یکشنبه، اردیبهشت ۰۹، ۱۳۸۶

داستان پایان‌نامه‌ی من_ قسمت پنجم

شاید نقطه‌ی شروعم برای این سری از پست‌ها زیاد دوردست بود. امّا اشکال ندارد. اگر بتوانم ادامه دهم احتمالاً این داستان چندان ملال‌آور نخواهدبود.

قسمت‌های قبلی این داستان را در این جا، این جا، این جا و این جا می‌توانید ببینید.

بعد از کار نیلز بوهر در مدل کردن ساختار اتم هیدروژن و ارائه‌ی روابطی ساده برای تعیین ترازهای الکترونی آن و در نتیجه طیف تابشی آن، و همچنین بر اساس کارهای رادرفورد، تصویری نسبتاً سازگار از ساختار اتم به دست آمده‌بود که کم و بیش مورد قبول بود: الکترونهای سبک که بار منفی دارند به دور هسته‌ی سنگینی که بار مثبت دارد «می‌چرخند» و این چرخش بر روی مدارهای مشخّصی که تئوری بوهر ارائه می‌کرد انجام می‌پذیرفت. به ازای هر الکترون، یک پروتون با بار مخالف آن در هسته وجود دارد و به این ترتیب اتم به طور کلّی از نظر الکتریکی خنثی است. امّا آیا این مدل توانایی توصیف تمامی اتمها را داشت؟ نه! ساده‌ترین اتم بعد از هیدروژن، یعنی همان هلیوم، چهار برابر سنگین‌تر از هیدروژن بود. در مورد عدد اتمی هلیوم، و در نتیجه تعداد الکترون‌های آن، و باز هم در نتیجه تعداد پروتون‌های درون هسته‌ی آن تردیدی وجود نداشت. اگر تصویر بوهر و رادرفورد درست و کامل بود، پس چرا اتم هلیوم چهار برابر اتم هیدروژن جرم داشت، به جای آن که تنها دو برابر سنگین‌تر باشد؟

آزمایش رادرفورد را به یاد دارید؟ او ذرّات آلفا را که از یک منبع رادیو اکتیو ساطع می‌شدند به سمت یک ورقه‌ی نازک طلا تابانید و توزیع زاویه‌ای ذرّات منحرف‌شده را اندازه گرفت. آن ذرّات آلفا در واقع همان هسته‌های اتم هلیوم هستند. هلیوم نه تنها از لحاظ الکترونی، بلکه از لحاظ هسته‌ای هم عنصری بسیار پایدار است. چرا؟

عنصر سنگین بعدی لیتیوم است که آن هم به جای آن که سه برابر هیدروژن سنگین باشد، هفت برابر آن جرم دارد و این مسأله در طول جدول تناوبی ادامه می‌یابد.

توضیح این مسأله، به نسبت شتاب فیزیک مدرن در نیمه‌ی نخست قرن بیستم، بسیار دیر ارائه شد. در سال 1932 چادویک ذرّه‌ای را کشف کرد که هم‌جرم پروتون بود، امّا بار الکتریکی نداشت. این ذرّه همان طور که می‌دانید، نوترون (یعنی خنثی) نامیده شد. هسته‌ی هلیوم به طور معمول حاوی دو پروتون به علاوه‌ی دو نوترون است، هسته‌ی لیتیم غالباً چهار نوترون دارد. تعداد نوترونها را در هر هسته عدد نوترونی می‌گوییم، و تعداد پروتون‌ها که نشانگر خواصّ شیمیایی اتم نیز هست، عدد اتمی نام دارد. هسته‌ی یک عنصر خاص، می‌تواند با چند مقدار مختلف عدد نوترونی وجود داشته‌باشد که به هر کدام یک ایزوتوپ می‌گویند. این که گفتم هسته‌ی هلیوم به طور معمول دو نوترون دارد، به این دلیل است که پایدارترین (و در نتیجه فراوان‌ترین) ایزوتوپ هلیوم دارای دو نوترون است. هلیوم دارای هفت ایزوتوپ ناپایدار دیگر نیز هست که عدد نوترونی آنها بین 1 تا 8 است. ایزوتوپ‌های ناپایدار هر عنصری بعد از مدّتی با یک واپاشی هسته‌ای به یک ایزوتوپ پایدار یا پایدار‌تر تبدیل می‌شود. متداول‌ترین واکنشهای واپاشی هسته‌ای عبارتند از واپاشی بتا، واپاشی آلفا، گسیل نوترون و واپاشی گاما (که در واقع عدد اتمی و نوترونی را تغییر نمی‌دهد).

با کشف نوترون دوران کلاسیک ذرّات بنیادی به پایان رسید، دورانی که سؤال «ماده از چه چیزی ساخته‌شده» پاسخی نسبتاً ساده داشت: الکترون، پروتون و نوترون. در هیچ زمانی قبل یا بعد از آن زمان، این سؤال به چنین پاسخ زیبا و کاملی نرسید. مزون یوکاوا، پوزیترون دیراک و نوترینوی پائولی در راه بودند تا دوران میانی را خلق کنند.

برچسب‌ها: ,

1 Comments:

At دوشنبه, اردیبهشت ۱۷, ۱۳۸۶ ۴:۳۸:۰۰ بعدازظهر, Blogger papillon said...

آف شدم و بعد كه اين پست رو خوندم دارم اين كامنت رو مي نوسم، براي همين قسمت هاي ديگر رو نخونده ام. اما چقدر روان و البته خود موضوع جالب است. منتظر ادامه اش هستم. دليل آغاز به خوندن اين پست هم، حساسيتم به اسم بوهره!

 

ارسال یک نظر

Links to this post:

ایجاد یک پیوند

<< Home