‍ ‍ 🔸 راکتور جوش هسته‌ای:

🆔 @Physics3p

ساخت راکتور های جوش هسته ای برای تولید انرژی پاک و بینهایت یک ایده ی بسیار عالی است. هم اکنون ما برای تولید انرژی از شکافت هسته ای استفاده می‌کنیم. شکافت هسته ای زمانی انجام میشود که نوترون با هسته ی اتم های سنگین مانند اورانیوم برخورد کند و اتم سنگین به دو یا چند عنصر نامساوی تقسیم می شود. در این واکنش طی تبدیل اتم سنگین به اتم های سبک تر مقداری جرم به انرژی تبدیل میشود و ما از این انرژی تولید شده استفاده می‌کنیم.

جوش هسته ای همان واکنشی است که در دل ستارگان انجام میشود و در آن با پیوند چند اتم سبک، اتم های سنگین تر به وجود می‌آید و طی این فرایند انرژی بسیار زیادی تولید میشود. و مهمتر انکه این واکنش هیچ نوع پسماندی ایجاد نمی‌کند و انرژی کاملا پاکی است. این ویژگی ها سبب شده که دانشمندان به فکر ساخت راکتور های جوش هسته ای بیفتند. اما با مشکلات بسیاری برای ساخت این رو به رو راکتور هستند.

🔹 تاکنون دو روش برای ایجاد جوش هسته ای ارائه شده که در ادامه به تشرح انها می‌پردازیم.

روش اول محصورسازی مغناطیسی است. اتم های دوتریوم و تریتیوم را دمایشان را تا حدود ۱۰۰ میلیون درجه بالا می برند سپس با استفاده از میدان مغناطیسی قوی در مسیری حلقوی گیر می‌اندازند.

روش دوم محصورسازی لختی است که در ان اتم ها در لایه هایی قرار میگرند. با استفاده از لیزر‌ به لایه‌ی بیرونی حرارت منتقل می‌شود، سپس لایه‌ی حرارت دیده‌شده به سمت بیرون پرتاب و باعث می‌شود که اتم‌های درون آن فشرده شود و فرایند همجوشی رخ دهد. در حقیقت موج ضربه‌ای ایجادشده در درون کپسول باعث فشرده شدن اتم‌ها به یکدیگر و رخ دادن همجوشی می‌شود.

🔸 مزایای جوش هسته ای نسبت به شکافت و مشکلات ساخت راکتور جوش هسته ای:

اورانیوم که از آن به عنوان سوخت برای راکتور های هسته ای استفاده می‌کنند عنصری نادر است هم چنین پسماند های رادیواکتیوی ایجاد میکند که بسیار خطرناک است. در صورتی که جوش هسته ای هیچ نوع پسماند یا آلودگی ندارد و کاملا پاک است. و اینکه در این واکنش از یکی از ایزوتوپ های هیدروژن (دوتریوم) استفاده میشود که بسیار فراون است. (البته ناگفته نماند که ترتیوم که یکی دیگر از ایزوتوپ های هیدروژن می باشد که ناپایدار و بسیار نادر است و این یکی از مشکلات استفاده از جوش هسته ای است چون باید به دنبال عنصری دیگر گشت تا با دوتریوم جوش بخورد.) یکی دیگر از مزایای استفاده از جوش هسته ای این است که علاوه بر پاک بودن انرژی سه تا چهار برابر شکافت هسته ای تولید می کند و این بسیار عالی است.

🔹 و اما مشکلات:
هسته ی اتم ها بدلیل نیروی دافعه کولنی هیج تمایلی به جوش خوردن ندارند. برای اینکه واکنش جوش هسته ای رخ دهد باید هسته های اتم بسیار به هم نزدیک شوند در صورتی که هسته ها تمایل دارند از هم دور شوند. پس باید این کار با زور انجام شود! برای این کار باید انرژی جنبشی اتم هارا بسیار زیاد کنیم تا وقتی به شدت باهم برخورد می کنند واکنش انجام شود. تنها راه برای ایجاد چنین انرژی جنبشی گرما است. زمانی که پلاسمایی بسیار داغ داشته باشیم بعضی از هسته ها چنان به هم برخورد میکنند که واکنش اتفاق بیفتد. و کار مشکل اینجاست که باید روی زمین دمایی به اندازه ی هسته ی خورشید ایجاد کنیم! و اینکه زمانی که پلاسما در دما و فشار زیاد قرار بگیرد مهار کردن آن بسیار کار مشکلی است و باید از تجهیزاتی استفاده کرد تا زیر این دمای زیاد بخار نشود! خب قطعا چنین وسیله ای هزینه ی بسیار سرسام اور و همچنین ریسک بالایی خواهد داشت.

پیش از این گفتیم که تریتیوم ایزوتوپ نادر هیدروژن است در صورتی که واکنش دوتریوم تریتیوم نسبت به دیگر واکنش ها به دمای کمی نیاز دارد. دمایی در حدود ۱۰۰ میلیون درجه سانتی گراد. علاوه بر این، واکنش دوتریوم تریتیوم نوترون ازاد تولید می‌کند. نوترون آزاد یعنی پرتوزایی و تجهیزات همواره در خطر هستند. مهندسان در حال کارکردن روی حل این مشکل هستند. یکی از این راه ها گرداب فلز مایع است که ترکیبی از سرب و لیتیوم است که می‌تواند نوترون‌های آزاد را جذب کند. البته میتوان به سراغ واکنش دوتریوم و هلیوم۳ رفت چون نوترون آزاد کمتری تولید میکند ولی نیاز به دمای ۳ میلیارد درجه سانتی گراد دارد!!!

جمع بندی مطلب با مزایای جوش هسته ای:

🔹منابع سوخت آن بسیار فراوان است.
🔸تریتیوم نیز در فرایند جذب نوترون توسط لیتیوم قابل تولید است.
🔹به‌ازای هر نوکلئون از ماده‌ی سوخت، انرژی تولیدی نسبت به روش شکافت بیشتر است.
🔸 معضل پسماندهای هسته‌ای را ندارد.
🔹در هنگام وقوع حوادث احتمالی، راکتور همجوشی از کنترل خارج نمی‌شود.

🆔 @Physics3p

⚛ تولید انرژی با استفاده از واکنش همجوشی هسته ای

🆔 @Physics3p

‍ #فیزیک_کوانتوم

طی یک نامه به تاریخ ۵ فروردین ۱۴۰۱ که از بروکسل واصل شده است، انتصاب معلم فیزیک مهابادی به عنوان سفیر انجمن آموزش علوم اروپا Scientix صادر و به عنوان مصداق یکی از بهترین معلمان جهان معرفی شد.                            
دکتر سلیمان رسولی دبیر فیزیک مهابادی بە عنوان تنها نمایندە از ایران از تاریخ ۱۲ بهمن ۱۴۰۰ لغایت ۱۰ دی ۱۴۰۱ به عنوان سفیر انجمن آموزش علوم اروپا (Scientix) منصوب شدند.

در این نامه انتصاب به امضای دکتر آگودا گراس ولازکویز، هماهنگ کننده پروژه Scientix و رییس دپارتمان آموزش علوم در شبکه مدارس اروپایی آمده است که سفیران پس از طی موفقیت آمیز یک برنامه آموزشی کامل و تأیید اعتبار از وزارتخانه های آموزش و پرورش خود به عنوان سفیران Scientix منصوب شده، و در عین حال آنها نمونه هایی از بهترین معلمان جهان هستند.

انجمن Scientix انجمنی برای آموزش علوم در اروپا است. این انجمن در سراسر جهان همکاری بین معلمان STEM، محققان آموزش و پرورش، سیاست گذاران و سایر فعالین آموزشی را جهت ترغیب و الهام بخشیدن به دانش آموزان و دانشجویان برای علاقمندشدن به مشاغلی در زمینه های علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات (STEM) ترویج و پشتیبانی می کند. 

انجمن Scientix از سال 2010 با هماهنگی شبکه مدارس اروپا (EUN) تحت نظارت وزارتخانه های آموزش و پرورش اروپا و با بودجه اداره کل تحقیقات و نوآوری اتحادیه اروپا در حال اجرا است.

سفیران Scientix ضمن گسترش انجمن آموزش علوم اروپا، از تبادل تجارب و شیوه ها و دانش بین همه فعالین عرصه آموزش STEM حمایت می کنند. سفیران Scientix به اشتراک گذاری فعالیت های Scientix در سطح ملی و ایفای نقش فعال در حمایت از نوآوری در آموزش STEM در کشورهای خود کمک می کنند.

آنها Scientix را در مدارس و انجمن های معلمان در سطح ملی، در کنفرانس ها و کارگاه‌های آموزشی معرفی می‌کنند و می‌توانند معلمان را به نحوه پیوستن به مشارکت و همکاری اروپایی در آموزش STEM رهنمون شوند و آنان را برای بهبود آموزش STEM، در تمام سطوح: از ابتدایی تا متوسطه،  در تدریس رسمی و غیر رسمی، در رشته های STEM و غیر STEM (مانند یادگیری زبان، هنر، تاریخ و غیره) یاری دهند. 

آنها همچنین به توسعه و آزمودن ابزارها و خدمات مختلف Scientix کمک می کنند و کیفیت آموزشی تمام فعالیت های Scientix را تضمین می نمایند.

 انتصاب معلمین برگزیده جهانی به عنوان سفیران Scientix به صورت سالیانه تمدید می شوند و دکتر رسولی برای دومین سال پیاپی به عنوان تنها سفیر Scientix در ایران انتخاب شده اند.

🆔@Physics3p

‍ 🔸ظهور فیزیک ذرات:
🆔 @Physics3p

🔹اوایل دهه 1930 تصویر قدیمی اتم ها به عنوان ذرات غیرقابل تجزیه جای خود را به تصویر اتم ها به عنوان سیستمی متشکل از الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها تغییر داد. به این فهرست از ذرات، باید دو ذره‌ی خنثی یعنی فوتون و نوترینو را نیز اضافه کرد. ایده فوتون توسط پلانک در سال 1900 معرفی شد تا به وسیله‌ی آن تابش جسم سیاه را توجیه کند. نوترینو توسط فرمی در سال 1930 پیشنهاد شد تا به کمک آن عدم بقای ظاهری انرژی در واپاشی بتا را اصلاح کند. بیش از 25 سال طول کشید تا نظریه فرمی به وسیله‌ی راینز و کوان در یک آزمایش به یاد ماندنی در سال 1956 با آشکارسازی نوترینو های آزاد شده ناشی از واپاشی بتا به اثبات رسید.
دهه 1950 شاهد یک سری تحولات فناوری بود که طی آن باریکه های پرانرژی ذرات در آزمایشگاه ها تولید شد. این آزمایش ها، به همراه استفاده از یارانه‌های پرسرعت، موجب تحولات جدیدی در زمینه‌ی مطالعه پراکندگی کنترل شده‌ی ذرات گشت. در دهه‌ی 1960 این آزمایش ها منجر به کشف تعداد زیادی از ذرات ناپایدار با نیمه عمر های بسیار کوتاه شد و نیاز به یک نظریه بنیادی برای حل و بحث حجم زیاد مشاهدات فراهم شده، احساس گردید. در اواسط دهه‌ی 1960 موری گلمن و تقریباًَ به طور همزمان جرج زوایک، مدلی را ارائه نمودند که در آن ذرات حالات مقیدی از سه نوع کوارک بودند. بدین ترتیب، کوارک ها به عنوان ذرات بنیادی‌تر مطرح شدند. شواهد تجربی برای وجود کوارک ها در دهه‌ی 1960 طی آزمایشاتی شبیه به آزمایشات رادرفورد به دست آمد. در این آزمایشات باریکه های پرانرژی الکترون و نوترینو به وسیله‌ی نوکلئون ها پراکنده می‌شدند. تحلیل توزیع زاویه‌ای ذرات پراکنده شده نشان داد که نوکلئون ها حالت های مقید سه جزء نقطه‌گون با مشخصاتی شبیه کوارک های پیشنهاد شده هستند.

🔹تصویر امروزه‌ی ما بر این اساس است که کوارک ها به همراه تعدادی از ذرات دیگر مثل الکترون ها و نوترینو ها واقعاً بنیادی هستند اما نوکلئون ها چنین نمی‌باشند.

🔸 بهترین نظریه ذرات بنیادی که در زمان حاضر در اختیار داریم، مدل استاندارد نامیده می‌شود. هدف این نظریه، تبیین کلیه پدیده های مرتبط با ذرات بنیادی (به جز کوانتوم های گرانش) از طریق بررسی ویژگی های ذرات و برهمکنش‌های بین آنهاست. ذرات بنیادی به عنوان موجوداتی نقطه‌ای و فاقد ساختار یا حالت های برانگیخته تعریف می‌شوند. هر ذره‌ی بنیادی به وسیله‌ی جرم، بارالکتریکی و اسپین و... مشخص می‌شود. اسپین، تکانه زاویه‌ای دائمی ذرات در نظریه کوانتوم است که حتی در حالت سکون ذره وجود دارد. اسپین مشابه کلاسیکی ندارد و نباید آنرا با چرخش یک جسم گسترده اشتباه گرفت. هر نوع ذره بنیادی دارای اسپین خاص خود می‌باشد. ذرات با اسپین نیم صحیح، فرمیون و ذرات با اسپین صحیح بوزون نامیده می‌شوند. در مدل استاندارد سه خانواده از ذرات وجود دارد: دو خانواده‌ی فرمیون و لپتون با اسپین 1/2 و یک خانواده از بوزون ها با اسپین 1 . علاوه بر اینها ذره‌ی بوزون هیگز نیز وجود دارد که منشأ جرم در این نظریه محسوب می‌شود که دارای اسپین صفر است. مدل استاندارد همچنین منشأ سه نیروی الکترومغناطیس، هسته‌ای ضعیف و هسته‌ای قوی را مشخص می‌کند. در فیزیک کلاسیک برهمکنش الکترومغناطیسی توسط امواج الکترومغناطیسی منتشر می‌شود در فیزیک کوانتوم برهمکنش از طریق تبادل فوتون ها صورت می‌گیرد که یکی از انواع بوزون ها با اسپین 1 می‌باشند. برهمکنش های ضعیف و قوی نیز از طریق تبادل بوزون های واسط انجام می‌شود. بوزون ها در برهمکنش ضعیف +W- ، W و Z⁰ هستند. جرم سکون این ذرات حدود 80 تا 90 برابر جرم پروتون است. حامل نیروی قوی گلوئون نام دارد. هشت نوع گلوئون وجود دارد که دارای جرم سکون صفر و فاقد بارالکتریکی هستند.

🆔 @Physics3p

⚛ در این ویدئو پروفسور دیوید تانگ، فیزیکدان از دانشگاه کیمبریج ما را با مدل استاندارد فیزیک ذرات به صورت جزء به جزء آشنا می‌نماید.

🆔 @Physics3p

⚛ سال‌ها تلاش دانشمندان در کاوش دنیای زیر اتمی منجر به ارایه مدل استاندارد ذرات بنیادی شده است که بر اساس آن، بنیادی‌ترین ذرات تشکیل‌دهنده عالم، نیروهای حاکم بر تمام رویدادها و سازوکار آنها مشخص شده است.

🆔 @Physics3p

بحران عمیقی که فیزیکدانان را مجبور به بازنگری قوانین بنیادین طبیعت می‌کند (قسمت اول)

☆ محققان دهه‌ها به شکلی بی‌ثمر به دنبال کشف ذرات بنیادی جدیدی بودند که به وسیله آن‌ها دلیل شکل کنونی طبیعت را توضیح داده و با حل بحران‌های موجود در زمینه طبیعی بودن آن را تفسیر کنند. شکست‌های متعدد فیزیکدانان منجر به این شد که آن‌ها یک فرض قدیمی و مهم را بازنگری کنند: چیزهای بزرگ از چیزهای کوچک‌تر تشکیل شده‌اند. نوشتار حاضر ترجمه مقاله‌ای به قلم ناتالی ولچور ((Natalie Wolchoverr) نویسنده و ویراستار ارشد وب‌سایت کوانتامگزین، درباره‌ی تلاش‌های انجام شده در این زمینه‌ی عمیق و بحث‌برانگیز است.

در سال ۲۰۱۶ این بحران به شکلی غیرقابل انکار بروز کرد و آن، زمانی بود که برخورد دهنده بزرگ ذرات ((Large Hadron Collider – LHCC) با وجود یک ارتقای اساسی نتوانست ذراتی را که موجودیت‌شان دهه‌هاست به شکل نظری اثبات شده‌است، آشکارسازی کند. این ذرات می‌توانستند معمایی را که به خاطر ذره معروف هیگز به وجود آمده‌ است حل  کنند. این معما که به مسئله سلسله‌ مراتبی معروف است به این موضوع می‌پردازد که چرا بوزون هیگز جرم بسیار کمی دارد (صدها میلیون میلیارد بار سبک‌تر از بالاترین مقیاس‌های انرژی موجود در طبیعت). با توجه به انرژی‌های بالاتر موجود در طبیعت، به نظر می‌رسد جرم بوزون هیگز به نحوی غیرطبیعی کاهش یافته است،

ذرات اضافی مورد انتظار می‌توانستند دلیل جرم کم هیگز را توضیح دهند و به این شکل معادلات فیزیکی را براساس گفته فیزیکدانان طبیعی کنند. اما پس از شکست LHCC، که سومین و  بزرگترین شتاب دهنده در جهت پیداکردن این ذرات است، به نظر می‌رسد منطق ما پیرامون ذات طبیعت و آنچه طبیعی می‌دانیم دچار ایراد و خطاست.

به گفته گارسیا گارسیا:
مسائل بنیادین مهم در واقع همان مسائلی هستند که به طبیعی بودن (naturalness) مربوط می‌شوند.


برخورد دهنده بزرگ ذرات در سرن یک کشف حیاتی و مهم داشته‌است. در سال ۲۰۱۲ این آزمایشگاه موفق به آشکارسازی بوزون هیگز شد. بوزون هیگز یک مسئله کلیدی و مهم برای مجموعه‌ای از معادلات ۵۰ ساله با اسم مدل استاندارد ذرات (The Standard Model) است که رفتار ۱۷ ذره بنیادی را توصیف و تشریح می‌کند.

زمانی که الکترون‌ها، کوارک‌ها و دیگر ذرات بنیادی با حرکت در میان این میدان با آن برهمکنش  می‌کنند، دارای جرم می‌شوند.

☆ در طی چند سال بعد فیزیکدانان به یک جواب سرراست رسیدند: ابرتقارن، یک فرضیه که باعث دوبرابر شدن ذرات بنیادی طبیعت می‌شود. ابرتقارن بیان می‌کند که به ازای هر بوزون یک همراه فرمیونی وجود دارد و برعکس. بوزون‌ها و فرمیون‌ها به ترتیب مقدار مثبت و منفی را به جرم هیگز اضافه می‌کنند. در نتیجه اگر این مقادیر همواره به صورت دوتایی و جفت وارد شوند، یکدیگر را خنثی می‌کنند.

☆ جست و جو برای همراه ابرمتقارن ذرات (که به عنوان ابرهمراه نیز شناخته می‌شوند) در دهه نود میلادی و به وسیله ساخت شتاب دهنده‌ بزرگ الکترون-پوزیترون آغاز شد. محققان فرض کردند که این ذرات، تنها اندکی سنگین‌تر از جفت‌های خود در مدل استاندارد ذرات هستند و نیاز به انرژی‌های بالاتری برای آشکارسازی دارند. بنابراین شروع به شتاب دادن ذرات تا سرعتی نزدیک به نور کرده، آن‌ها را به هم برخورد می‌دادند و در میان بقایای ناشی از خرد شدن ذرات به دنبال ابرهمراه‌های سنگین مورد نظر خود می‌گشتند.

با نگاهی دقیق‌تر به گذشته، به نظر می‌رسد این دو بحران طبیعی بودن نه یک بیماری، که علائمی از وجود مشکلی عمیق‌تر  هستند. به گفته گارسیا گارسیا

بسیار مفید است که در مورد ریشه‌های این دو مشکل بیش‌تر فکر کنیم. بحران سلسله مراتبی و ثابت کیهانشانسی به صورت جداگانه ظاهر شدند، زیرا ما برای پاسخ به سوالات خود از ابزارهای مختلفی استفاده می‌کنیم.
منبع: دیپ لوک
توسط محمد علی طائفی گرمه در ۰۱ فروردین ۱۴۰۱




🆔 @Physics3p

تعریفی که نسبیت از فضا-زمان به عنوان یک میدان دینامیک(پویا) دارد و توسط هندسه ریمانی توضیح داده می شود فقط در ابعاد بزرگتر از طول پلانک کاربرد دارد.

مطالعه ساختار فضا-زمان در مقیاس پلانک جزو مباحث گرانش کوانتومی است.

نسبیت عام توضیح می دهد که فضا-زمان یک میدان دینامیک است که تحت تاثیر جرم و انرژی خمیدگی پیدا می کند.

از طرفی گرانش کوانتومی توضیح می دهد که این میدان دینامیک، کوانتیزه شده است و خواص کوانتومی دارد.


🆔 @Physics3p

‍ چگونه گرانش کوانتومی درک ما از جهان را تغییر می دهد

☆ مکانیک کوانتومی در برابر نسبیت عام

در مکانیک کوانتوم، “زمان” یک مفهوم جهانی و مطلق می‌باشد. از طرف دیگر، نسبیت عام اینشتین می‌گوید که زمان یک پارامتر نسبی و دینامیک است که در واقع نتیجه‌ی حاصل از برهمکنش فضا- زمان و مواد با یکدیگر می‌باشد.

نسبیت عام می‌تواند خواص گرانشی اجسام بزرگ را در صورتیکه جرم کافی داشته باشند در حدی که خواص کوانتومی آنها قابل اغماض باشد، توصیف کند؛ و توسط مکانیک کوانتوم توضیح دقیق و شفافی در خصوص اتفاقاتی که در مقیاس‌های کوچک رخ می‌دهد ارائه می‌شود البته به شرطی که ذرات به اندازه‌ی کافی کوچک و ناچیز باشند که تاثیرات گرانشی آنها نزدیک به صفر باشد.

☆ حال سوال اصلی اینجاست: ما چگونه می‌توانیم مواردی را توصیف کنیم که بسیار سنگین و در عین حال بسیار کوچک می‌باشند؟

برای توصیف این پدیده‌ها چگونه می‌توان مفهوم مطلق زمان و نسبی بودن آن که توسط هرکدام از این نظریه‌ها بیان می‌شود را با یکدیگر وفق داد؟

☆ وفق دادن تفاوت‌ها

این گپ در فهم ما از فیزیک و چگونگی رخداد ِ برخی از رویدادها، چیزی است که تئوری گرانش کوانتومی احتمالا می‌تواند آن را توضیح دهد. پیشرفت شگرفی که تحت عنوان مطالعات گرانش کوانتوم آغاز شده است می‌تواند دیدی درخصوص اینکه چگونه می‌توان نسبیت عام و مکانیک کوانتوم را مجددا حل کرد، به ما بدهد.

منبع: ترجمه: ندا حائری/ سایت علمی بیگ بنگ



🆔 @Physics3p

کرمودینامیک کوانتومی (QCD)

نظریه‌ای که در مدل استاندارد توصیف کننده برهمکنش قوی است، کرمودینامیک کوانتومی یا به اختصار QCD است. اگر چه کرمودینامیک کوانتومی به وسعت و دقت الکترودینامیک کوانتومی (نظریه کوانتومی برهمکنش الکترومغناطیسی) مورد تایید تجربی قرار نگرفته است، اما با حجم وسیعی از داده‌های تجربی در توافق چشمگیر می‌باشد.

کیو سی دی، همانند کیوای دی توصیف کننده برهمکنشی است که از طریق تبادل بوزون‌هایی با اسپین ۱ ایجاد میشود.

این بوزون‌های واسط که درمورد کیوای دی فوتون‌ها هستند، درمورد کیو سی دی، گلوئون نامیده می‌شوند.
هر دوی این نظریه‌ها از نوعی هستند که نظریه پیمانه‌ای نامیده‌ می‌شود.
نظریه پیمانه‌ای مبتنی بر وجود یک تقارن بنیادی به صورت موضعی هستند. علی‌رغم شباهت بنیادی این دو نظریه، تفاوت های مهمی بین آنها وجود دارد که در اینجا به شرح آن‌ها میپردازیم.

گلوئون ها که حامل های برهمکنش قوی می‌باشند، شبیه فوتون ها دارای بار الکتریکی صفر هستند، اما بر خلاف فوتون ها که با بار الکتریکی جفت شدگی دارند، گلوئون ها با بار رنگی جفتیده هستند. این امر بلافاصله به مستقل بودن برهم‌کنش قوی طعم می‌انجامد.

به عبارت دیگر، طعم های مختلق کوارکی دارای برهمکنش قوی یکسان هستند. اکنون میبینیم که دلیل این امر آن است که طعم های کوارکی متفاوت، هرکدام میتوانند دارای سه رنگ باشند که بار یکسانی با سایر طعم ها دارند. استقلال برهمکنش قوی از طعم، آشکارترین پی آمد خود را درمورد کوارک‌های u و d نشان می‌دهد که دارای جرم تقریبا یکسانی هستند.

این امر منجر به تقارن ایزواسپینی می شود. از جمله پی آمد‌های این مساله، تساوی تقریبی جرم پروتون و نوترون و حالت هایی با بار متفاوت چندگانه مثل پایون و کائون است. حالت رنگی دو کوارک تعویض می‌شود و گلوئون مبادله شده خود دارای بار رنگی است که مجموعا اصل پایستگی بار رنگی را اعمال میکنند.

همچنان کوارک ها میتوانند در سه حالت رنگی پدیدار باشند، گلوئون ها نیز میتوانند در هشت حالت رنگی وجود داشته باشند، اگر چه ما در اینجا نیازی به پراختن به جزییات این امر نداریم اولین چیزی که از بار رنگی غیر صفر گلوئون ها نتیجه می شود، این است که آنها نیز همانند کوارک های منفرد به صورت آزاد مشاهده نمی‌شوند و محصور میباشند.

نکته دوم آن است که به علت جفت شدگی گلوئون ها با ذراتی که دارای بدر رنگی هستند و از آنجا که گلوئون ها خود دارای بار رنگی هستند، گلوئون ها با گلوثونها نیز برهمکنش خواهند داشت. در نوع خود جفت شدگی گلوئون‌ها که معرف پایین ترین مرتبه در پراکندگی گلوئون - گلوئون می باشند.

اولین نمونه، فرآیند تبادل تک گلونونی است که شبیه به تبادل گلوئون در پراگندگی کوارک۔ کوارک است، نمودار دوم نیز مربوط به برهمکش نقطه ای (برد صفر است. اگر نیروهای ناشی از این دو برهمکنش جاذب و به اندازه کافی قوی باشند.

على الأصول میتوانند موجب پیدایش حالت های مقید دو گلوئونی یا بیشتر شوند. این یک حالت جدید و عجیب است که اصطلاحا گلوبال (توپ گلوئونی) نامیده می شود اگر چه برخی از آزمایشات ادعای مشاهده گلوبال ها را مطرح کرده اند. اما وجود خارجی این حالت هنوز مورد تردید است.

برهمکنش گلوئون۔ گلوئون. مشابهی در کیوای دی ندارد (فوتون ها با فوتونها مستقیما برهمکنش ندارند). این امر موجب تفاوت های اساسی بین خواص برهمکنشهای فوق با برهمکنش الکترومغناطیسی می گردد. این ویژگی ها شامل محصورشدگی رنگ و آزادی مجانبی میباشد.

مقصود از آزادی مجانبی آن است که برهمکش قوی در فاصه های کوتاه ضعیف تر میشود و برعکس، هر چه فاصله بین کوارک‌ها بیشتر باشد، برهمکنش قوی بین آنها قوی تر می شود. در این محدوده از برهمکنش قوی (فواصل زیاد).

نظریه بسیار پیچیده می شود و هنوز انجام محاسبات در نظریه به طور دقیق انجام نشده است به همین دلیل مجبوریم به نتایج محاسبات عددی اکتفا کنیم. این شیوه محاسبه، نظریه پیمانه ای در شبکه (Lattice gauge theory) نامیده میشود.

در این نوع شبیه سازی، محاسبات بر روی نقاط منفصل در یک شبکه سه بعدی انجام می شود. با کوچک کردن فاصله نقاط شبکه، این امیدواری وجود دارد که رفتار نظریه پیوسته با دقت مناسبی به دست آید.

این نوع محاسبات نیاز به کامپیوترهای بزرگ و پرسرعت دارند و به دست آوردن نتایح دقیق با توجه به تقریب هایی که به کار می رود، دشوار است. با این همه، در حال حاضر، بررسی پدیده محصورشدگی عمدتا متکی بر چنین محاسباتی است.

منبع : کتاب ذرات بنیادی مارتین

🆔 @physics3p

〰️ خطوط 21 سانتی متری هیدروژن خنثی

در مکان هایی که گاز بین ستاره ای سرد باشد، هیدروژن خنثی بوده و در حالت پایه است. این حالت پایه دارای دو تراز جدا از هم با اختلاف انرژی خیلی کم می باشد. دلیل این پدیده بر این پایه استوار است که پروتون و الکترون هر دو یک اسپین ذاتی دارند. چون الکترون و پروتون هر دو ذراتی باردار هستند، لذا حرکت اسپینی آنها یک میدان دو قطبی های مغناطیسی بوجود می آورند که آن را می توان با جمله ممان مغناطیسی مشخص کرد.

* ممان مغناطیسی یک ذره در حال چرخش به وسیله یک بردار نمایش داده می شود که متناسب با تکانه زاویه ای برداری آن ذره می باشد.

دو آرایش ممکن برای حالت پایه اتم هیدروژن خنثی وجود دارد: 1- بردار های ممان مغناطیسی پروتون و الکترون موازی و در یک امتداد هستند؛ چون این بردار ها جمع می شوند، یک حالت بالای انرژی مغناطیسی پدیدار می شود. 2- بردار های ممان مغناطیسی پروتون و الکترون مخالف یکدیگر باشند. در حالت اول، سیستم در انرژی مشخصا بالاتری نسبت به حالت مخالف قرار گرفته است که به عنوان اثر شکافتگی فوق ریز برای اتم هیدروژن در حالت پایه می نامیم.

یک گذار خود به خودی از یک حالت فوق ریز به حالت پایین تر می تواند همراه با تغییر جهت اسپین الکترون و گسیل یک فوتون بسیار کم انرژی اتفاق بیفتد. این گسیل تولید خط طیفی رادیویی 21 سانتی متری از هیدروژن خنثی را در بسامد 1.420406GHz می نماید.

وقتی اتم های هیدروژن در محیط بین ستاره ای برخورد کنند، معمولا الکترون هایشان را مبادله می کنند و این انتقال بر خوردی مهمترین روش در تغییر حالت فوق ریز این اتم ها می باشد. برای هر اتم هیدروژن بین ستاره ای مشخص، تغییر در هر یک از دو جهت در هر چهارصد سال فقط یک مرتبه رخ می دهد. به عبارت دیگر، یک اتم در حالت تحریک فوق ریز یک گذار خود به خودی به طرف پایین خواهد داشت که گسیل خط 21 سانتی متری کوانتومی را فقط یک بار در هر چند میلیون سال (به طور متوسط) به دنبال خواهد داشت، زیرا این گذار به شدت ممنوع است.

▫️ نمایه خط 21 سانتی متری اغلب چندین قله انتقال یافته دوپلری دارد و این نشان می دهد که گاز به جای داشتن یک توضیع یکنواخت در سراسر کهکشان، در مناطقی مشخص و مجزا مانند باز های مارپیچی، متمرکز شده است.

🔺منبع: کتاب نجوم و اخترفیزیک مقدماتی " زیلیک - گرگوری"

🆔@physics3p

#فیزیک_کوانتوم


تصویری ترسناک. دمای دو متر سطح کره زمین ( منبع ناسا)


🆔@physics3p

بحرانی عمیقی که فیزیکدانان را مجبور به بازنگری قوانین بنیادی طبیعت می‌کند(قسمت دوم)

☆ برخی منتقدان، طبیعی بودن را به عنوان یک ترجیح  زیبایی‌شناسی محض شناخته و رد می‌کنند. اما دیگران به زمانی اشاره می‌کنند که این استراتژی، حقایق پنهان و دقیقی از طبیعت را آشکار می‌کند.


☆ طبیعی بودن چه کاری می‌تواند انجام دهد؟

در سال ۱۹۷۴ میلادی یعنی چند سال پیش از ابداع واژه طبیعی بودن، ماری کاترین گیلارد (Mary K. Gaillard) و بن لی (Ben Lee) به وسیله همین استراتژی موفق به پیش‌بینی ذره‌ای شدند که تا آن زمان فرضی قلمداد می‌شد. این ذره که اکنون کوارک افسون (Charm Quark) نام دارد ظرف مدت چند ماه بعد از این پیش‌بینی، مشاهده شد.


☆ گرانش همه چیز را به هم می‌ریزد!

نظریه‌پردازان در دهه ۸۰ میلادی متوجه شدند که گرانش از قوانین تقلیل‌ گرایی پیروی نمی‌کند. اگر شما دو ذره را با سرعت کافی به هم برخورد دهید، انرژی حاصل در نقطه برخورد به قدری متراکم می‌شود که یک سیاهچاله به وجود می‌آید؛ یک  ناحیه با گرانش بسیار زیاد که امکان فرار هیچ ماده‌ای از آن وجود ندارد. حال اگر سرعت ذرات را از این هم بیش‌تر کنیم نتیجه یک سیاهچاله بزرگ‌تر می‌شود. در این حالت می‌بینیم که انرژی بیش‌تر سبب دسترسی به فواصل کم‌تر نمی‌شود؛ درست برعکس چیزی که قبلا مشاهده کرده‌ایم. پس هرچه ذرات را محکم‌تر به هم بزنید منطقه غیرقابل مشاهده (افق رویداد ساهچاله) بزرگ‌تر می‌شود. سیاهچاله‌ها و نظریه گرانش کوانتومی که شرایط درون آن‌ها را توصیف می‌کند، رابطه معمول بین انرژی‌های بالا و فواصل کوتاه را برعکس می‌کنند.

اگر میان دو حالت بزرگ‌مقیاس و ریزمقیاس تعاملی وجود داشته باشد، باعث جلوگیری از فاصله معمول میان این دو شده و کارایی نظریه میدان موثر را از بین می‌ببرد.

☆ ادغام بزرگ‌مقیاس و ریزمقیاس توانایی این را دارد که با کنار گذاشتن ساختار تقلیل‌گرایی در EFT، مسائل طبیعی بودن را حل کند.

تقلیل‌گرایی بیان می‌کند که فیزیک بزرگ‌مقیاس از فیزیک ریزمقیاس به وجود آمده‌است و نه برعکس ریزمقیاس نمی‌تواند از بزرگ‌مقیاس تاثیر بپذیرد و یا به وسیله آن توصیف شود.
منبع: دیپ لوک



🆔 @Physics3p

#فیزیک_کوانتوم


آینده ربات‌ها و تاثیر آنها بر زندگی انسانها را چگونه می‌بینید؟


🆔@physics3p

‍ ثابت کیهان شناسی چیست؟

احتمالاً ثابت کیهان شناسی نوعی شکل معما یا ماده است که در تقابل با گرانش عمل می کند و بسیاری از فیزیکدانان آن را معادل انرژی تاریک می دانند. هیچ کس واقعاً نمی داند که ثابت کیهان شناسی دقیقاً چیست، اما در معادلات کیهان شناسی برای سازگاری نظریه با مشاهدات ما از جهان به این الزام نیاز است.

انیشتین در سال ۱۹۱۵ به عنوان وسیله ای برای تعادل بخشی محاسبات در نظریه نسبیت عام خود، ثابت کیهانی را که او آن را “ثابت جهانی” نامید، ارائه داد. در آن زمان، فیزیکدانان معتقد بودند که جهان ایستا است – نه در حال انبساط است و نه در حال انقباض – اما اینشتین نشان می دهد که گرانش باعث می شود یکی یا دیگری را انجام دهد. بنابراین، برای انطباق با اجماع علمی، انیشتین یک فاکتور میانی را وارد كرد، كه با حرف یونانی لاندا مشخص می شود، و این كیهان را ثابت نگه می دارد.

با این حال کمی بیشتر از یک دهه بعد، ستاره شناس آمریکایی ادوین هابل متوجه شد که کهکشان ها در  واقع از ما دور می شوند و این نشان دهنده گسترش جهان است. انیشتین لاندا را “بزرگترین اشتباه” خود خواند.

یک توضیح بالقوه برای ثابت کیهان شناسی در حوزه فیزیک ذرات مدرن نهفته است. آزمایشات تأیید کرده است که فضای خالی توسط ذرات بیشماری مجازی که به طور مداوم در حال و خارج از وجود هستند نفوذ می کند.

منبع: آندرومدا مگ




🆔@physics3p

بحران عمیقی که فیزیکدانان را مجبور به بازنگری قوانین بنیادی طبیعت می‌کند (قسمت سوم)

در قسمت قبل ایده قدیمی تقلیل گرایی را بررسی کردیم و دیدیم که چگونه گرانش کوانتومی مانع از پایبندی طبیعت به این ایده می‌شود و در نتیجه ممکن است پاسخ به پرسش‌ها و راه‌حل بحران‌های موجود را بتوان در ادغام مقیاس‌ها به وسیله یک نظریه گرانش کوانتومی پیدا کرد.

☆ چگونه ادغام بزرگ‌مقیاس و ریزمقیاس می‌تواند طبیعی‌بودن را نجات دهد؟

دراپر و همکارانش روی حد CKN کار می‌کنند. محققان مذکور بر روی این سوال کار می‌کردند که اگر تعدادی ذره را درون یک جعبه قرار داده و آن را گرم کنیم، حداکثر تا چه میزان می‌توانیم انرژی ذرات را افزایش دهیم، پیش از این که جعبه تبدیل به یک سیاهچاله شود. محاسبات آن‌ها نشان داد که تعداد حالات پرانرژی که ذرات می‌توانند درون یک جعبه داشته باشند، پیش از آن که جعبه تبدیل به سیاهچاله شود، با سطح جعبه به توان سه چهارم متناسب است (به عبارتی هر جعبه تا پیش از سیاهچاله شدن فقط می‌تواند تعداد مشخصی ذره با انرژی بالا داشته باشد). نکته اینجاست که در این رابطه، سطح جعبه مهم است و نه حجم آن.

سپس آن‌ها فهمیدند که اگر همین حد (حد CKN) را بر روی کیهان اعمال کنند، بحران ثابت کیهانشناسی حل می‌شود. بر این اساس جهان قابل مشاهده مانند یک جعبه بزرگ است.

☆ دیگر محققان پاسخ به این پرسش را در یک نظریه خاص در حوزه گرانش کوانتومی دنبال می‌کنند: نظریه ریسمان. نظریه پردازان این حوزه استیون آبل (Steven Abel) و کیث دینس (Keith Dienes) نشان دادند که چگونه ادغام بزرگ‌مقیاس و ریزمقیاس در نظریه ریسمان می‌تواند به بحران‌های سلسله‌مراتبی و ثابت کیهانشناسی اشاره کند.

منبع: دیپ لوک



🆔@physics3p