پدیده تولید زوج
در تعبیر رابطه معروف اینشتین (E = mc2) اصل هم ارزی جرم و انرژی بیان می‌‌شود. به عبارت دیگر ، دو كمیت جرم و انرژی به یكدیگر قابل تبدیل هستند. هرگاه تغییری در جرم حاصل شود، به وسیله تغییر دیگری در انرژی جبران می‌‌شود. 



دید كلی

در تعبیر رابطه معروف اینشتین (E = mc2اصل هم ارزی جرم و انرژی بیان می‌‌شود. به عبارت دیگر ، دو كمیت جرم و انرژی به یكدیگر قابل تبدیل هستند. هرگاه تغییری در جرم حاصل شود، به وسیله تغییر دیگری در انرژی جبران می‌‌شود. برای بررسی امكان تبدیل انرژی به جرم می‌‌توان به پدیده تولید زوج اشاره كرد. به عبارت دیگر ، پدیده تولید زوج می‌‌تواند به این پرسشها پاسخ دهد كه


  • آیا می‌‌توان از انرژی خالص ماده آفرید؟

  • یا اینكه آیا می‌‌توان انرژی سكون را به انرژی الكترومغناطیسی تبدیل كرد؟

    البته لازم به ذكر است كه در چنین تبدیلاتی باید قوانین بقای انرژی ، اندازه حركت و بار الكتریكی نقض نشود.

شرایط اولیه تولید زوج

در بین تمام ذرات شناخته شده ، الكترون دارای كوچكترین جرم سكون غیرصفر است و لذا كمترین انرژی برای تولید آن مورد نیاز است. اما می‌‌دانیم كه فوتون ذره‌ای بدون بار است، در حالی كه الكترون ذره‌ای باردار است. بنابراین برای اینكه قانون بقای بار الكتریكی نقض نشود، علاوه بر الكترون باید ذره باردار دیگری كه بار الكتریكی آن به اندازه بار الكتریكی الكترون با علامت مخالف است، ایجاد شود. این ذره را پوزیترون می‌‌گویند كه به آن پادذره الكترون نیز گفته می‌‌شود.

الكترون و پوزیترون به جز از نظر علامت بارها ، از هر نظر دیگری به هم شبیه هستند. بنابراین اگر جرم سكون الكترون و پوزیترون را m_0 بگیریم، كمترین مقدار انرژی فوتون آفرینش یك زوج الكترون و پوزیترون ، با لحاظ كردن قانون بقای انرژی برابر 2m0C2 خواهد بود و چون انرژی سكون الكترون یا پوزیترون با لحاظ كردن مقادیر جرم الكترون و سرعت نور برابر 0،51 میلیون الكترون ولت است، لذا كمترین مقدار انرژی فوتون یا به اصطلاح انرژی آستانه برای تولید باید برابر 1،02 میلیون الكترون ولت باشد. بر این اساس زوجهای الكترون فقط به وسیله فوتونهای اشعه گاما یا فوتونهای اشعه ایكس كه طول موج خیلی كوتاهی دارند، قابل تولید است. 

تولید زوج با انرژیهای بیشتر از انرژی آستانه

اگر انرژی یك فوتون بیشتر از انرژی آستانه برای تولید زوج الكترون و حفره باشد، مازاد انرژی (یعنی تفاضل انرژی فوتون و انرژی آستانه) به صورت انرژی جنبشی زوج آفریده شده ، ظاهر می‌‌شود. این انرژی مجموع انرژی جنبشی الكترون و پوزیترون است. 

امكان تولید زوج در فضای تهی

می‌‌توان ثابت كرد كه در تولید ذره و پادذره انرژی و اندازه حركت بطور همزمان نمی‌‌توانند پایسته بمانند، مگر اینكه فوتون در نزدیكی ذره سنگینی ، همچون هسته یك اتم باشند. به بیان دیگر ، پدیده تولید زوج در فضای تهی غیرممكن است. به عنوان مثال ، فرض می‌‌كنیم كه در یك فضای تهی ، فوتون ناپدید شده و یك زوج الكترون و حفره آفریده شود.

همچنین فرض كنید كه ناظر نسبت به مركز جرم الكترون و پوزیترون ساكن است. در این صورت اندازه حركت كل الكترون و پوزیترون نسبت به این ناظر صفر خواهد بود. اما فوتونی كه زوج را تولید می‌‌كند، در این چارچوب مرجع دارای اندازه حركت غیر صفر خواهد بود، چون فوتون در هر چارچوب مرجعی همواره با سرعت C حركت می‌‌كند. بنابراین باید قبل از برخورد اندازه حركت فوتون را داشته باشیم، نه اندازه حركت خالص بعد از برخورد را. بطور خلاصه ، یك فوتون نمی‌‌تواند خودبه‌خود در فضای تهی به یك زوج الكترون _ پوزیترون واپاشیده شود. 

آشكارسازی زوج الكترون و پوزیترون

به دلیل اثرهای یونشی كه ذرات باردار هنگام حركت خود در گاز تولید می‌‌كنند، مسیر حركت آنها قابل روئیت است. حال اگر در این محیط یك میدان مغناطیسی اعمال شود، در این صورت پوزیترون و الكترون به دلیل داشتن بارهای الكتریكی مخالف در قوسهای دایره‌ای با جهتهای مخالف منحرف می‌‌شوند. بنابراین مسیر الكترون و پوزیترون قابل مشاهده خواهد بود. 

كشف پوزیترون

وجود پوزیترونها در سال 1307 – 1928 توسط دیراك بطور نظری پیشگویی شد. چهار سال بعداندرسون (C.D. Anderson) در جریان مطالعاتش روی تابش كیهانی ، پوزیترون را مشاهده و مشخص كرد. كمی ‌بعد از آن بوسیله شتابدهنده‌های ذره كه با چند میلیون الكترون ولت كار می‌‌كردند، زوجهای الكترون و پوزیترون در آزمایشگاه تولید شدند. امروزه مشاهده زوجهای الكترون و پوزیترون در برهمكنش فوتونهای با انرژی بالا و ماده یك پدیده عادی به شمار می‌‌روند. در سالهای 1334 – 1955 برای نخستین بار زوجهای پروتون _ پادپروتون و نوترون _ پادنوترون در آزمایشگاه آفریده شدند.

منبع: رشد


با تشکر از

http://www.hupaa.com/

نوشته شده در تاریخ چهارشنبه 7 دی 1390    | توسط: puma m h    |    | نظرات()