نگاه اجمالی :
وجود زوج‌های ذرات و ضد ذرات ریشه در جهان دارد. از بدو خلقت تا کنون موجودی مجرد آفریده نشده است. برای همین برطبق اصل آفرینش که در آیات زیادی از قرآن کریم به آن پرداخته شده‌است، زوجیت در جهان و طبیعت برای هر موجودی وجود دارد. بنابراین ، در دنیای میکروسکوپیک این زوجیت بین ذرات ، بخصوص ذرات بنیادی مطرح میشود. یعنی هر ذره برای خودش یک ضد ذره‌ای دارد که کاملا شبیه آن هست. اما در پاره‌ای خصوصیات متفاوت هستند که این اختلافات از طریق نظریات بنیادین نسبیت ، مکانیک کوانتومی ، قوانین بنیادین فیزیک توصیف می‌شوند.
خصوصیات ضد ذرات
به توسط اصول نسبیت و مکانیک کوانتومی وجود ضد ذره‌ای برای هر ذره که دارای همان جرم و اسپین باشد ، نتیجه میشود. سایر اعداد کوانتومی ، «بارالکتریکی ، ایزو اسپین ، شگفتی ، عدد بار یونی ، عدد لپتونی) دارای همان اندازه‌ای هستند که ذرات معمولی دارند ولی با علامت معکوس ، رابطه ذرات و ضد ذرات همواره به قوانین بقای فیزیک منجر میشود.
از ضد ذرات تا ضد ماده
نامگذاری الکترونها ، پروتونها و نوترونها تحت عنوان ذره کاملا اختیاری است ، در عین حال طبیعی به نظر می‌آید که خود شما و محیط اطرافتان ترکیبی از ماده تلقی شود تا ضد ماده. برای درک بیشتر ، ماده‌ای که جهان کنونی را تشکیل داده خودش از ذرات شکل گرفته است. بنابراین در مقابل ماده ، ضد ماده‌ای متشکل از ضد ذرات قابل تصور است.
برهمکنش ذرات و ضد ذرات
قوانین بقا در برهمکنش ذرات و ضد ذرات معتبر است. برای مثال ، در برهمکنش پروتون با پروتون قانون بقای بار الکتریکی ، قانون بقای جرم ، قانون بقای بار باریونی ، قانون بقای اندازه ،قانون بقای اندازه حرکت زاویه‌ای ، برآیند اسپین سیستم و ... به قوت خود باقی است. البته وقتی صحبت از ضد ماده میشود باید دو فرایند زیر لحاظ شود. پدیده تولید جفت و پدیده نابودی جفت. بدین معنی که ذره و ضد ذره‌اش در برخورد متقابل نابود می‌شوند و انرژی آنها به فوتون یا مزون مبدل میشود. در فرایند معکوس فوتون پرانرژی نابود میشود و تولید جفت ذره و ضد ذره می‌کند.
چشمه تولید ذرات و ضد ذرات
پاد ذرات در شتابدهنده‌های بزرگ ذرات و به طور کلی در هر جا که نشانی از ذرات پرانرژی یافت میشود ، بعنوان مثال ، ذرات اشعه کیهانی در جو زمین یا اشعه کیهانی در فضای بین ستاره‌ها و غیره ، تولید می‌شوند. اما هنوز کسی نمی‌داند که آیا ضد ماده به مقدار زیاد در جهان وجود دارد یا نه؟ البته فوتونی که از ماده منتشر میشود دقیقا همان فوتونی است که از ضد ماده منتشر می‌یابد ، از اینرو تنها با مشاهده تابش الکترومغناطیسی ستاره‌ای نمی‌توان تعیین کرد که از ماده ساخته شده‌است یا از ضد ماده.
خاصیت شگفت انگیز نوترینو
برای تشخیص ماده از ضد ماده ، شناسایی نوترینو ، موثر است. ستارگان ساخته شده از ماده معمولی باید سرچشمه نوترینوها باشند در حالی که پادستارگان سرچشمه پاد نوترینوها هستند. اما حساسیت آشکار سازهای نوترینویی کنونی از لحاظ اندازه ، چند مرتبه کمتر از حدی است که بتوان مشخص کرد آیا ضد ماده به مقدار آنقدر بزرگ ، در آن حد که برای ساختمان و تکامل جهان دارای اهمیت باشد ، وجود دارد یا نه.
ناگفته‌های ذرات و ضد ذرات
این احتمال وجود دارد در فاز اولیه تاریخ جهان ، پاد ذره‌های بسیاری وجود داشته‌اند. اما هنوز معلوم نیست که تعداد ذرات با تعداد پاد ذرات مساوی بوده ، و یا نا متقارنی اندکی به سود ذرات وجود داشته‌است.
ضد ماده ، ممکن است نقش مهمی را در جهان ایفا کرده باشد ، زیرا نابودی آن در اثر رویارویی با ماده معمولی ، موثرترین مکانیزم برای استخراج انرژی سکون از اجسام مادی است.
قانون بقای جرم
قانون بقای جرم یکی از قوانین بقای فیزیک کلاسیک است. با وجود تغییراتی که ممکن است در دیگر کمیتهای دستگاه ( مثل انرژی ، حجم و دما ) رخ دهد، جرم کل دستگاه بشرط منزوی و نشت ناپذیر بودن ثابت خواهد بود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که جرم نمی‌تواند آفریده شده و یا از بین برود، یا جرم نمی‌تواند تولید و یا نابود شود. البته سیستمهایی وجود دارند که جرم آنها در طول زمان تغییر می‌کند. بعنوان مثال اگر حرکت موشک را در نظر بگیریم، موشک قبل از پرتاب دارای یک مقدار جرم کل خواهد بود. اما بعد از پرتاب سوخت موشک مصرف میشود. بنابراین جرم سیستم موشک در این لحظه با جرم آن قبل از پرتاب متفاوت خواهد بود. بنابراین در مورد موشک بشرط منزوی بودن سیستم ساقط می‌گردد، لذا جرم سیستم بقا نخواهد داشت.
با این حال اگر موشک و گازهای خارج شده از آن را کلا بصورت یک سیستم فرض کنیم در اینصورت نیروهایی که گازهای خارج شده و موشک به یکدیگر وارد می‌کنند، در حکم نیروهای داخلی بوده و شرط منزوی بودن سیستم برقرار میشود و باز جرم بقا خواهد داشت. شایان ذکر است که این مطالب فقط در محدوده فیزیک کلاسیک معتبر است. اما در حالتی که سرعت جسم نزدیک به سرعت نور باشد، در اینصورت دیگر در قلمرو فیزیک کلاسیک نخواهیم بود و لذا قانون بقای جرم نقض می‌گردد.
بیان لاووازیه از قانون بقای جرم و انرژی :
هیچ جرمی معدوم نمی شود و هیچ جرمی نیز از عدم بوجود نمی آید و یا به عبارت دیگر مقدار جرم مادی که در عالم وجود دارد همواره ثابت است اصل بقای انرژی می گوید انرژی هر دستگاه معین مقدار ثابتی دارد ، نمی توان انرژی را خلق کرد و نه آنرا از بین برد فقط اقسام آن می توانند به یکدیگر تغییرشکل دهند .
نظریات مدرن :
در اوایل قرن بیستم یعنی در سال 1905 نظریه نسبیت (Theory of Relativity) آلبرت آلبرت انیشتین خدشه ای به دو اصل فوق الذکر وارد ساخت زیرا یکی از نظریات نسبیت این است که جرم و انرژی مانند بخار آب و آب که دو شکل مختلف از یک ماده هستند یک چیز واحد بوده و قابل تبدیل به یکدیگر می باشند.
بنابراین مقدار جرم مادی را که در عالم وجود دارد نمی توان ثابت دانست بلکه از تطبیق نظریه نسبیت با اصل بقای جرم و اصل بقای انرژی می توان قانون کلی تری نتیجه گرفت که مطابق آن :" مجموع جرم مادی و مقدار انرژی که در عالم وجود دارد همواره ثابت است ."به عقیده آلبرت انیشتین مقدار E که معرف انرژی است و از کلمه لاتین Energy اقتباس شده است یعنی انرژی هم ارز با جرم m بوسله رابطه زیر بیان می گردد E=m c2 که در آن E ـ انرژی و m ـ جرم و C ـ سرعت نور در خلا می باشند.
داده های آماری :
چنانچه در رابطه اخیر به جای حروف اعداد واقعی بکار بریم عظمت و قدرت نیروی هسته ای آشکار می گردد نیروی حاصله به این دلیل بزرگ است که سرعت سیر نور بسیار و برابر سیصد هزار کیلومتر در ثانیه است بنابراین ضریب c2 بسیار رقم بزرگی می باشد و اگر آنرا در دستگاه C.G.S یعنی سانتیمتر گرم ثانیه حساب کنیم چنین می شود : c2=9X1020 ملاحظه می کنید که چه عدد غول پیکری است و ما آنرا به شکل طولانی خودش نمی نویسیم و خیلی راحت تر است که فرم توانی آنرا به کار ببریم اگر فرض کنیم که فقط یک گرم از جرم به انرژی تبدیل شود (m=1 gr) مقدار E یعنی انرژی (کار) برابر با: 9X1020 ارگ (Erg) خواهد شد که ارگ واحد انرژی در دستگاه C.G.S می باشد.
اگر این انرژی تبدیل به انرژی الکتریکی نماییم مقدار آن برابر 25 گیگا وات در ساعت الکتریسته خواهد شد و این مقدار انرژی می تواند یک لامپ ها 30 واتی را برای مدت 100 سال روشن نگه دارد .بنا براین ناپدید شدن مقدار ناچیزی از جرم باعث ظهور مقدار زیادی انرژی است که در ک قدرت آن دشوار است برای درک بیشتر و بهتر مثال دیگری را ببینید :
چنانچه جرم را یک کیلو گرم انتخاب کنیم فرقی نمی کند که چه ماده ای در نظر گرفته شود انرژی حاصل از تبدیل آن 25000 گیگا وات ساعت خواهد بود اگر این مقدار انرژی را با سایر واحدها مقایسه کنیم درک آن آسانتر می شود ناپدید شدن یک کیلوگرم ماده معادل سوختن 1600 میلیون لیتر بنزین و یا 3300 کیلو تن ذغال سنگ انرژی می دهد .
شامل 14 صفحه word
دانلود تحقیق ذره و ضد ذره