تفاعل قوى
| ||||
|---|---|---|---|---|
| تفاعل اساسى | ||||
 | ||||
لنك عشوائى | ||
| تصانيف | شوف كمان | |
|---|---|---|
| مصطلحات | مهن جهاز| جوايز كل الليستات |
تفاعل قوى | |
فى الفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات ، التفاعل القوى ، اللى بيتسما كمان القوة النووية القوية ، واحد من التفاعلات الأساسية ال 4 المعروفة. فهو يحصر الكواركات جوه البروتونات و النيوترونات وجسيمات الهادرونات التانيه، كما يربط النيوترونات والبروتونات لتكوين نوى الذرات، حيث يتسما اسم القوة النووية .
التفاعل القوى أو القوة النووية القوية هو واحد من القوى الأساسية ال 4 فى الفيزيا ، و هو المسؤول عن ربط الكواركات ببعض علشان تكوّن البروتونات و النيوترونات، و كمان عن تماسك نواة الذرة. التفاعل القوى بينتقل عن طريق جسيمات اسمها جلوونات، و بيشتغل حسب نظرية ديناميكا لونية كمية. القوة دى تعتبر أقوى قوة معروفة فى الطبيعة على المسافات الصغيرة اوى، لكن تأثيرها بيقل بسرعة بره نواة الذرة. التفاعل القوى كمان مسؤول عن تكوين أغلب كتلة المادة العادية نتيجة الطاقة الموجودة جوه البروتونات و النيوترونات.
معظم كتلة البروتون أو النيوترون بترجع لطاقة التفاعل القوي؛ علشان لا تُساهم الكواركات الفردية إلا بحوالى 1% من كتلة البروتون. فى نطاق 10⁻¹⁵ m (1 فيمتومتر ، و هو اكبر بقليل من نصف قطر النيوكليون )، القوة النووية القوية أقوى بحوالى 100 مرة من الكهرومغناطيسية ، و 106 مرة من التفاعل الضعيف ، و 1038 مرة من الجاذبية .
فى سياق النوى الذرية، تربط القوة البروتونات و النيوترونات مع بعض لتكوين النواة، وبتتسمما القوة النووية (أو القوة النووية القوية المتبقية ).[1] ولأن دى القوة تتوسطها جسيمات الميزونات الضخمة قصيرة العمر على ده النطاق، التفاعل النووى القوى المتبقى يخضع لسلوك بيعتمد على المسافة بين النيوكليونات، و هو سلوك يختلف تمام عن سلوكه عند ربط الكواركات جوه الهادرونات. كمان فيه اختلافات فى طاقات ربط القوة النووية بخصوص بالاندماج النووى مقابل الانشطار النووى . بييمثل الاندماج النووى معظم إنتاج الطاقة فى الشمس والنجوم التانيه. يسمح الانشطار النووى بتحلل العناصر والنظائر المشعة، رغم أنه فى الغالب يتوسطه التفاعل الضعيف. يتم إطلاق الطاقة المرتبطة بالقوة النووية جزئى فى الطاقة النووية والأسلحة النووية ، سواء فى أسلحة الانشطار القائمة على اليورانيوم أو البلوتونيوم ، أو فى أسلحة الاندماج زى القنبلة الهيدروجينية .[2][3]
تاريخ
[تعديل]قبل سنة 1971، ما كانش الفيزيائيين متأكدين إزاى نواة الذرة بتفضل مترابطة. كان معروف إن النواة بتتكوّن من بروتونات و نيوترونات، و إن البروتونات شحنتها الكهربائية موجبة، فى الوقت نفسه النيوترونات متعادلة كهربائى. حسب مبادئ الكهرومغناطيسية، كان المفروض الشحنات الموجبة تتنافر مع بعض، و بالتالى البروتونات تدفع بعضها و تخلى النواة تتفكك، لكن الظاهرة دى ما كانتش بتحصل. علشان كده، كان لازم بيظهر تفسير جديد فى الفيزياء يوضح إيه اللى ماسك مكوّنات النواة مع بعض. مع تطور فيزياء الجسيمات، اكتشف العلما إن فيه قوة أساسية تانية أقوى بكتير من التنافر الكهربى على المسافات الصغيرة اوى، و هيا التفاعل القوى. بعد كده، اتطورت ديناميكا لونية كمية علشان تفسر إزاى الكواركات بتمسك فى بعض عن طريق تبادل جلوونات، و إزاى القوة دى بتخلى البروتونات و النيوترونات مترابطة جوه النواة رغم التنافر الكهربائى بينهم.
تم افتراض وجود قوة جذب أقوى لتفسير كيفية ارتباط نواة الذرة رغم التنافر الكهرومغناطيسى المتبادل بين البروتونات. اتسمت دى القوة المفترضة بالقوة النووية القوية ، اللى اعتُقد أنها قوة أساسية بتأثر على البروتونات و النيوترونات اللى تُكوّن النواة. سنة 1964، موراى جيل مان ، و جورج زويج بشكل منفصل، اقترحو أن الباريونات ، اللى بتشمل البروتونات و النيوترونات، والميزونات تتكون من جسيمات أولية. أطلق زويج على دى الجسيمات الأولية اسم "الآسات"، فى الوقت نفسه سماها جيل مان اسم "الكواركات"؛ وبقت دى النظرية معروفه بنموذج الكواركات .[4] كان التجاذب القوى بين النيوكليونات أثر جنبيىن لقوة أساسية تربط الكواركات مع بعض لتكوين البروتونات و النيوترونات. تشرح نظرية الديناميكا اللونية الكمومية أن الكواركات تحمل ما بيتسما بالشحنة اللونية ، رغم أنها لا علاقة ليها بالألوان المرئية.[5] تتجاذب الكواركات ذات الشحنات اللونية المختلفة بسبب لتفاعل القوي، وبيتقال على الجسيم اللى يتوسط ده التجاذب اسم الجلوون .
سلوك التفاعل القوى
[تعديل]ممكن ملاحظة التفاعل القوى على نطاقين، ويتوسطه ناقلات قوة مختلفة فى كل نطاق. على مقياس أقل من حوالى 0.8 بوحدة fm (نصف قطر النيوكليون بالتقريب )، تحمل الجلوونات دى القوة اللى تربط الكواركات مع بعض لتكوين البروتونات و النيوترونات والهادرونات التانيه. وعلى نطاق أوسع، يوصل لحوالى 3 فى المجال المغناطيسي، تحمل الميزونات دى القوة و تربط النيوكليونات ( البروتونات و النيوترونات ) مع بعض لتكوين نواة الذرة .[1] فى السياق ده ، فى الغالب معروفه باسم قوة اللون ، هيا قوية اوى لدرجة أنه إذا اصطدمت جسيمات عالية الطاقة بالهادرونات، فإنها بتنتج نفاثات من الجسيمات الضخمة بدل من انبعاث مكوناتها (الكواركات والجلوونات) كجسيمات حرة الحركة. بتتسمما دى الخاصية للقوة النووية القوية بحصر اللون .
قوة اللون هيا الخاصية اللى من خلالها بيحصل التفاعل القوى بين الكواركات و جلوونات. كلمة "لون" هنا مالهاش علاقة بالألوان العادية اللى بنشوفها، لكن اسم استخدمه الفيزيائيين لوصف نوع من الشحنة الخاصة بالجسيمات دون الذرية. الكواركات ممكن تحمل تلاتة أنواع من "شحنة اللون"، و بيتبادلوا جلوونات علشان يحافظوا على حالة متوازنة عديمة اللون. القوة دى هيا اللى بتربط الكواركات ببعض علشان تكوّن البروتونات و النيوترونات و باقى الهادرونات. من الخصايص الغريبة لقوة اللون إنها بتقوى كل ما الكواركات تحاول تبعد عن بعض، و علشان كده ما ينفعش رصد كوارك منفرد بشكل مباشر، و الظاهرة دى بتتسمى "حبس الكوارك".
| تفاعل | يتراوح | محتجز | الناقل | نتيجة |
|---|---|---|---|---|
| قوي | < 0.8 إف إم | الكوارك | جلوون | هادرون |
| قوة متبقية | 1–3 إف إم | هادرون | الميزون | نواة |
جوه الهادرونات
[تعديل]
كلمة "قوي" بتستعمل لأن التفاعل القوى هو "الأقوى" بين القوى الأساسية الأربع. على مسافة 10⁻¹⁵ م، قوته حوالى 100 أضعاف قوة المجال الكهرومغناطيسى ، حوالى 10^ 6 اكبر بعشر مرات من قوة القوة الضعيفة، وحوالى 1038 أضعاف قوة الجاذبية .
القوة النووية القوية تُوصَف بالديناميكا اللونية الكمومية (QCD)، هيا جزء من النموذج القياسى لفيزياء الجسيمات. رياضى، تعتبر QCD نظرية قياس غير تبديلية تعتمد على مجموعة تناظر محلية (قياسية) بتتسمما SU(3) .
الجسيم الحامل للقوة فى التفاعل القوى هو الجلوون، و هو بوزون قياسى عديم الكتلة. يُعتقد أن الجلوونات بتتفاعل مع الكواركات والجلوونات التانيه عبر نوع من الشحنة بيتسما الشحنة اللونية . تُشابه الشحنة اللونية الشحنة الكهرومغناطيسية، لكن تييجى بثلاثة أنواع (±أحمر، ±أخضر، و±أزرق) بدل نوع واحد،و ده ينتج عنه قواعد سلوك مختلفة. بتتوصف دى القواعد بالديناميكا اللونية الكمومية (QCD)، هيا نظرية تفاعلات الكواركات والجلوونات. عكس الفوتون فى الكهرومغناطيسية، و هو متعادل الشحنة، يحمل الجلوون شحنة لونية. الكواركات والجلوونات هيا الجسيمات الأساسية الوحيدة اللى تحمل شحنة لونية غير معدومة، و علشان كده فهى تشارك فى التفاعلات القوية فيما بينها بس. القوة القوية هيا تعبير عن تفاعل الجلوون مع جسيمات الكواركات والجلوونات التانيه.
جميع الكواركات والجلوونات فى الديناميكا اللونية الكمومية بتتفاعل مع بعضها عبر القوة النووية القوية. وتُحدد قوة ده التفاعل بثابت الاقتران القوى. القوة دى بتتأثر بشحنة اللون القياسية للجسيم، هيا خاصية نظرية الزمر .
القوة النووية القوية بتأثر بين الكواركات. وعكس كل القوى التانيه (الكهرومغناطيسية، والضعيفة، والجاذبية)، القوة النووية القوية لا تتضاءل قوتها مع زيادة المسافة بين اجوأز الكواركات. فبعد بلوغ مسافة محددة (بحجم الهادرون بالتقريب )، تبقى قوتها ثابتة عند حوالى 10 N ، بغض النظر عن مدى زيادة المسافة بين الكواركات.:[6] 164 مع زيادة المسافة بين الكواركات، تُؤدى الطاقة المُضافة للزوج لتكوين اجوأز جديدة من الكواركات المتدورة بين الكواركين الأصليين؛ علشان كده يستحيل عزل الكواركات. والتفسير هو أن مقدار الشغل المبذول ضد قوة مقدارها 10 يكفى عدد 10 لتكوين اجوأز من الجسيمات والجسيمات المضادة ضمن مسافة قصيرة اوى. الطاقة المضافة للنظام نتيجة فصل كواركين عن بعضهما البعض بتنتج جوز جديد من الكواركات اللى ستتحد مع الكواركات الأصلية. فى الديناميكا اللونية الكمومية، بتتسمما دى الظاهرة بالحصر اللونى ؛ و بسبب ده، مش ممكن رصد سوى الهادرونات، مش الكواركات الحرة المنفردة. بيعتبر فشل كل التجارب اللى بحثت عن الكواركات الحرة دليل على دى الظاهرة.
ما ينفعش رصد جسيمات الكوارك و الجلوون الأولية اللى بتشارك فى تصادم عالى الطاقة بشكل مباشر. التفاعل ده بينتج نفاثات من الهادرونات المتكوّنة جديد و اللى ممكن رصدها. الهادرونات دى بتتولد، كواحد من مظاهر تكافؤ الكتلة و الطاقة، لما طاقة كفاية بتتخزن فى رابطة كوارك-كوارك، زى لما كوارك فى بروتون يصطدم بكوارك سريع اوى فى بروتون تانى وقت تجربة فى مسرّع جسيمات. مع كده، تم رصد بلازما الكوارك-جلوون.[7]
بين الهادرونات
[تعديل]
حصر اللون بيشير لأن القوة النووية القوية تعمل دون تناقص المسافة بين اجوأز الكواركات فى تجمعات متراصة من الكواركات المرتبطة (الهادرونات)، إلا أنه عند مسافات تقترب من نصف قطر البروتون أو تتجاوزه، تبقى قوة متبقية (موصوفة تحته). وتتجلى دى القوة بين الهادرونات "عديمة اللون"، ومعروفه بالقوة النووية أو القوة النووية القوية المتبقية (وتاريخى بالقوة النووية القوية ).
القوة النووية بتأثر بين الهادرونات، المعروفة باسم الميزونات والباريونات . "القوة النووية المتبقية" دى ، اللى تعمل بشكل غير مباشر، تنقل الجلوونات اللى تشكل جزء من جسيمات π و ρ الافتراضية. الميزونات ، اللى بدورها تنقل القوة بين النيوكليونات اللى تربط النواة (ما بعد نواة الهيدروجين-1 ) مع بعض .[8]
و علشان كده، القوة النووية القوية المتبقية هيا بقايا صغيره من القوة النووية القوية اللى تربط الكواركات مع بعض لتكوين البروتونات و النيوترونات. وتكون دى القوة نفسها أضعف بكتير بين النيوترونات والبروتونات، لأنها تتعادل فى الغالب داخلها ، بنفس الطريقة اللى تكون بيها القوى الكهرومغناطيسية بين الذرات المتعادلة ( قوى فان دير فالس ) أضعف بكتير من القوى الكهرومغناطيسية اللى تربط الإلكترونات بالنواة، مكونةً الذرات.[6] عكس القوة النووية القوية، تتضاءل القوة النووية القوية المتبقية مع المسافة، وبسرعة. ويتناسب ده التضاؤل بالتقريب مع قوة أسية سالبة للمسافة، مع أنه مافيش تعبير بسيط معروف لذلك؛ انظر جهد يوكاوا . ويؤدى التضاؤل السريع للقوة المتبقية الجاذبة مع المسافة، والتضاؤل الأقل سرعة للقوة الكهرومغناطيسية التنافرية المؤثرة بين البروتونات جوه النواة، لعدم استقرار النوى الذرية الاكبر حجم، زى كل النوى اللى يزيد عددها الذرى عن 82 (عنصر الرصاص).
مع ان القوة النووية أضعف من التفاعل القوى نفسه، إلا أنها لسه ذات طاقة عالية: فالانتقالات تنتج أشعة جاما . [ مطلوب توضيح ] تختلف كتلة النواة اختلاف كبير عن مجموع كتل النيوكليونات الفردية. ويرجع ده النقص فى الكتلة لطاقة الوضع المرتبطة بالقوة النووية. وبتستعمل الفروقات بين دى النقصات فى الكتلة لتوليد الطاقة اللازمة لعمليتى الاندماج النووى والانشطار النووى .
توحيد
[تعديل]نظريات التوحيد الكبرى (GUT) تهدف لوصف التفاعل القوى والتفاعل الكهروضعيف كجوانب لقوة واحدة، على مثال كيفية توحيد التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة بنموذج غلاشو-واينبرغ-سلام فى التفاعل الكهروضعيف . يتميز التفاعل القوى بخاصية بتتسمما الحرية التقاربية ، حيث تتضاءل قوة القوة القوية عند الطاقات (أو درجات الحرارة) العالية. معروفه الطاقة النظرية اللى تتساوى عندها قوة التفاعل القوى مع قوة التفاعل الكهروضعيف بطاقة التوحيد الكبرى . رغم ده ، لم تُصاغ أى نظرية توحيد كبرى بنجاح لحد دلوقتى لوصف دى العملية، و لسه التوحيد الكبير مشكلة غير محلولة فى الفيزياء .
إذا كانت نظرية التوحيد الكبرى صحيحة، فبعد الانفجار العظيم و خلال فتره القوة الكهروضعيفة فى الكون، انفصلت القوة الكهروضعيفة عن القوة النووية القوية. وبناء على ذلك، يُفترض وجود فتره توحيد كبرى قبل كده.
شوف كمان
[تعديل]- الصياغة الرياضية لميكانيكا الكم
- الصياغة الرياضية للنموذج القياسي
- الطاقة النووية
- مادة QCD
- نظرية الحقل الكمومي
- تفاعل يوكاوا
مراجع
[تعديل]- 1 2 "The four forces: the strong interaction Duke University Astrophysics Dept website".
- ↑ Ragheb، Magdi. "Chapter 4 Nuclear Processes, The Strong Force" (PDF). University of Illinois. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2012-12-18. اطلع عليه بتاريخ 2023-10-03.
- ↑ "Lesson 13: Binding energy and mass defect". Furry Elephant physics educational site. مؤرشف من الأصل في 2023-05-28. اطلع عليه بتاريخ 2023-10-03.
- ↑ Wilczek، Frank (1982). "Quantum chromodynamics: The modern theory of the strong interaction". Annual Review of Nuclear and Particle Science. ج. 32 ع. 1: 177–209. Bibcode:1982ARNPS..32..177W. DOI:10.1146/annurev.ns.32.120182.001141.
- ↑
Feynman، R.P. (1985). QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press. ص. 136. ISBN:978-0-691-08388-9.
The idiot physicists, unable to come up with any wonderful Greek words anymore, call this type of polarization by the unfortunate name of 'color', which has nothing to do with color in the normal sense.
- 1 2 Fritzsch، H. (1983). Quarks: The Stuff of Matter. Basic Books. ص. 167–168. ISBN:978-0-465-06781-7.
- ↑ "Quark–gluon plasma is the most primordial state of matter". About.com Education. مؤرشف من الأصل في 2017-01-18. اطلع عليه بتاريخ 2017-01-16.
- ↑ "3. The Strong Force" (PDF). Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2021-10-22. اطلع عليه بتاريخ 2023-01-10.
قرايه اكتر
[تعديل]- Christman، J.R. (2001). "MISN-0-280: The Strong Interaction" (PDF).
- Ding، Minghui؛ Roberts، Craig؛ Schmidt، Sebastian، المحررون (2024). Strong Interactions in the Standard Model: Massless Bosons to Compact Stars. MDPI. ISBN:978-3-7258-1502-9.
{{استشهاد بكتاب}}: تجاهل المحلل الوسيط|journal=(مساعدة) - Halzen، F.؛ Martin، A.D. (1984). Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics. John Wiley & Sons. ISBN:978-0-471-88741-6.
- Kane، G.L. (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN:978-0-201-11749-3.
- Morris، R. (2003). The Last Sorcerers: The Path from Alchemy to the Periodic Table. Joseph Henry Press. ISBN:978-0-309-50593-2.
لينكات برانيه
[تعديل]- تفاعل قوى – صور وتسجيلات صوتيه و مرئيه على ويكيميديا كومونز
- تفاعل قوى على موقع كيورا - Quora
- تفاعل قوى على موقع كيورا - Quora
- تفاعل قوى معرف مخطط فريبيس للمعارف الحره
- تفاعل قوى معرف النظام الجامعى للتوثيق
- تفاعل قوى معرف المكتبه الوطنيه الفرنسيه (BnF)
- تفاعل قوى معرف مايكروسوفت اكاديمك
- تفاعل قوى معرف مكتبه الكونجرس (LCAuth)
- تفاعل قوى معرف ملف استنادى متكامل
| Background |  | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Constituents | |||||||||
| Beyond the Standard Model |
| ||||||||
| Experiments | |||||||||
