فیزیک به سبک کلاسیک
آزمایش شماره دوم نوسان هسته آهنی درون سلف #آزمایش
آهان راستی با این درباز کن خونه هم میتونید بسازید
👍1
تنها ظرفیت خازن با خطای تقریباً نه درصد محاسبه شد.
بقیه کمیت ها خطایی کمتر از چهار درصد داشتند
بقیه کمیت ها خطایی کمتر از چهار درصد داشتند
شما فکر می کنید کسی که عاشق فیزیک باشد اینگونه برخورد میکند؟
به قول یکی از اساتید مجرب و سالخورده جناب قمری گرامی: هر وقت دانشجویی سوالی در جایی می فرستاد شده ساعت ها درگیرش می شوم و گذر زمان را احساس نمی کنم. تا به جواب نرسم بیخیال نمی شوم در اتوبوس کسانی که من را دیده اند متوجه هستن.
به قول یکی از اساتید مجرب و سالخورده جناب قمری گرامی: هر وقت دانشجویی سوالی در جایی می فرستاد شده ساعت ها درگیرش می شوم و گذر زمان را احساس نمی کنم. تا به جواب نرسم بیخیال نمی شوم در اتوبوس کسانی که من را دیده اند متوجه هستن.
👍5👎1
✅ دوازدهمین وبینار شاخه فیزیک محاسباتی - چهارم خرداد
#اخبار_انجمن_فیزیک_ایران
دوازدهمین وبینار شاخه فیزیک محاسباتی انجمن فیزیک ایران به یک سخنرانی تخصصی اختصاص خواهد داشت. دکتر پویا پرتوی آذر از Martin Luther University, Halle- Wittenberg سخنرانی خود را با عنوان « بررسی خواص اجزای باتری های لیتیم-سولفور براساس محاسبات اصول اولیه » در روز چهارشنبه چهارم خرداد ساعت هجده به سمع ...
📣 متن کامل را در Instant View ⚡️ (دکمه پایین صفحه) و یا در وبگاه انجمن فیزیک ایران بخوانید:
🚩http://www.psi.ir/اخبار_3655_دوازدهمین_وبینار_شاخه_فیزیک_محاسباتی_چهارم_خرداد
⏪ وبگاه انجمن فیزیک ایران:
🌍 http://www.psi.ir
✅ به کانال خبرى انجمن فیزیک ايران بپيوندید:
👇👇🏽👇👇🏽👇👇🏽👇
http://t.me/psinews
#اخبار_انجمن_فیزیک_ایران
دوازدهمین وبینار شاخه فیزیک محاسباتی انجمن فیزیک ایران به یک سخنرانی تخصصی اختصاص خواهد داشت. دکتر پویا پرتوی آذر از Martin Luther University, Halle- Wittenberg سخنرانی خود را با عنوان « بررسی خواص اجزای باتری های لیتیم-سولفور براساس محاسبات اصول اولیه » در روز چهارشنبه چهارم خرداد ساعت هجده به سمع ...
📣 متن کامل را در Instant View ⚡️ (دکمه پایین صفحه) و یا در وبگاه انجمن فیزیک ایران بخوانید:
🚩http://www.psi.ir/اخبار_3655_دوازدهمین_وبینار_شاخه_فیزیک_محاسباتی_چهارم_خرداد
⏪ وبگاه انجمن فیزیک ایران:
🌍 http://www.psi.ir
✅ به کانال خبرى انجمن فیزیک ايران بپيوندید:
👇👇🏽👇👇🏽👇👇🏽👇
http://t.me/psinews
t.me
دوازدهمین وبینار شاخه فیزیک محاسباتی - چهارم خرداد
نظریه کوانتومی و نسبیت خاص را برای توصیف رفتار الکترونی که با سرعت نسبیتی حرکت می کند، ترکیب می کرد. معادله - که در سال 1933 جایزه نوبل را برای دیراک به ارمغان آورد - یک مشکل ایجاد کرد: همانطور که معادله x 2 = 4 می تواند دو راه حل ممکن داشته باشد (x = 2 یا x = -2)، معادله دیراک نیز می تواند دو راه حل داشته باشد، یکی برای یک الکترون با انرژی مثبت و یکی برای الکترون با انرژی منفی. اما فیزیک کلاسیک (و عقل سلیم) حکم میکند که انرژی یک ذره باید همیشه یک عدد مثبت باشد.
دیراک معادله را به این معنا تفسیر کرد که برای هر ذره یک پادذره وجود دارد که دقیقاً با ذره مطابقت دارد اما با بار مخالف. برای مثال، برای الکترون باید یک «ضدالکترون» یا «پوزیترون» وجود داشته باشد که از هر نظر یکسان باشد اما بار الکتریکی مثبتی داشته باشد. این بینش امکان وجود کل کهکشانها و جهانهای ساخته شده از پادماده را باز کرد.
اما وقتی ماده و پادماده با هم تماس پیدا میکنند، از بین میروند - در یک جریان انرژی ناپدید میشوند. انفجار بزرگ باید مقدار مساوی ماده و پادماده ایجاد می کرد. پس چرا ماده به مراتب بیشتر از پادماده در جهان وجود دارد؟
در سرن، فیزیکدانان پادماده را برای مطالعه در آزمایشات می سازند. نقطه شروع، کاهش دهنده آنتی پروتون است که سرعت پادپروتون ها را کاهش می دهد تا فیزیکدانان بتوانند خواص آنها را بررسی کنند.
دیراک معادله را به این معنا تفسیر کرد که برای هر ذره یک پادذره وجود دارد که دقیقاً با ذره مطابقت دارد اما با بار مخالف. برای مثال، برای الکترون باید یک «ضدالکترون» یا «پوزیترون» وجود داشته باشد که از هر نظر یکسان باشد اما بار الکتریکی مثبتی داشته باشد. این بینش امکان وجود کل کهکشانها و جهانهای ساخته شده از پادماده را باز کرد.
اما وقتی ماده و پادماده با هم تماس پیدا میکنند، از بین میروند - در یک جریان انرژی ناپدید میشوند. انفجار بزرگ باید مقدار مساوی ماده و پادماده ایجاد می کرد. پس چرا ماده به مراتب بیشتر از پادماده در جهان وجود دارد؟
در سرن، فیزیکدانان پادماده را برای مطالعه در آزمایشات می سازند. نقطه شروع، کاهش دهنده آنتی پروتون است که سرعت پادپروتون ها را کاهش می دهد تا فیزیکدانان بتوانند خواص آنها را بررسی کنند.
👍2
مشکل عدم تقارن
انفجار بزرگ باید مقادیر مساوی ماده و پادماده را در جهان اولیه ایجاد می کرد. اما امروزه همه چیزهایی که از کوچکترین اشکال حیات روی زمین تا بزرگترین اجرام ستاره ای می بینیم تقریباً به طور کامل از ماده ساخته شده است. در مقایسه، پادماده زیادی یافت نمی شود. باید اتفاقی افتاده باشد که تعادل را به هم بزند. یکی از بزرگترین چالشهای فیزیک این است که بفهمیم برای پادماده چه اتفاقی افتاده است، یا چرا شاهد عدم تقارن بین ماده و پادماده هستیم.
ذرات پادماده جرم مشابهی با ذرات ماده خود دارند، اما کیفیت هایی مانند بار الکتریکی مخالف هستند. به عنوان مثال، پوزیترون با بار مثبت، ضد ذره الکترون با بار منفی است. ذرات ماده و پادماده همیشه به صورت یک جفت تولید می شوند و در صورت برخورد با همدیگر را از بین می برند و انرژی خالص را از خود به جا می گذارند. در اولین کسری از ثانیه بیگ بنگ ، جهان داغ و متراکم با جفت های ذره-پاد ذره که به وجود می آمدند و خارج می شدند، وزوز می کرد. اگر ماده و پادماده با هم ساخته و از بین بروند، به نظر می رسد که جهان چیزی جز انرژی باقیمانده نداشته باشد.
با این وجود، بخش کوچکی از ماده - حدود یک ذره در هر میلیارد - توانست زنده بماند. این چیزی است که امروز می بینیم. در چند دهه گذشته، آزمایشهای فیزیک ذرات نشان دادهاند که قوانین طبیعت به طور یکسان در مورد ماده و پادماده اعمال نمیشوند. فیزیکدانان مشتاق کشف دلایل آن هستند. محققان دگرگونی های خود به خودی بین ذرات و پادذرات آنها را مشاهده کرده اند که میلیون ها بار در ثانیه قبل از تجزیه آنها رخ می دهد. برخی از موجودات ناشناخته ای که در این فرآیند در جهان اولیه مداخله می کردند، می توانستند این ذرات "نوسان کننده" را بیشتر به عنوان ماده واپاشی کنند تا اینکه به عنوان پادماده تجزیه شوند.
سکه ای را در نظر بگیرید که روی میز می چرخد. می تواند روی سر یا دم خود فرود آید، اما نمی توان آن را به عنوان "سر" یا "دم" تعریف کرد تا زمانی که چرخش متوقف شود و به یک طرف بیفتد. یک سکه 50 تا 50 شانس دارد که روی سر یا دمش بیفتد، بنابراین اگر به اندازه کافی سکه دقیقاً به همین ترتیب چرخیده شود، نیمی باید روی سر و نیمی دیگر روی دم فرود بیاید. به همین ترتیب، نیمی از ذرات در حال نوسان در جهان اولیه باید به صورت ماده و نیمی دیگر به عنوان پادماده تجزیه شده باشند.
با این حال، اگر نوع خاصی از سنگ مرمر روی میز سکههای در حال چرخش بغلتد و باعث شود هر سکهای که برخورد میکند روی سرش فرود آید، کل سیستم را مختل میکند. تعداد سرها بیشتر از دم خواهد بود. به همین ترتیب، مکانیسم ناشناختهای میتوانست با ذرات نوسانی تداخل داشته باشد و باعث شود که اکثریت جزئی آنها به عنوان ماده تجزیه شوند. فیزیکدانان ممکن است با مطالعه تفاوت های ظریف در رفتار ماده و ذرات پادماده ایجاد شده در برخورد پروتون های پرانرژی در برخورد دهنده بزرگ هادرون ، نکاتی را در مورد اینکه این فرآیند ممکن است پیدا کنند. مطالعه این عدم تعادل می تواند به دانشمندان کمک کند تا تصویر واضح تری از اینکه چرا جهان ما پر از ماده است ترسیم کنند.
انفجار بزرگ باید مقادیر مساوی ماده و پادماده را در جهان اولیه ایجاد می کرد. اما امروزه همه چیزهایی که از کوچکترین اشکال حیات روی زمین تا بزرگترین اجرام ستاره ای می بینیم تقریباً به طور کامل از ماده ساخته شده است. در مقایسه، پادماده زیادی یافت نمی شود. باید اتفاقی افتاده باشد که تعادل را به هم بزند. یکی از بزرگترین چالشهای فیزیک این است که بفهمیم برای پادماده چه اتفاقی افتاده است، یا چرا شاهد عدم تقارن بین ماده و پادماده هستیم.
ذرات پادماده جرم مشابهی با ذرات ماده خود دارند، اما کیفیت هایی مانند بار الکتریکی مخالف هستند. به عنوان مثال، پوزیترون با بار مثبت، ضد ذره الکترون با بار منفی است. ذرات ماده و پادماده همیشه به صورت یک جفت تولید می شوند و در صورت برخورد با همدیگر را از بین می برند و انرژی خالص را از خود به جا می گذارند. در اولین کسری از ثانیه بیگ بنگ ، جهان داغ و متراکم با جفت های ذره-پاد ذره که به وجود می آمدند و خارج می شدند، وزوز می کرد. اگر ماده و پادماده با هم ساخته و از بین بروند، به نظر می رسد که جهان چیزی جز انرژی باقیمانده نداشته باشد.
با این وجود، بخش کوچکی از ماده - حدود یک ذره در هر میلیارد - توانست زنده بماند. این چیزی است که امروز می بینیم. در چند دهه گذشته، آزمایشهای فیزیک ذرات نشان دادهاند که قوانین طبیعت به طور یکسان در مورد ماده و پادماده اعمال نمیشوند. فیزیکدانان مشتاق کشف دلایل آن هستند. محققان دگرگونی های خود به خودی بین ذرات و پادذرات آنها را مشاهده کرده اند که میلیون ها بار در ثانیه قبل از تجزیه آنها رخ می دهد. برخی از موجودات ناشناخته ای که در این فرآیند در جهان اولیه مداخله می کردند، می توانستند این ذرات "نوسان کننده" را بیشتر به عنوان ماده واپاشی کنند تا اینکه به عنوان پادماده تجزیه شوند.
سکه ای را در نظر بگیرید که روی میز می چرخد. می تواند روی سر یا دم خود فرود آید، اما نمی توان آن را به عنوان "سر" یا "دم" تعریف کرد تا زمانی که چرخش متوقف شود و به یک طرف بیفتد. یک سکه 50 تا 50 شانس دارد که روی سر یا دمش بیفتد، بنابراین اگر به اندازه کافی سکه دقیقاً به همین ترتیب چرخیده شود، نیمی باید روی سر و نیمی دیگر روی دم فرود بیاید. به همین ترتیب، نیمی از ذرات در حال نوسان در جهان اولیه باید به صورت ماده و نیمی دیگر به عنوان پادماده تجزیه شده باشند.
با این حال، اگر نوع خاصی از سنگ مرمر روی میز سکههای در حال چرخش بغلتد و باعث شود هر سکهای که برخورد میکند روی سرش فرود آید، کل سیستم را مختل میکند. تعداد سرها بیشتر از دم خواهد بود. به همین ترتیب، مکانیسم ناشناختهای میتوانست با ذرات نوسانی تداخل داشته باشد و باعث شود که اکثریت جزئی آنها به عنوان ماده تجزیه شوند. فیزیکدانان ممکن است با مطالعه تفاوت های ظریف در رفتار ماده و ذرات پادماده ایجاد شده در برخورد پروتون های پرانرژی در برخورد دهنده بزرگ هادرون ، نکاتی را در مورد اینکه این فرآیند ممکن است پیدا کنند. مطالعه این عدم تعادل می تواند به دانشمندان کمک کند تا تصویر واضح تری از اینکه چرا جهان ما پر از ماده است ترسیم کنند.
👍2👎1
ایجاد آنتی هیدروژن
ضد ماده مشابه ساده ترین اتم، هیدروژن، یک اتم پاد هیدروژن خنثی است که از یک پوزیترون با بار مثبت تشکیل شده است که به دور یک پادپروتون با بار منفی می چرخد.
در سال 1995، فیزیکدانان سرن اعلام کردند که با موفقیت اولین اتم های آنتی هیدروژن را در حلقه آنتی پروتون کم انرژی (LEAR) ایجاد کرده اند. محققان اجازه دادند پادپروتونهایی که در داخل LEAR در گردش بودند با اتمهای یک عنصر سنگین برخورد کنند. هر پادپروتونی که به اندازه کافی از هسته اتمی سنگین عبور کند می تواند یک جفت الکترون-پوزیترون ایجاد کند. در بخش کوچکی از موارد، آنتی پروتون به پوزیترون متصل می شود تا اتمی از آنتی هیدروژن بسازد. ضد ذرات بسیار پرانرژی بودند. هر کدام با سرعت نور در مسیری 10 متری حرکت کردند و بعد از حدود چهل میلیاردم ثانیه با ماده معمولی نابود شدند. در حالی که ایجاد آنتی هیدروژن یک دستاورد بزرگ بود، اتم ها بیش از حد پرانرژی بودند - خیلی "گرم" - و امکان مطالعه آسان را نداشتند.
برای درک اتم های پادماده، فیزیکدانان سرن به زمان بیشتری برای تعامل با آنها نیاز داشتند. بنابراین آنها تکنیک هایی را برای گرفتن و به دام انداختن آنتی هیدروژن برای دوره های طولانی تر توسعه دادند. کاهشدهنده ضد پروتون که در اواخر دهه 1990 در سرن تأسیس شد، شروع به ارائه پادپروتونهای آهستهتر و کم انرژی برای آزمایشهای ضد ماده کرد.
در این آزمایشها، میدانهای الکتریکی و مغناطیسی پادپروتونها را جدا از پوزیترونها در خلأ تقریباً کاملی نگه میدارند که آنها را از ماده معمولی دور نگه میدارد. پادپروتون ها از یک گاز الکترونی متراکم عبور می کنند که سرعت آنها را بیشتر کند می کند.
هنگامی که انرژی به اندازه کافی کم است، فیزیکدانان در آزمایش ALPHA از پتانسیل الکتریکی برای هل دادن پادپروتون ها به ابری از پوزیترون های معلق در خلاء استفاده می کنند. دو نوع پاد ذره باردار به اتم های آنتی هیدروژن کم انرژی ترکیب می شوند. از آنجایی که اتم های آنتی هیدروژن بار الکتریکی ندارند، میدان الکتریکی دیگر نمی تواند آنها را در جای خود نگه دارد. بنابراین در عوض، دو آهنربای ابررسانا یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می کنند که از خواص مغناطیسی آنتی هیدروژن بهره می برد. اگر انرژی اتم های آنتی هیدروژن به اندازه کافی کم باشد، می توانند برای مدت طولانی در این "بطری" مغناطیسی باقی بمانند.
در حال حاضر تنها راه برای دانستن اینکه آیا پادماده واقعاً به دام افتاده است یا خیر این است که اجازه دهید آن را با ماده معمولی از بین ببرد. هنگامی که آهنرباها خاموش می شوند، اتم های آنتی هیدروژن از تله خود فرار می کنند و به سرعت با کناره های تله از بین می روند. آشکارسازهای سیلیکونی شعله های پرانرژی را می گیرند تا موقعیت آنتی اتم را مشخص کنند. تنها در این صورت است که فیزیکدانان می توانند مطمئن شوند که آنتی هیدروژن را به دام انداخته اند.
به دام انداختن پاد ماده در سرن
در ژوئن 2011، ALPHA گزارش داد که موفق شده است اتم های ضد ماده را برای بیش از 16 دقیقه به دام بیندازد . در مقیاس طول عمر اتمی، این زمان بسیار طولانی بود - به اندازه کافی طولانی برای شروع مطالعه دقیق خواص آنها. با مقایسه دقیق هیدروژن و آنتی هیدروژن، چندین گروه تجربی امیدوارند که خواص آنتی هیدروژن را مطالعه کنند و ببینند که آیا خطوط طیفی مشابه هیدروژن است یا خیر. یک گروه، AEGIS ، حتی سعی خواهد کرد g، ثابت شتاب گرانشی را که توسط اتم های آنتی هیدروژن تجربه می شود، اندازه گیری کند.
هر چه این آزمایشها بتوانند آنتیهیدرگرنها را طولانیتر به دام بیاندازند، میتوانند آن را با دقت بیشتری اندازهگیری کنند و فیزیکدانان به ابهام زدایی از ضد ماده نزدیکتر خواهند شد. یک مرکز جدید به نام ELENA تمام آزمایشهایی را که در کاهشدهنده آنتی پروتون کار میکنند، قادر میسازد تا انرژی کمتر و پرتوهای آنتیپروتون فراوانتری دریافت کنند، و حتی تولید آنتیهیدروژن در مقادیر زیاد را آسانتر میکند.
ضد ماده مشابه ساده ترین اتم، هیدروژن، یک اتم پاد هیدروژن خنثی است که از یک پوزیترون با بار مثبت تشکیل شده است که به دور یک پادپروتون با بار منفی می چرخد.
در سال 1995، فیزیکدانان سرن اعلام کردند که با موفقیت اولین اتم های آنتی هیدروژن را در حلقه آنتی پروتون کم انرژی (LEAR) ایجاد کرده اند. محققان اجازه دادند پادپروتونهایی که در داخل LEAR در گردش بودند با اتمهای یک عنصر سنگین برخورد کنند. هر پادپروتونی که به اندازه کافی از هسته اتمی سنگین عبور کند می تواند یک جفت الکترون-پوزیترون ایجاد کند. در بخش کوچکی از موارد، آنتی پروتون به پوزیترون متصل می شود تا اتمی از آنتی هیدروژن بسازد. ضد ذرات بسیار پرانرژی بودند. هر کدام با سرعت نور در مسیری 10 متری حرکت کردند و بعد از حدود چهل میلیاردم ثانیه با ماده معمولی نابود شدند. در حالی که ایجاد آنتی هیدروژن یک دستاورد بزرگ بود، اتم ها بیش از حد پرانرژی بودند - خیلی "گرم" - و امکان مطالعه آسان را نداشتند.
برای درک اتم های پادماده، فیزیکدانان سرن به زمان بیشتری برای تعامل با آنها نیاز داشتند. بنابراین آنها تکنیک هایی را برای گرفتن و به دام انداختن آنتی هیدروژن برای دوره های طولانی تر توسعه دادند. کاهشدهنده ضد پروتون که در اواخر دهه 1990 در سرن تأسیس شد، شروع به ارائه پادپروتونهای آهستهتر و کم انرژی برای آزمایشهای ضد ماده کرد.
در این آزمایشها، میدانهای الکتریکی و مغناطیسی پادپروتونها را جدا از پوزیترونها در خلأ تقریباً کاملی نگه میدارند که آنها را از ماده معمولی دور نگه میدارد. پادپروتون ها از یک گاز الکترونی متراکم عبور می کنند که سرعت آنها را بیشتر کند می کند.
هنگامی که انرژی به اندازه کافی کم است، فیزیکدانان در آزمایش ALPHA از پتانسیل الکتریکی برای هل دادن پادپروتون ها به ابری از پوزیترون های معلق در خلاء استفاده می کنند. دو نوع پاد ذره باردار به اتم های آنتی هیدروژن کم انرژی ترکیب می شوند. از آنجایی که اتم های آنتی هیدروژن بار الکتریکی ندارند، میدان الکتریکی دیگر نمی تواند آنها را در جای خود نگه دارد. بنابراین در عوض، دو آهنربای ابررسانا یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می کنند که از خواص مغناطیسی آنتی هیدروژن بهره می برد. اگر انرژی اتم های آنتی هیدروژن به اندازه کافی کم باشد، می توانند برای مدت طولانی در این "بطری" مغناطیسی باقی بمانند.
در حال حاضر تنها راه برای دانستن اینکه آیا پادماده واقعاً به دام افتاده است یا خیر این است که اجازه دهید آن را با ماده معمولی از بین ببرد. هنگامی که آهنرباها خاموش می شوند، اتم های آنتی هیدروژن از تله خود فرار می کنند و به سرعت با کناره های تله از بین می روند. آشکارسازهای سیلیکونی شعله های پرانرژی را می گیرند تا موقعیت آنتی اتم را مشخص کنند. تنها در این صورت است که فیزیکدانان می توانند مطمئن شوند که آنتی هیدروژن را به دام انداخته اند.
به دام انداختن پاد ماده در سرن
در ژوئن 2011، ALPHA گزارش داد که موفق شده است اتم های ضد ماده را برای بیش از 16 دقیقه به دام بیندازد . در مقیاس طول عمر اتمی، این زمان بسیار طولانی بود - به اندازه کافی طولانی برای شروع مطالعه دقیق خواص آنها. با مقایسه دقیق هیدروژن و آنتی هیدروژن، چندین گروه تجربی امیدوارند که خواص آنتی هیدروژن را مطالعه کنند و ببینند که آیا خطوط طیفی مشابه هیدروژن است یا خیر. یک گروه، AEGIS ، حتی سعی خواهد کرد g، ثابت شتاب گرانشی را که توسط اتم های آنتی هیدروژن تجربه می شود، اندازه گیری کند.
هر چه این آزمایشها بتوانند آنتیهیدرگرنها را طولانیتر به دام بیاندازند، میتوانند آن را با دقت بیشتری اندازهگیری کنند و فیزیکدانان به ابهام زدایی از ضد ماده نزدیکتر خواهند شد. یک مرکز جدید به نام ELENA تمام آزمایشهایی را که در کاهشدهنده آنتی پروتون کار میکنند، قادر میسازد تا انرژی کمتر و پرتوهای آنتیپروتون فراوانتری دریافت کنند، و حتی تولید آنتیهیدروژن در مقادیر زیاد را آسانتر میکند.
👍1