پنجشنبه، تیر ۲۲، ۱۳۸۵

داستان پایان‌نامه‌ی من _ قسمت دوّم

(توضیح: برای این كه توضیحات تاریخی تا حدّ ممكن مختصر و مفید شوند، از كتاب جناب استاد Griffiths در این قسمت استفاده می‌كنم. نام چند منبع بسیار خوب در زمینه‌ی تاریخ فیزیك ذرّات بنیادی را هم در انتها خواهم‌آورد.)

داستان واقعی فیزیك ذرّات بنیادی در سال 1897 با كشف الكترون توسّط J.J.Thomson آغاز شد. تامسون می‌دانست كه اشعه‌ی كاتدی را می‌توان در میدان مغناطیسی حاصل از یك آهن‌ربا منحرف كرد. بنابر‌این نتیجه گرفت كه این اشعه در واقع از ذرّاتی باردار تشكیل شده‌است. حالا شما ممكن است بپرسید اشعه‌ی كاتدی دیگر چیست؟ جریان از این قرار است كه در ساختار بلور فلزّات، به ازای هر اتم یك یا چند الكترون آزاد وجود دارد كه تقریباً در همه‌ی نمونه‌ی فلزّی كه می‌بینیم می‌تواند آزادانه حركت كند. میزان انرژی لازم برای این كه بشود این الكترونها را از فلز خارج كرد كم است و البتّه برای فلزّات مختلف متفاوت است. امّا به طور كلّی اگر شما یك قطعه فلز را داغ كنید، میلیاردها الكترون به راحتی انرژی لازم برای فرار كردن از ساختار بلوری فلز را به دست می‌آورند و از سطح آن جدا می‌شوند. فلزّاتی كه انرژی لازم برای جدا كردن الكترون از آنها كمتر است، غالباً برای ساخت كاتد به كار می‌روند و جریانی كه با گرم كردن آنها (كاتد گرم) یا انرژی دادن به آنها به روشهای دیگر (كاتد سرد) به دست می‌آید، جریان یا اشعه‌ی كاتدی نام دارد. هنگامی كه تامسون آزمایش معروف خود را انجام می‌داد، كسی به این شكل كه توصیف كردم قضیه را نمی‌دانست و اشعه‌ی كاتدی به عنوان شكلی از تابش شناخته‌ می‌شد، و طبعاً نه به عنوان جریانی از الكترونها. اگر الآن این نوشته‌ها را روی یك مانیتور CRT می‌خوانید، در پشت صفحه‌ی مانیتور و دقیقاً روبه‌روی شما یك تفنگ الكترونی قرار دارد كه الكترونها مورد نیازش را از طریق یك قطعه فلزّ كاتد فراهم می‌كند و بعد از جهت‌دهی آنها را به سمت صفحه می‌فرستد.

به هر حال تامسون با عبور دادن جریان كاتدی از میدانهای الكتریكی و مغناطیسی عمود برهم و تنظیم كردن میدانها، توانست سرعت ذرّات تشكیل‌دهنده‌ی این اشعه (حدود 0.1 سرعت نور) و همچنین نسبت بار آنها به جرمشان را تعیین كند. این نسبت در مقایسه با یونهایی كه تا آن موقع می‌شناختند بسیار بزرگ بود و نشان می‌داد كه اشعه‌ی كاتدی از ذرّاتی با بار بسیار زیاد و یا جرم بسیار ناچیز تشكیل شده‌است. تامسون این ذرّات را corpuscles نامید و بار الكتریكی آنها را الكترون خواند كه بعداً این نام برای خود این ذرّات هم به كار رفت. او همچنین به درستی فهمید كه این ذرّات از اجزای اصلی تشكیل دهنده‌ی ماده هستند. امّا مشكلی كه باقی می‌ماند این بود كه این ذرّات دارای بار منفی و بسیار سبك بودند، در حالی كه هر نمونه‌ی عادّی از مواد بدون بار (خنثی) است و بنابراین باید جرم آن به طور عمده ناشی از «چیزی» بسیار سنگین‌تر از الكترونها و دارای بار منفی باشد. در این قسمت تامسون چندان موفّق نبود و مدلی ارائه داد كه طبق آن الكترونها مانند كشمشهایی كه درون یك كیك كشمشی قرار دارند، در ساختار سنگین و دارای بار مثبت ماده قرار گرفته و ثابت هستند. یادمان باشد كه تامسون قدم اصلی و اوّل را برداشت و حتّی مدل «كیكی» او راه را برای مدلهای بعدی هموار كرد. به پاس خدمت علمی ارزشمند سر جوزف جان تامسون در كشف الكترون، جایزه‌ی نوبل فیزیك در سال 1906 به وی اعطا شد. تصویر زیر ایشان را در آزمایشگاهشان و در حال كار روی دستگاه معروفی كه كشف الكترون را با آن به انجام رساندند نشان می‌دهد.

همان طور كه لابد از كتابهای شیمی ملال‌آور دبیرستان به خاطر دارید، كسی كه قدم بعدی را برداشت، رادرفورد بود كه در پست بعدی از این سری به آن خواهم پرداخت و البتّه سعی خواهم كرد نوشته‌ام شبیه آن كتابهای دوران دبیرستان نشود.

داستان جذّاب فیزیك ذرّات بنیادی (كه همچنان ادامه دارد) را در كتابهای زیادی و از جمله در كتابهای زیر می‌توانید دنبال كنید:

C. N. Yang, Elementary Particles (Princeton, N.J.: Princeton University Press, 1961)

J. S. Trefil, From Atoms to Quarks (New York: Scribners, 1980)

F. E. Close, The Cosmic Onion (London: Heinemann Educational Books, 1983)

A. Keller, The Infancy of Atomic Physics (Oxford: Oxford University Press, 1983)

S. Weinberg, Subatomic Particles (New York: Scientific American Library, 1983)

A. Pais, Inward Bound (Oxford: Clarendon Press, 1986)

M. K. Sundaresan, Handbook of Particle Physics (Florida, CRC Press, 2001)

برخی منابع پیشرفته‌تر را جناب استاد واینبرگ در انتهای فصل اوّل كتاب The Quantum Theory Of Fields آورده‌اند كه اگر خدا بخواهد به آنها هم خواهیم‌رسید.

برچسب‌ها: ,

0 Comments:

ارسال یک نظر

Links to this post:

ایجاد یک پیوند

<< Home