إفناء
عودة للموسوعة|
مادة مضادة | ||
| الإفناء | ||
|
الأدوات
| ||
|
الجسيمات المضادة
| ||
|
الإستخدامات
| ||
|
الهيئات
| ||
|
الأشخاص
| ||
الإفناء في الفيزياء وفي نظرية المجال الكمي هي ظاهرة تحول الإلكترون ونقيضه البوزيترون كلية إلى شعاع غاما. وكما نرى فتعبير إفناء لا يقصد منه إفناء الطاقة وإنما المادة ومضادهافقانون بقاء الطاقة ينطبق على الطاقة كما ينطبق على الكتلة. أي حتى الطاقة لا تفني، والكتلة لا تفنى وكلتاهما صورتان لشيئ واحد . وقد صاغ أينشتاين ذلك التكافؤ بين المادة والطاقة بالعلاقة المشهورة .
E = mc2
حيث:
E الطاقة ووحدتها كيلوجرام .متر مربع / ثانية مربع أوجول
m كتلة الجسم أوالجسيم كيلوجرام
c سرعة الضوء في الفراغ ثلاثة × 108 متر/ثانية.
وحدثة إفناء هي ترجمة حدثة annihilation الإنجليزية وهذه أخذت عن اللاتينية nihil التي تعني (لا شيء) . وكما بينا أعلاه لا إفناء للمادة ولا للطاقة وإنما تحول من حالة إلى حالة.
ونقيض الإلكترون أوالبوزيترون هوجسيم أولي له نفس كتلة الإلكترون وله كم من الشحنة تساوي تماما كمة شحنة الإلكترون إلا أنها شحنة موجبة . وليست شحنة سالبة كالتي يحملها الإلكترون.
فعندما يلتقيا أويصتدما الإلكترون والبوزيترون يتحولان إلى شعاعين من أشعة غاما يحملا طاقتيهما، وتنقسم الطاقة الكلية بين الشعاعين بالتساوي . وهذا ما يتطلبه قانون انحفاظ الطاقة وقانون انحفاظ كمية الحركة . فتبلغ طاقة جميع شعاع غاما 0.511 MeV ، ويكون الشعاعان متضادين في الاتجاه .
وتبلغ كتلة السكون للإلكترون 0.511 MeV ، وتبلغ كتلة السكون للبوزيترون 0.511 MeV، وعند اصطدامهما تتحول كتليهما إلى طاقة، وتظهر هذه الطاقة في هيئة شعاعي غاما، ويحمل جميع شعاع طاقة قدرها 0.511 MeV.
كذلك يمكن حتى تحدث عملية الإفناء أوالتحلل للبروتون ونقيض البروتون antiproton ، وتكون نتيجة التحلل إنتاج 2 من الفوتونات (شعاعي غاما)، جميع واحد منهما له كتلة ساكنة = 938 MeV. وإذا كانت طاقة البروتون ونقيض البروتون أعلى من 2 × MeV 1876 = 938 بسبب سرعاتهم الكبيرة، تتوزع الطاقة الكلية بين الفوتونين الناتجين بالتساوي . وطبقا لقانون انحفاظ كمية الحركة ينطلق الشعاعان في اتجاهين منعكسين.
أمثلة على التحلل أوالإفناء
- + → +
عند اصطدام إلكترون بطيئ السرعة مع بوزيترون بطيئ يتحللان وينشأ في العادة شعاعان من أشعة غاما طالما لا يحمل الإلكترون أوالبوزيترون طاقة حركة كبيرة، تساعد على نشأة جسيمات أخرى . أما إذا كان أحد الجسيمان الإلكترون أوالبوزيترون يحمل طاقة حركة كبيرة فيمكن خلال تلك العملية حتى تنشأ جسيمات جديدة إذا كانت طاقة الحركة كافية، وتلك العملية هي عكس "الإفناء" فهي تسمى عملية إنتاج زوجي . وأحيانا تحمل الصور المأخوذة في المعجلات صورا لتحول أشعة غاما الصادرة عن الإلكترون والبوزيترون إلى جسيمات أخرى.
تحلل الإلكترون والبوزيترون عند التقائهما لا يمكن حتى ينتج شعاعا واحدا من أشعة غاما بسبب قانون انحفاظ كمية الحركة الذي يمنع حدوث ذلك، أويمكن حتى يسمح به بشرط وجود جسيم ثالث (مثل نواة ذرية) تقوم بحمل كمية الحركة الزائدة . لذلك يتحلل البوزيترون والإلكترون عند اصطدامهما ببعض إلى شعاعين غاما.
بالتامل لمعادلة التفاعل أعلاه يتبين أنه إذا كانت طاقة حركة الإلكترون والبوزيترون صغيرة فإن التحول يصير بمقدار كتلة السكون للإلكترون وكتلة السكون للبوزيترون، وكلاهما متساويان ويبلغ جميع منهما 51و0 مليون إلكترون فولت . يناء عن ذلك ينشأ عن تفاعلهما شعاعين غاما، جميع شعاع منهما ذوطاقة 51و0 مليون إلكترون فولت أيضا .
وبافتراض حتى لدينا إلكترون وبوزيترون يحمل جميع منهما طاقة حركة قدرها 03و0 مليون إلكترون فولت واصطدما ببعضهما و"أفنى" جميع منهما الآخر، فينشأ عن التفاعل شعاعان غاما جميع منهما له طاقة قدرها 54و0 مليون إلكترون فولت .
افناء البروتون ونقيض البروتون
نقيض البروتون هوبروتون ذوشحنة سالبة، وعندما يجتمعان يتفاعلان مع بعضهما البعض بطريقة أعقد من التقاء الإلكترون بالبوزيترون. فبصفة عامة فإن اصطدام بروتون بنقيضه ينتج عددا من الميزونات ومعظمهاقد يكون ميسون-بي أوميسون-كي وهذه تتطاير من نقطة الاصطدام . ولكن الميزونات المتكونة لا تكون مستقرة وتتحلل سريعا منتجة أشعة غاما ، وإلكترونات ، وبوزيترونات ونيوترينوات.
(إشارة:يبلغ كتلة البروتون 980 مليون إلكترون فولت أي أكبر نحو1840 مرة من كتلة الإلكترون التي تبلغ فقط 51و0 مليون إلكترون فولت . كذلك تبلغ كتل الميسونات أقل بكثير من كتلة البروتون أوكتلة نقيض البروتون.)
كما يتم هدا النوع من التفاعل بين أي باريون (مكون من ثلاثة كواركات) مع أي نقيض الباريون (مكون من ثلاثة نقيض كواركات ) . كما يمكن لنقيض البروتون "إفناء" النيوترون على هذا النحو.
ونجد خصائصا للتفاعلات التي تنتج ميسونات . فيحتوي البروتون على 2 كواركات علوية و1 كوارك سفلي، في حين يتكون نقيض البروتون من ثلاثة لنقيض كواركات . وتعمل القوة القوية على تفاعل شديد بين الكواركات ومضادات الكواركات، فعندما يقترب بروتون من مضاد البروتون تميل الكواركات للالتحام بمضادات الكواركات وتكون ثلاثة من ميسونات-بي. وتنتج كاقة كبيرة عن هذا التفاعل حيث حتى كتلة السكون للثلاثة ميسونات-بي أقل بكثير من كتلتي البروتون ومضاد البروتون. وتظهر تلك الطاقة الزائدة في هيئة طاقة حركة للميسونات الناتجة، أوأشعة غاما، أويمكنها عن طريق إنتاج زوجي تكوين أزواجا إضافية من الكوارك-نقيض الكوارك .
انظر أيضا ً
- إفناء إلكترون-بوزيترون
- إنتاج زوجي
- طيف كهرومغناطيسي
- قائمة الجسيمات
- نظرية النموذج العياري
- مصادم الهدرونات الكبير
- المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية
مراجع
- ^ Antimatter - منطق من مسقط سيرن ينص في آخره على ما يلي: But when matter and antimatter come into contact, they annihilate – disappearing in a flash of energy. نسخة محفوظة 16 أكتوبر 2015 على مسقط واي باك مشين.
-
صور وملفات صوتية من كومنز
صور وملفات صوتية من كومنزالتصنيفات: جسيمات أولية, دمار, فيزياء الجسيمات, مادة مضادة, ميكانيكا الكم, قالب أرشيف الإنترنت بوصلات واي باك, بوابة الفيزياء/مقالات متعلقة, بوابة ميكانيكا الكم/مقالات متعلقة, جميع المقالات التي تستخدم شريط بوابات, صفحات تستخدم خاصية P227
