادی ردیف شده‌اند، بوجود می‌آید.

k‏ مزونها حتی ذرات سنگین موسوم به هایپرونها می‌توانند به کمک ‏شتاب‌ دهنده‌های معروف به سینکروترون ‏تولید شوند. شتاب‌ دهنده‌ها نیز ‏تحقق انواع دیگر ذرات موسوم به پاد ذره‌ها را که موجودیتشان دارای ‏اهمیت ‏ژرفی در فیزیک همچنین دارای معنای کیهان‌ شناسی است را ‏امکان داده‌اند.‏



تصویر

ذرات و ضد ذرات در شتاب ‌دهنده‌ها

جفت الکترون پوزیترون مثال نوعی رابطه بین ذره و پاد ذره است. بدین معنی که ‏آنها دارای بار و گشتاور زاویه‌ای ‏متفاوتی هستند، ولی سایر خواص ‏مشترک دارند. آنها در اثر نابودی اشعه گاما به قدر کافی پر انرژی توأما ‏‏تولید می‌شوند، هر چند که پوزیترون مشابه الکترون که جز اصلی ماده ‏است نمی‌باشد. پوزیترون به محض ‏اینکه ایجاد شد به جز در برخورد با ‏سایر الکترونها پایدار است. ‏تقارن موجود بین الکترون و پوزیترون اشاره بر امکان وجود سایر پاد ذره‌‌هاست. پاد پروتون (آنتی پروتون) ‏می‌بایست دارای همان جرم پروتون ‏ولی بار و گشتاور مغناطیسی مخالف باشد، در صورتی که در مورد ‏نوترون ‏توزیع بار منجر به صفر عینا در مورد پاد نوترون نیز وجود دارد ولی گشتاور ‏مغناطیسی آن مخالف ‏نوترون است.‏

کشف ذرات بنیادی با شتاب‌دهنده‌ها

تلاشهای موفقیت آمیز به پیش‌بینی و کشف متعاقب ذره‌های جدید منجر ‏شده‌ است. البته باید توجه کرد که ‏رده‌بندی ذره‌های بنیادی بایستی بر ‏اساس اصول کاملا متفاوت از اصول بکار رفته در جدول تناوبی در نظر ‏‏گرفته شده باشد. ‏تفاوت اصلی در این واقعیت نهفته است که عناصر شیمیایی نوع تقسیم ‏بندی دستگاه بسته از قبل موجود در ‏طبیعت و محدود در تعدادی ‏می‌باشد، از طرف دیگر این سوال مطرح است که با آماده شدن ‏شتاب‌ دهنده‌های با انرژی ‏بالا تا چه تعداد ذره‌های جدید امکان تولید خواهند ‏داشت.

مباحث مرتبط با عنوان



تعداد بازدید ها: 14529