ایرانی
کاربر گرامی به انجمن علمی نخبه های ایران خوش آمدید . اگر این نخستین بازدید شما از سایت است , لطفا ثبت نام کنید:

شما اینجا هستید:

IranNastaliq test
نمایش نتایج: از 1 به 7 از 7

موضوع: مدل های اتمی

  1. #1
    مدیر تالار شیمی
    رشته تحصيلي
    کارشناس ارشد شیمی دارویی
    نوشته ها
    907
    امتیاز
    93,535
    موضوع ها
    412
    سپاس
    0
    مورد پسند
    8 بار در 6 پست
    اعتراض ها
    0
    اعتراض شده 2 بار در 2 پست
    Array

    مدل های اتمی

    تاریخچه مدل های اتمی:

    مطالعه روی عنصرها به حدود دو هزار پانصد سال پیش بر می گردد. زمانی که تالس فیلسوف یونانی آب راعنصر اصلی سازندهی جهان هستی

    می دانست . دویست سال پس از او ارسطو سه عنصر هوا و خاک و آتش را به عنصرپیشنهادی تالس افزود و این چهار عنصر را عنصرهای سازنده

    کاینات تصورکرد . این دیدگاه تا دو هزارسال بعد نیز مورد مورد پذیرش بود تا این که در سال ١٦٦١میلادی رابرت بویل دانشمند انگلیسی با انتشار

    کتابی با عنوان شیمی دان شکاک مفهوم تازه ای از عنصر را معرفی کرد . وی دراین کتاب ضمن معرفی عنصر به عنوان ماده ای که نمی توان ان

    را به مواد ساده تر تبدیل کرد شیمی را علمی تجربی نامید و از دانشمندان خواست که افزون بر مشاهده کردن اندیشیدن و نتیجه گیری کردن

    که هر سه تنها ابزار یونانیان در مطالعهی طبیعت بود به پژوهش های علمی نیز اقدام کنند . توصیه های او مورد توجه قرار گرفت و در سال ١٨٠٣

    جان دالتون شیمی دان انگلیسی با نظریه یاتمی خود گام مهمی برای مطالعه ی ماده و ساختار آن برداشت .دالتون بااستفادهاز واژه ی یونانی

    اتم به معنای تجزیه نا پذیر است ذرهای سازنده ی عنصرها را توضیح داد . این ایده که همه ی مواد از ذره های کوچک و تجزیه ناپذیر ی به نام اتم

    ساخته شده اند نخستین بار ٢٥٠٠سال پیش توسط دموکریت فیلسوف یونانی مطرح شده بود اما دالتون با اجرای آزمایشهای بسیار ازنو به ان

    نتیجه گیری دست یافت . وی نظریه ی اتمی خود را در هفت بند به این ترتیب بیان کرد :

    ١- ماده از ذرات تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده اند .

    ٢- همه یاتمهای یک عنصر مشابه یک دیگرند .

    ٣- اتم ها نه بوجود می ایند و نه از بین می روند .

    ٤- همه ی اتمهای یک عنصر جرم یکسا ن و خواصشیمیایی مشابه ای دارند .٥- اتمهای عنصرهای مختلف به هم متصل میشوند و مولکولها

    را به وجود می اورند .

    ٦- در هر مولکول از یک ترکیب معینهمواره نوع و تعدادنسبی اتمهای سازنده ی آن یکسان است.٧- واکنشهای شیمیایی شامل جابجایی

    اتمها یا تغییر در شیوه ی اتصال انها در مولکولهاست .در این واکنش اتم ها خود تغییری نمی کنند .الکترون نخستین ذره ی زیراتمی شناخته

    شده پس از کشف الکتریسیته ی ساکن یا مالشی در آغاز قرن نوزدهم میلادی به این نکته پی برده شد که بارهای الکتریکی مثبت یا منفی

    ایجاد شده بهنگام مالیدن یک جسم روی جسم دیگر از جایی نمی ایند و پیدایش آنها به خود ماده و شاید به اتمهای سازنده ان مربوط میشود.

    مایکل فارادی دانشمند معروف انگلیسی مشاهده کرد که به هنگام عبور جریان برق از میان محلول یک ترکیب شیمیایی فلزکار(برق کافت) یک

    واکنش شیمیایی در ان به وقوع می پیوندد .فیزیک دان ها رای توجیه این مطلب ذره ای بنیادی پیشنهاد کردند و ان را الکترون نامیدند اما درآن

    زمان به وجود رابطه میان اتم و الکترون پی برده نشد .

    و بعد از ان تا مسون با آزمایش هوشمندانه ای به نتایج جالبی دست یافت که به این شرح می باشند :١

    - پرتو های کاتدی (مانند نور) به خط راست حرکت میکنند . چون اگر در مسیر پرتو های کاتدییک جسم را قرار دهیم سایه ی ان جسم در انتهای

    لوله مشاهده می شود.

    ٢- پرتو های اتدی به هنگام عبور گاز رقیق درون لوله را ملتهب میسازد . پر تو های کاتدیضمن عبور از لوله بخشی از انرژی خود را به اتمهای گازی

    داخل لوله منتقل میکنند و اتمهای گازیپرانرژی میشوند این اتمها ی گازی پرانرژی انرژی خود را بصو رت ور به ما پس می دهند .

    ٣- پر تو های کاتدی دارای بار الکتریکی منفی هستند اگر در مسیر پرتو های کا تدییک میدانالکتریکی قرار دهیم پرتو های آندی سمت قطب مثبت

    منحرف میشوند بنابر این دارای بارالکتریکیمنفی هستند .همه ی مواد دارای الکترون هستند . جنس کاتد هر چه باشد پرتو ایی باخواص یکسان

    تولید میشودبنابراین پرتوهای کاتدی به نوع کاتد بستگی ندارد و این پرتوهاباید از چیزی ساخته شده باشند که در همه ی مواد مشترک باشند این

    ذرات دارای بار منفی تامسون بعد ها الکترون نام گرفت .

    در حالیکه تامسون مشغول مطالعه بر روی پرتوهای کاتدی بود کشف بسیار مهمی در فرانسهبه وقوع پیوست .در سال ١٨٩٦هانری بکرل فیزیکدانی

    که روی خاصیت فسفرسانس مواد شیمیایی کار می کردبه طور تصادفی با پدیده ی جالبی به قرار زیر مواجه شد :

    هانری با علا قه مندی کار پدرش را- که روی مواد فسفر سانس کار می کرد- دنبال می کرد . درآن زمان هانری با خواندن مقاله ای درمورد شیوه ی

    تولید پرتوهایxکه به تازگی توسط رونتگن کشف شده بود در این اندیشه فرو رفت که شاید مواد دارای خاصیت فلوئورسانس یا فسفرسانس نیز

    هنگام نور افشانی چنین پرتوی مرموزی را تابش میکنند . از این رو برآن شدکه ترکیب هایی برگزیند و در این باره به تحقیق بپردازد . او برای این کار

    بلورهای ماده ای را برای مدتی در برابر نور خورشید قرار میداد وبی درنگ در محیطی تاریک روی یک فیلم خام عکاسی میگذاشت که درون یک پاکت

    کاغذی تیره بود .پس از چند دقیقه فیلم را برداشته ظاهر میکرد و از روی میزان وضوح تصویر شدت تابش ان ماده را اندازه میگرفت .

    روز چهار شنبه ٢٦فوریه ١٨٩٦هانری در ادامه ی آزمایش ها یش روی مواد فسفر سانس طبیعی ترکیبهای اورانیم دار پدرش دو قطعه از بلورهای

    یکی از این ترکیب ها را برداشت و همه ی وسایل کار خود را اماده کرد . اما از ان جا که هوای شهر پاریس کاملا ًابری بود از انجام ازمایش چشم

    پوشی کردو دو قطعه بلور را همراه با فیلم خام عکاسی در کشوی میز خود گذاشت و چند ساعتی به مطالعه پرداخت .عصر نیز زودتر از همیشه

    آزمایشگاه را به قصد خانه ترک کرد . وضعیت هوا چند روزی به همین منوال بود وتعطیلات اخرهفته نیز کار را بیشتر به تعویق انداخت .

    بامداد روز دوشنبه اول مارس هنگامی که هانری به آزمایشگاه خود پانهاد یک باره به یادبلورهای درون کشوی میز خود افتاد . باعجله سراغ آنهارفت

    و تصمیم گرفت فیلم درون کشو را ظاهر کند .او با کنجکاوی فیلم را به تاریک خانه برد وان را در محلول ظهور عکس قرار داد .

    پس از چند دقیقه هیجان زده از تاریک خانه بیرون امد پشت میز کار خود نشست و عبارت زیر را نوشت : « دوشنبه اول مارس ساعت ٤٠/٩ نتیجه

    آزمایش روی نمونه ی شماره ی سیزده :

    با اینکه آزمایشهایم روی موادفسفر سانس نشان داده بود که همواره وضوح تصویر پس از چند ثانیه به شدت کاهش می یابد اما در این آزمایش بر

    خلاف انتظارم پس از این مدت حضور در تاریکی ایجاد تصویری بااین وضوح شگفت انگیز به نظر می رسد . نمیدانم چرا؟ اما فکر می کنم که پدیده

    تازهای را کشف کرده ام . »هانری با مشاهده ی موضوع زیر نتیجه گرفت که پدیده ی تازه ای را کشف کرده است :

    هانری انتظار داشت اثرات بسیار کمی را بر فیلم عکاسی مشاهده کند اما در کمال تعجب اثراتبسیار شدیدی را مشاهده کرد بنابراین به این نتیجه

    رسید که این پرتوها مربوط به فسفر سانس نیست ضمنا ًاین پرتوها اشعه x نیز نبودند چون برای تولید اشعه ی x نیاز به پرتوی کاتدی داریمبنابراین

    هانری به این نتیجه رسید که پرتوهای جدیدی را کشف کرده است "

  2. #2
    مدیر تالار شیمی
    رشته تحصيلي
    کارشناس ارشد شیمی دارویی
    نوشته ها
    907
    امتیاز
    93,535
    موضوع ها
    412
    سپاس
    0
    مورد پسند
    8 بار در 6 پست
    اعتراض ها
    0
    اعتراض شده 2 بار در 2 پست
    Array

    پاسخ : مدل های اتمی


    مدل اتمی رادرفورد

    قبل‌ از رادرفورد چند دانشمند درباره‌ ساختاراتم‌ تحقيقاتي‌ انجام‌ داده‌ بودند اما رادرفورد به‌همه‌ نظريه‌ها جامه‌ عمل‌ پوشاند و آنها كامل‌ نمود.

    او معتقد بود كه‌ يك‌ هسته‌ در مركز اتم‌ وجوددارد. بيشترين‌ جرم‌ و تمام‌ بار مثبت‌ اتم‌ در هسته‌متمركز است‌. هسته‌ شامل‌ پروتون‌ها ونوترون‌هايي‌

    است‌ كه‌ هم‌ جرم‌ هسته‌ را دربردارند و هم‌ بار هسته‌ ناشي‌ از پروتون‌هاي‌ آن‌است‌. او بر اين‌ ايده‌ بود كه‌ هسته‌ درون‌ اتم‌داراي‌ بار مثبت‌ است‌ كه‌

    توسط الكترون‌هامحاصره‌ شده‌ و به‌ خاطر وجود فضاي‌ خالي
    ‌ زياددرون‌ اتم‌ حجمش‌ كم‌ مي‌باشد. رادرفورد اين‌فيزيكدان‌ بزرگ‌ و آزمايشگري‌ كه‌ به‌

    پشتكاري‌ اوتاكنون‌ فردي‌ نيامده‌ است‌ نام‌ پدر انرژي‌ هسته‌اي‌را به‌ نام‌ خود ثبت‌ كرد.

    رادرفورد با كشف‌ هسته‌ اتم‌ راه‌ را براي‌دانشمندان‌ آينده‌ خود هموار كرد.

    دانشمندان‌ با توجه‌ به‌ مجموعه‌ آزمايش‌هاي‌رادرفورد به‌ اين‌ نتيجه‌ رسيدند كه‌ اتمها برخلاف‌نامشان‌ از اجزاي‌ كوچكتري‌ هم‌ تشكيل‌ شده‌اند رادرفورد

    از سوي‌ انجمن‌ سلطنتي‌ انگلستان‌ به‌لقب‌ لرد رادرفورد نايل‌ شد.در حقيقت‌ بعد از اينكه‌ رادرفورد ماهيت‌تشعشع‌ راديواكتيو را كشف‌ كرد دانشمندان‌

    پي‌بردند كه‌ راديواكتيويته‌ به‌ علت‌ متلاشي‌ شدن‌خود به‌ خود هسته‌هاي‌ سنگين‌ و تبديل‌ آنها به‌هسته‌هاي‌ سبك‌تر است‌. در ميان‌ اين‌ تبديل‌ و تحول‌

    ذرات‌ آلفا، بتا و گاما ساطع‌ مي‌شود و به‌دنبال‌ آن‌ ماهيت‌ آن‌ تغيير مي‌كند. رادرفورد ازاين‌ طريق‌ توانست‌ نيمه‌ عمر را معنا بخشد وي‌ سهم‌زيادي‌ در

    شناخت‌ اتم‌ همچنين‌ انرژي‌ هسته‌اي‌دارد كه‌ امروزه‌ از آن‌ در جوامع‌ جهان‌ به‌ وفور ازآن‌ ياد مي‌شود. در واقع‌ رادرفورد اسرار ناگفته‌اتم‌ را براي‌ همگان‌

    گشود و كشف‌ كرد.



    مدل اتمی بور

    با پذیرفتن مدل اتمی رادرفورد این سوال برای دانشمندان پیش آمد ، که طیف نشری خطی اتم عناصر ، حاصل از چیست ؟

    در این هنگام نیلس بور با پذیرفتن مدل اتمی رادرفورد چنین پیشنهاد داد که الکترون ها در اطراف هسته اتم در سطوح انرژی مشخصی قرار دارند و

    در این سطوح به دور هسته اتم در حال چرخیدن هستند . انرژی الکترون هایی که در سطوح انرژی پایین تر به هسته نزدیک تر هستند ، نسبت به

    الکترون هایی که از هسته دورند ، انرژی کمتری دارند . پس برای انتقال الکترون از سطح انرژی پایین به سطح انرژی بالا ، باید انرژی معادل اختلاف

    انرژی بین آن دو سطح ، را به آن الکترون بدهیم . پس انرژی الکترون ها در یک اتم کوانتیده است .


    مدل اتمی بور توانست به ما نشان دهد که طیف نشر خطی که از اتم عناصر گسیل می شود ، بر اثر انتقال الکترونها از سطوح انرژی بالا به سطوح

    انرژی پایین است ، که در این انتقال انرژی الکترون کاهش و به صورت نور و گرما آزاد می شود. که اگر این نور آزاد شده را از منشور عبور دهیم طیف

    نشری آن مشخص می شود .

    بور ، بیشتر مدل اتمی خود را بر اساس آزمایش هایی که با اتم های هیدروژن و هیلیم انجام داده بود مطرح می ساخت به همین دلیل مدل اتمی او

    ( که به مدل منظومه شمسی معروف است ) برای اتم های سنگینی مانند اورانیم ، آهن و ... صدق نمی کرد.

    در این هنگام مدل اتمی کوانتمی (یا ابر الکترونی ) به همکاری بسیاری از دانشمندان به در عرصه رقابت مطرح شد. از جمله دانشمندانی که در این

    مدل اتمی سهم چشمگیری داشتند ، هایزنبگ ، پلانک و شرودینگر را می توان نام برد .

    البته انیشتین با ارائه فرمول های خود نیز توانست به این مدل اتمی کمک کند.

  3. #3
    مدیر تالار شیمی
    رشته تحصيلي
    کارشناس ارشد شیمی دارویی
    نوشته ها
    907
    امتیاز
    93,535
    موضوع ها
    412
    سپاس
    0
    مورد پسند
    8 بار در 6 پست
    اعتراض ها
    0
    اعتراض شده 2 بار در 2 پست
    Array

    پاسخ : مدل های اتمی


    مدل اتمی تامسون


    بشر پیوسته در این فکر بوده است که ساختار اتمها چگونه است؟ الکترونها و پروتونها با چه ترتیبی درون اتم قرار دارند؟ آیا در اتم این اجزاء حرکت

    می‌کنند یا ساکنند؟


    نخستین دانشمندی که پاسخی برای این سؤالات داشت، تامسون بود.

    در آزمایشهای تخلیه الکتریکی در گازها گفته شد که الکترون یک ذره بنیادی با بار منفی است که جنس آن در همه اتمها یکسان است. با خروج

    الکترون از اتم خنثی به ذره مثبتی می‌رسیم که جنس آن به نوع اتمهای گازی شکل بستگی دارد. هم چنین همه اتمها از نظر الکتریکی خنثی

    هستند. پس باید به تعداد برابر بارهای منفی و مثبت داشته باشند. از این‌رو، تامسون در سال 1909 اتم را به شکل کره‌ای تصور کرد که در آن بار

    مثبت به طور یکنواخت گسترده شده است و الکترونها با بار منفی خود به ترتیبی قرار گرفته‌اند که از نظر تعادل بار الکتریکی در پایدارترین حالت

    خود باشند (حداکثر فاصله را داشته باشند.)









    مطابق این مدل، در هیدروژن یک الکترون در مرکز کره و در بریلیم چهار الکترون در چهار رأس یک چهاروجهی قرار گرفته‌اند.








    چون وی اتم را مانند هندوانه‌ای در نظر گرفت که قسمت اصلی و عمده آن را پروتونها تشکیل می‌دهند و الکترونها مانند تخمه هندوانه در آن پراکنده‌اند،

    این مدل را مدل هندوانه‌ای اتم می‌گویند. (به مدل کیک کشمشی هم مرسوم است.)


    این مدل با موفقیت روبرو نشد زیرا خواص عناصر که ناشی از خواص اتمهای آنها است، بخصوص طیف نوری که از آنها منتشر می‌شود بوسیله این مدل،

    قابل بیان و تفسیر نبود و خود مدل نیز به وسیله هیچ آزمایشی مورد تأیید قرار نگرفت.


    در واقع از سال 1904 به بعد که وجود الکترون ها و ذره‌های مثبت در اتم محرز شد، دانشمندان به این فکر بودند که این ذرات چگونه در اتم تجمع حاصل

    کرده‌اند. در تدوین مدل دو مرحله را باید در نظر گرفت:



    1. گام نخستین که شکل تجمع ذرات را روشن سازد، بدون اینکه بتواند خواص را بیان کند. در این مرحله مدل تامسون و مدل رادرفورد را باید بنظر آورد.

    2. مدلی که طبق قوانین فیزیکی پایداری سیستم و خواص آن را بیان کند. در این مرحله مدل بوهر و مدل کوانتومی امروزی را باید نام برد.


  4. #4
    مدیر تالار شیمی
    رشته تحصيلي
    کارشناس ارشد شیمی دارویی
    نوشته ها
    907
    امتیاز
    93,535
    موضوع ها
    412
    سپاس
    0
    مورد پسند
    8 بار در 6 پست
    اعتراض ها
    0
    اعتراض شده 2 بار در 2 پست
    Array

    پاسخ : مدل های اتمی


    مدل اتمی کوانتمی

    طبق این مدل اتمی اتم از هسته و الکترون تشکیل شده است ، که هسته در مرکز اتم قرار دارد و الکترون ها در اطراف هسته اتم در سطوح

    انرژی مشخصی حرکت می کنند ( در اینجا باید توجه داشت که همه الکترون ها به دور هسته نمی چرخند بلکه در اطراف آن در حال حرکت

    هستند ) ، اما تعیین دقیق مکان (موضع ) و سرعت ( نوع حرکت ) الکترون ها به طور هم زمان و در یک لحظهامکان پذیر نیست . الکترون ها

    در اطراف هسته اتم در فضای مشخصی حرکت می کنند ،که به این فضای اطراف اتم که بیشترین احتمال وجود اتم را دارد ، اوربیتال میگویند.

    اوربیتال ها در واقع ترازانرژی الکترون ها را مشخص می کنند . هر کدام از این اوربیتال ها به چند زیر لایه تقسیم می شوند که الکترون های

    زیر لایه های یک اوربیتال ، دارای انرژی یکسانی هستند . در مدل اتمی کوانتمی ، تجسم اتم بسیار مشکل است . به همین دلیل بعضی

    از افراد برای مطالعه دگرگونی های اتم در یک واکنش از مدل اتمی بور استفاده می کنند .

    البته مدل کوانتمی را در صفحه های سه بعدی (رایانه ) نشان می دهند .

    ورنر هایزنبرگ ، دانشمند آلمانی ، خاطر نشان ساخت که تعیین دقیق الکترون ( موضع ومکان آن ) و همچنین اندازه سرعت آن (نوع حرکت )

    در یک لحظه امکان پذیر نیست . برای دیدن جسمی وهمچنین تشخیص محل آن کافیست یک فوتون را به سطحآن گسیل کنیم و با انعکاس

    آن فوتون از سطح و بازگشتش به حسگر های مجازی یا حقیقی ( چشم یا هر نوع حسگر مجازی که رادار هارا دریافت می کند ) ، موقعیت

    آن جسم را بازگو می کند . طبق قوانین پلانک در مورد امواج ، فوتون دارای طول موج و همچنین انرژی می باشد ، به همین دلیل هنگامیکه

    به سطح جسم برخورد می کند ، مقداری از انرژی خود را به سطح جسم مقابلمنتقل می کند .

    اما ممکن است تاثیری بر آن نداشته باشد . ( مانند برخورد نور به سطح آینه وانعکاس آن ) اما اگر بخواهیم موقعیت یا جایگاه احتمالی الکترونها

    را در اطراف هسته اتم بیابیم و یک فوتون به الکترون بتابانیم ، الکترون با دریافت مقداری انرژی از فوتون ، سرعتش افزایش می یابد ، و در نتیجه

    می توانیم از جایگاه و محل حرکت الکترون مطلع شویم ، اما نمی توانیم از حرکت و سرعت آن سخنی بگوییم و اگر با انجام آزمایش هایی (از

    جمله استفاده از میدان مغناطیسی ) بتوانیم سرعت الکترون را ثبت کنیم ،در اینجا نمی توانیم به طور دقیق محل حرکت الکترون را مشخص

    کنیم . این بیان به عنوان عدم قطعیت هایزنبرگ شناخته شده است .

    پس ما در واقع اشکال اوربیتال ها را بر اساس امواجی که از الکترون ها ساطع می شود ، مجسم می کنیم .


  5. #5
    مدیر تالار شیمی
    رشته تحصيلي
    کارشناس ارشد شیمی دارویی
    نوشته ها
    907
    امتیاز
    93,535
    موضوع ها
    412
    سپاس
    0
    مورد پسند
    8 بار در 6 پست
    اعتراض ها
    0
    اعتراض شده 2 بار در 2 پست
    Array

    پاسخ : مدل های اتمی


    خلاصه مدل های اتمی از ابتدا:









  6. #6
    مدیر تالار شیمی
    رشته تحصيلي
    کارشناس ارشد شیمی دارویی
    نوشته ها
    907
    امتیاز
    93,535
    موضوع ها
    412
    سپاس
    0
    مورد پسند
    8 بار در 6 پست
    اعتراض ها
    0
    اعتراض شده 2 بار در 2 پست
    Array

    پاسخ : مدل های اتمی



    جدید ترین مدل و نظریه اتمی ( نظریه کوارک ها یا مدل برهم کنش ذره ها )


    از دهه ۱۹۶۰ مشخص شده بود كه پروتون و نوترون نیز از ذرات بنيادى ترى به اسم كوارك ساخته شده اند. اما نكته عجيب اين بود كه امكان مشاهده

    ذره كوارك به صورت آزاد وجود نداشت.

    آنها هميشه درگیر هستند و اين خاصيتى بنيادى براى اين ذرات است تنها جمع كوارك ها به صورت دوتايى و سه تايى مى تواند وجود داشته باشد.

    بار الكتريكى كوارك ها كسرى از بار الكتريكى پروتون است بصورت يك سوم يا دو سوم بار پروتون و اين خاصيتى شگرف و باورنکردنی است که هنوز

    توجیحی جالب برای آن نیافتیم .


    گلوئون ها و خاصیت بار -رنگ در کوارک ها : هر كوارك علاوه برداشتن بار الكتريكى خاصيت ويژه ديگرى نيز دارد كه مانند بار الكتريكى كميتى

    كوانتومی است و تنها مى تواند مقادير ويژه اى داشته باشد. به اين خاصيت بار-رنگ گفته مى شود. كوارك ها مى توانند بار رنگى قرمز، آبى و سبز

    داشته باشند. در مقابل هر كوارك يك پادكوارك نيز وجود دارد مانند پوزيترون كه پاد ذره الكترون است. پادكوارك ها داراى بار رنگى پاد قرمز، پاد آبى

    يا پاد سبز هستند. جمع كوارك هايى كه در طبيعت مى توانند وجود داشته باشند بايد داراى بار-رنگ خنثى باشند همانطور كه تشكيل مولكولهاى

    خنثى (از نظر الكتريكى) به خاطر جاذبه الكتريكى بين اجزاى مثبت و منفى آن است. نيروى بين پروتون ها و نوترون ها در هسته اتم ها به خاطر

    نيروى بين بار هاى رنگى كوارك هاى تشكيل دهنده آنها به وجود مى آيد.

    نيروى بين كوارك ها توسط ذرات حاملى به اسم گلوئون ها حمل مى شود. اين ذرات مانند فوتون بدون جرم هستند ولى برخلاف فوتون ها داراى

    بار-رنگ هستند. همين خصوصيت باعث پيچيدگى توضيح اين نيرو و تفاوت آن با نيروى الكترو مغناطيس است
    .



    در نظر گرفتن مقادیر منفی تابع بتا : براى سال ها ، فيزيكدانان اعتقاد داشتند كه نمى توان روشى براى محاسبه برهمكنش قوى ميان

    كوارك ها يافت كه شبيه روش محاسبات برهمكنش هاى الكترو مغناطيسى باشد. به اين دليل كه ثابت كوپلاژ براى برهمكنش قوى بزرگ تر از

    يك است و نمى توان روش اختلالى فاينمن (كه در بالا توضيح داده شد) را براى محاسبات اين نظريه به كار برد.

    كورت زيمانسكى فيزيكدان آلمانى دريافت كه تنها راه رسيدن به يك نظريه معقول پيدا كردن يك تابع بتا منفى براى اين نظريه است. اين رهيافت

    همچنين مى تواند علت آنكه گاهى اوقات كوارك ها در داخل پروتون به صورت ذره هاى آزاد خود را آشكار مى سازند توضيح دهد. اثرى كه در

    آزمايش برخورد ميان الكترون و پروتون ديده مى شود.

    متاسفانه زيمانسكى خود نتوانست به اين نظريه دست يابد حتى جرارد هوفت در تابستان ۱۹۷۲ به اين كشف نزديك شده بود. اما فيزيكدانان

    نااميد شده بودند زيرا شواهد نشان مى داد كه يك نظريه واقعى بايد داراى تابع بتاى مثبت باشد. اما امروزه ديگر مشخص شده است كه اين

    موضوعى نادرست است زيرا در ژانويه 1973دو مقاله پى در پى در مجله فيزيكال ريويولترز توسط گراس و ويلچك و پوليتزر به چاپ رسيدند كه

    در كمال تعجب نشان مى دادند تابع بتا مى تواند مقادير منفى داشته باشد.

    آنها زمانى اين كشف را انجام دادند که دانشجو بودند. مطابق نظريه آنها حامل هاى نيروى برهمكنش قوى يعنى گلوئون ها داراى خاصيتى غير

    منتظره و ويژه هستند به اين صورت كه آنها نه تنها با كوارك ها بلكه با خودشان نيز برهمكنش مىكنند. طبق اين خاصيت هنگامى كه كواركها

    به يكديگر نزديك مى شوند برهمكنش بار رنگى ميان آنها كاهش مى يابد. كوارك ها موقعى به يكديگر نزديك مى شوند كه انرژى آنها افزايش

    يافته باشد و طبق اين نظريه اندازه برهمكنش در اين هنگام كاهش مى يابد. اين خاصيت كه به آن «آزادى مجانبى» مىگويند به معنى منفى

    بودن تابع بتا است. به عبارت ديگر برهمكنش با افزايش فاصله افزايش مى يابد كه اين مى تواند توضيحى براى اين باشد كه چرا كوارك ها

    هميشه در نوكلئون ها محبوس هستند
    .


    آزادى مجانبى اين امكان را نیز فراهم مى سازد كه بتوان فاصله اى را كه در آن كوارك ها و گلوئو ن ها به صورت ذرات آزاد رفتار مى كنند،

    محاسبه كرد. با برخورد دادن ذرات در انرژى هاى بسيار زياد با يكديگر مى توان آنها را به اندازه كافى به يكديگر نزديك كرد. هنگامى كه آزادى

    مجانبى كشف شد و نظريه QCD فرمول بندى شد محاسبات توانستند توافق بسيار خوبى با نتايج آزمايشگاهى از خود نشان دهند



    شواهد تجربی : يكى از مهم ترين اثبات هاى نظريه QCD توسط آزمايش برخورد الكترون و پاد ذره آن يعنى پوزيترون در انرژى هاى بالا

    صورت مى گيرد. در اين آزمايش الكترون و پوزيترون يكديگر را نابود مى كنند و مطابق معادله اينشتين انرژى اين ذرات مى تواند

    به صورت ذرات جديدى ظاهر شود، به عنوان مثال ذرات كوارك. در اين فرآيند ذرات كوارك در فواصل بسيار نزديك به هم بوجود می آیند و با

    سرعت بسيار زيادى از يكديگر دور مى شوند. امروزه مى توان اين فرآيند را به كمك مفهوم آزادى مجانبى به دقت محاسبه كرد. در حقيقت

    وقتى كوارك ها مى خواهند از يكديگر دور شوند تحت تاثير نيروى افزايش يابنده برهمكنش قوى قرار مى گيرند ، كه اين نيرو باعث توليد

    زوج ذرات جديد كوارك مى شود و بدين ترتيب رگبارى از ذرات در جهت كوارك و پادكوارك اوليه توليد مى شود.

    با اين حال اين فرآيند ، خاطره اى از آزادى مجانبى ذرات اوليه را در خود نگه مى دارد كه مى توان تاثير آن را بر احتمالات وقايعى كه در رگبار

    ذرات اتفاق مى افتد محاسبه كرد. نتايج اين محاسبات با آزمايش ها توافق زيادى دارد. واقعه بسيار قانع كننده ديگرى كه در شتاب دهنده

    DESY در هامبورگ آلمان در اواخر ۱۹۷۰ يافت شد وجود سه رگبار در آزمايشات بود كه اين فرآيند را مى توان در نظر گرفتن تابش گلوئون

    از كوارك _ پادكوارك اوليه به خوبى توضيح داد. آزادى مجانبى حتى توانست پديده اى را كه قبلاً در شتاب دهنده استانفورد ديده شده بود

    توجيه نمايد. اجزاى سازنده پروتون ها كه داراى بار الكتريكى هستند (كوارك ها) در انرژى هاى بالا به صورت ذرات آزاد عمل مى كنند در

    اين حالت اندازه حركت كوارك ها تنها نصف اندازه حركت پروتون ساخته شده از آنها است و بقيه اندازه حركت پروتون ناشى از اندازه حركت

    گلوئون ها است


    آيا مى توان نيروهاى طبيعت را وحدت بخشيد ؟ به وجود آمدن امكان توصيف واحد براى نيروهاى طبیعت QCD یكى از جالب ترين آثار

    آزادى مجانبى در نظريه است. هنگامى كه نمودار مقدار ثابت كوپلاژ بر حسب انرژى را براى برهمكنش هاى الكترومغناطيسى، ضعيف و

    قوى بررسى مى كنيم، اين موضوع آشكار مى شود كه اين سه نمودار يكديگر را در يك نقطه اى با انرژى بالا (به طور تقريبى نه به صورت

    دقيق) قطع مى كنند و در اين نقطه مقدار يكسانى دارند. بدين ترتيب مى توان ديد كه اين سه نيرو با همديگر يكى شده اند و اين يكى از

    روياهاى قديمى فيزيكدانان است كه دوست دارند قوانين طبيعت را به ساده ترين زبان ممكن توضيح دهند.

    با اين حال براى آنكه روياى وحدت نيروها به واقعيت بپيوندد بايد اصلاحاتى در مدل استاندارد به وجود آورد. يك راه ممكن در نظر گرفتن ذرات

    جديدى به اسم ذرات ابرتقارن است كه اگر جرمشان به اندازه كافى كم باشد مى توان وجود آنها را در شتاب دهنده در حال ساخت LHC

    در CERN بررسى كرد. اگر ابرتقارن كشف شود مى تواند پشتوانه قويى براى نظريه ی همه چیز باشد كه آن نيز شايد بتواند نيروى گرانش

    را با بقيه نيروها وحدت ببخشد.

    صرف نظر از اين پيشرفت ها كشف آزادى مجانبى در QCD تغييرات عميقى را در فهم ما از نيروهاى بنيادين طبيعت به وجود آورده است




    زیر کوانتوم کروموداینامیک : یک زیر کوانتوم کروموداینامیک چیست؟ برای پیداکردن پاسخ این سئوال باید توجه کرد که همه ی ذرات مورد

    مطالعه ی فیزیکدانان در نهایت به دو دسته فرمیونها و بوزنها تقسیم می شوند. فرمیونها نظیر الکترون و کوارکها سنگ بنای ماده را تشکیل

    می دهند . بوزونها حامل نیرو های اساسی طبیعت هستند.

    اما سئوال اساسی این است که آیا بوزونها و فرمیونها از یک ذره ی واحدی ساخته شده اند یا دو چیز کاملاً متفاوتی هستند؟



    در نظریه سی. پی. اچ. همه ی ذرات شناخته شده و ناشناخته موجود در جهان از ذره ی واحدی به نام سی. پی. اچ. ساخته شده اند. اگر

    به رابطه جرم-انرژی توجه کنیم، همه ی اجسام قابل تبدیل به انرژی هستند. این اجسام در نهایت از اتمها ساخته شده اند که

    شامل فرمیونها و بوزونها هستند. از طرف دیگر نوسان یک ذره ی باردار موجب انتشار امواج الکترومغناطیسی می شود که این موج خود

    حامل دو میدان الکتریکی و مغناطیسی با خواص مختلف است. این میدانها هر یک شامل تعداد زیادی ذره ی فوق العاده کوچکی هستند

    که میدان الکتریکی و مغناطیسی را شکل می دهند. اما این ذرا بقدری کوچک هستند که نمیتوانند بعنوان یک ذره ی باردار قابل مشاهده

    یا یک آهنربا بتشند. بنابراین آنها را بار-رنگ و مغناطیس-رنگ می نامیم که همه ی کوانتومهایی که دارای خواص الکتریکی یا مغناطیسی

    هستند، از آنها ساخته می شوند. بهمین دلیل آنها را زیر کوانتوم کرومودینامیک می نامیم. بهمین دلیل زیر کوانتوم کرمودینامیک ذراتی

    هستند که میدانهای الکتریکی و میغناطیسی از جمله بار-رنگها را تولید می کنند




    ذرات ماده (فرميون ها): در مدل استاندارد الكترون،كوارك بالا (up) و كوارك پايين (down) ذرات بنيادى تشكيل دهنده مواد معمولى هستند.

    پروتون ها (uud) و نوترون ها (udd) از به هم چسبيدن سه كوارك به وجود مى آيند، كه آنها نيز به نوبه خود هسته اتم را مىسازند.

    (عكس بالا) الكترون و كوارك هاى بالا (up) و پايين (down) همراه با نوترينوى الكترون، اولين گروه از سه رده ذرات را تشكيل مىدهند كه

    به آنها رده مى گويند. همه رده ها در همه موارد مشابه هم هستند غير از جرم ذرات بنيادى شان. مقدار جرم، نوترينوها و بوزون هيگز در

    نمودار فرضى است اما طورى انتخاب شده اند كه با محاسبات تئورى و مشاهدات سازگار باشند.


    حمل كننده هاى نيرو (بوزون ها) : مدل استاندارد سه نيرو از چهار نيروى شناخته شده را توضيح مى دهد: الكترومغناطيس، نيروى ضعيف

    (كه شامل ساختارهاى عناصر شيميايى است) و نيروى قوى (كه پروتون ها و نوترون هاى هسته را در كنار هم نگه مى دارد). نيروها با ذرات

    نيرو منتقل مى شوند:

    نوترون ها براى الكترومغناطيس، بوزون هاى W و Z براى نيروى ضعيف و گلوآن ها براى نيروى قوى، براى گرانش گراويتون ها فرض شده اند

    كه البته مدل استاندارد شامل گرانش نمى شود. مدل استاندارد نيروهاى الكترومغناطيس و ضعيف را با هم متحد كرده است. اين دو نيرو

    در انرژى هاى زياد يا به طور معادل فاصله هاى كوچك تر از قطر پروتون در هم ادغام شده و نيروى الكترو ضعيف را به وجود مى آورند.

    از بزرگترين موفقيت هاى مدل استاندارد اين است كه ساختار نيروها - ساختار دقيق معادلاتى كه آنها را توصيف مى كند- به طور وسيعى

    با اصول عمومى كه در نظريه وجود دارد مشخص مى شوند و نه با فرضيات ساختگى براى سازگارى با داده هاى آزمايشگاهى. براى مثال

    در مورد الكترومغناطيس، اعتبار نظريه ميدان كوانتومى نسبيتى (كه بناى مدل استاندارد است) و وجود الكترون ايجاب مى كند كه فوتون

    بايد وجود داشته باشد و آن گونه برهم كنش كند كه برهم كنش مى كند و بدين ترتيب در نهايت توانستيم ماهيت نور را بفهميم. مسائل

    مشابهى وجود و خواص گلوآن ها و ذرات W و Z را پيش بينى كرد كه بعداً تائيد شدند.




    منبع جرم: مدل استاندارد علاوه بر ذرات توضيح داده شده در بالا، وجود بوزون هيگز را پيش بينى مىكند كه هنوز به طور مستقيم مشاهده

    نشده است. هيگز با ذرات ديگر مدل استاندارد به گونه اى برهم كنش مى كند كه به آنها جرم مى دهد.


    سطوح عميق تر: آيا احتمال دارد نظريه ديگرى كه در آن كوارك ها و الكترون ها كه خود از ذرات بنيادى تر درست شده اند جانشين مدل

    استاندارد شوند؟ به احتمال بسيار نه. امروزه آزمايش هايى بسيار دقيق تر از هميشه انجام شده اند و هيچ نشانه اى مبنى بر ساختارى

    اضافه ديده نشده است. مهمتر اينكه مدل استاندارد يك تئورى سازگار است كه اگر الكترون ها و كوارك ها بنيادى باشند معنى دارد. هيچ

    نكته مبهمى وجود ندارد تا دال بر وجود ساختار بنيادى عميق ترى باشد. علاوه بر اين همه نيروها در انرژى هاى زياد شبيه هم خواهند بود.

    به ويژه اگر ابرتقارن درست باشد. (به قاب صفحه۱۹ مراجعه كنيد) اگر الكترون ها و كوارك ها ذرات مركب باشند، اين اتحاد از بين مى رود:

    نيروها مانند هم نخواهند بود. نظريه ميدان هاى كوانتومى نسبيتى، الكترون ها و كوارك ها را ذرات نقطه اى مى داند يعنى مى گويد اين

    ذرات بدون ساختار هستند.

    در آينده مى توان آنها را ريسمان هاى كوچك (String) يا رويه اى (membrane) ديد همان گونه كه نظريه ريسمان مى گويد اما آنها باز هم

    الكترون و كوارك هستند با همه خواصى كه مدل استاندارد در انرژى هاى كم براى آنها متصور است.



    مدل استاندارد ذرات بنيادى و چگونگى برهم كنش آنها را توضيح مى دهد. براى فهم كامل طبيعت، همچنين بايد بدانيم كه كدام قواعد براى

    محاسبه نتايج برهم كنش ها استفاده مى شود.



    به عنوان مثال قانون نيوتن ( F=ma) مى تواند براى روشن شدن مطلب به ما كمك كند. F نيرو است، m جرم ذره و a شتاب ذره ناشى

    از نيرو. حتى اگر ذرات و نيروهاى وارد بر آنها را بشناسيد نمى توانيد رفتار ذرات را محاسبه كنيد، مگر اينكه قانون F=ma را بدانيد. نسخه

    مدرن اين قوانين نظريه ميدان هاى كوانتومى نسبيتى است كه در اوايل نيمه دوم قرن بيستم ابداع شده است. در نيمه دوم قرن بيستم

    تحول مدل استاندارد، طبيعت ذرات و نيروها _ كه با قواعد نظريه ميدان هاى كوانتومى بازى مى كنند- را به پژوهشگران آموخت.

    مفهوم سنتى نيرو توسط مدل استاندارد نيز بسط يافت.



    ذرات وقتى برهم كنش مى كنند علاوه بر جذب و دفع كردن مى توانند ماهيت خود را تغيير دهند و به وجود بيايند يا نابود شوند. نمودارهاى

    فاينمن a-g (در شكل بالا) كه توسط ريچارد پ. فاينمن (Richard P.Feynman) ابداع شدند به عنوان ابزارى مفيد براى توصيف نظريه ميدان

    هاى كوانتومى به كار مى روند. خط هاى مستقيم مسير ذرات مادى را نشان مى دهند. خط هاى موج دار نشان دهنده مسير ذرات نيرو

    هستند. الكترومغناطيس توسط گسيل يا دريافت نوترون ها توسط ذرات باردار (مانند الكترون ها و كوارك ها) توليد مى شود. در «a» الكترون

    ورودى يك فوتون گسيل مى كند و در مسيرى جديد به راهش ادامه مى دهد.

    نيروى قوى حاوى گلوآن هاى گسيل شده يا جذب شده توسط كوارك ها است.



    (b) نيروى ضعيف حاوى ذرات W و Z است، كه هم توسط كواركها و هم لپتونها (الكترون ها، ميوآن ها، تاوها و نوترينو ها) جذب يا گسيلمى

    شوند. (d و c) دقت كنيد كه چگونه ذره W باعث تغيير ماهيت الكترون مى شود. گلوآن ها (E) و W ها و Z ها (F) با هم برهم كنش میكنند،

    كه براى فوتون ها صحيح نيست.به نمودار هاى a تا f پايه هاى برهم كنش مى گويند. نيروها به وسيله جمع دو يا چند پايه توليد مى شوند.

    براى مثال، نيروى الكترومغناطيس بين يك الكترون و يك كوارك به وسيله فرستادن يك فوتون (g) توليد مى شود. هرچيز كه در جهان ما اتفاق

    مى افتد، به جز گرانش، تركيبى از اين پايه ها است.




  7. #7
    مدیر تالار شیمی
    رشته تحصيلي
    کارشناس ارشد شیمی دارویی
    نوشته ها
    907
    امتیاز
    93,535
    موضوع ها
    412
    سپاس
    0
    مورد پسند
    8 بار در 6 پست
    اعتراض ها
    0
    اعتراض شده 2 بار در 2 پست
    Array

    [برای مشاهده لینک و استفاده از تمامی امکانات انجمن لطفا ثبت نام کنید ]


کلمات کلیدی این موضوع

مجوز های ارسال و ویرایش

  • شما نمیتوانید موضوع جدیدی ارسال کنید
  • شما امکان ارسال پاسخ را ندارید
  • شما نمیتوانید فایل پیوست کنید.
  • شما نمیتوانید پست های خود را ویرایش کنید
  •  
درباره ما

انجمن علمی نخبه های ایران در فروردین 1391 با هدف ایجاد محیطی کاملا مناسب و سالم در فضای مجازی و با وظیفه دانستن کمک به افزایش سطح علمی کشور شروع به کار نمود.

انجمن علمی نخبه های ایران توسط هاست دی ال میزبانی می شود

ارسال پیام به مدیر سایت
دوستان ما
لینک های مفید
ابزار ها
بارگذاری مجدد کد امنیتی مندرج در تصویر را وارد کنید: