شغف العلم الذي لا ينتهي

قصة الذرة 2 الجسيم المتعادل المراوغ - ساينسوفيليا

 

 قصة الذرة 2

( الجسيم المتعادل المراوغ )

بقلم : مجدي عياد فرج

قصة الذرة 2 الجسيم المتعادل المراوغ - ساينسوفيليا

توصلنا من مقال الذرة لتصور للذرة بأنها بروتونات موجبة الشحنة الكهربية تدور حولها الالكترونات سالبة الشحنة
 مما يجعل الذرة متعادلة كهربية وبالتالي كيان مستقر له وجود.

- ان لم تكن عزيزي القارئ قراءة مقال الذرة , فيمكنك قرائته من هذا الرابط (https://www.sciencophelia.com/2020/07/blog-post_99.html) -

 

ذرة الهيدروجين وهي اخف ذرة موجودة في الطبيعة تتكون من بروتون واحد يمثل النواة ويدور حوله الكترون واحد حيث تبلغ كتلة ذرة الهيدروجين 1.007825 وحدة متفق عليها. اما نواة ذرة عنصر الهيليوم وهو ثاني اخف عنصر تحتوي علي بروتونان ويدور حولهما الكترونان , اذن فمن المتوقع ان تكون كتلة ذرة الهيليوم ضعف كتلة ذرة الهيدروجين اي 2.01565 وحدة لكن المفاجأة ان ذرة الهيليوم تبلغ كتلتها 4.0025

اذن هناك شئ اخر يشارك في كتلة الذرة ولا يشارك في شحنتها الكهربية.

 

النيوترون هو جسم متعادل كهربيا ومن هنا اتت تسميته فهو لا يتفاعل مع اي مجال كهربي وكتلته اكبر قليلا من كتلة البروتون, له متوسط عمر يبلغ 15 دقيقة بعدها يتحول الي بروتون والكترون. وهذا ادي الي تأخر اكتشافه.

 

تنبأ العالم رذرفورد بوجود النيوترونات داخل الانويه عام 1919 بعدها بعشر سنوات لاحظ العالمان الالمانيان والتر وهيربرت اثناء قذف البريليوم بأشعة الفا انطلاق اشعة متعادلة كهربيا اي لا تحيد عن مسارها عند اختراقها مجال كهربي. هذه الاشعة قادرة علي اختراق 200 ميلي متر من الواح الرصاص , مع العلم ان البروتونات لا تستطيع عبور اكثر من ميلي متر واحد من الرصاص. فقام العالمان بافتراض انها اشعة جاما.

 

حازت هذه الظاهرة اهتمام العلماء آنذاك ودرسوها بتمعن اكثر فاتت النتائج مخالفه للافتراضات الأولية. فقد قام بعض العلماء باستقبال الاشعة المتعادلة الخارجة من البريليوم علي حاجز من شمع البرافين والمفاجأة انهم لاحظوا انطلاق بروتونات بسرعة عالية ففسروا ذلك بأن اشعة جاما المفترضة قامت بتحرير بروتونات من داخل انوية ذرات الشمع كما تأين اشعة جاما الذرات وتتسبب احيانا بانطلاق الإلكترونات بعيدا عن الانويه.

 

قدم عالم الفيزياء جيمس شادويك الحائز علي جائزة نوبل تفنيد للافتراضات السابقة , حيث اثبت ان الطاقة اللازمة لتحرير بروتونات من داخل الانويه والتي تبلغ 50 مليون الكترون فولت هي اكبر بكثير من الطاقة المفترض انها جاما والتي تبلغ 14 مليون الكترون فولت فقط. اكتشف شادويك ان الاشعة الخارجة من البريليوم عند قذفه بأشعة الفا هي نوع جديد من الجسيمات المتعادلة الموجودة داخل النواه , وبإجراء الدراسات والتجارب توصل الي كتلتها التي تبلغ 1.0067 من كتلة البروتون, أي اكبر من كتلة البروتون بقليل.

لذلك عند اعادة حساب كتلة ذرة الهيليوم سوف نجد انها تتكون من بروتونان ونيوترونان يمثلان النواة يدور حولها الكترونان.

بذلك نكون وصلنا لتصور جديد للذرة بانها تتكون من ثلاث جسيمات اوليه لا يمكن تجزئتها وهم البروتونات الموجبة والنيوترونات المتعادلة والالكترونات السالبة. ولكن لاحقا تم اكتشاف ان البروتونات والنيوترونات هي ذرات اصغر او بلفظ اخر جسيمات مركبة تتكون من جسيمات اصغر منها. 

النجوم النيوترونية :-

النجوم النيوترونية هي اجرام سماوية تتكون من النيوترونات وتتشكل عندما يموت نجم تبلغ كتلته من 1.4 الي 3 اضعاف كتلة شمسنا اما اذا كان النجم اكبر من ذلك فانه يتحول الي ثقب اسود عند موته.

يحدث بداخل النجم انفجارات نوويه عنيفه مما تجعله يغلي ويكاد يتفسخ وينتشر في الفضاء المحيط بالنجم , ولكن جاذبية النجم نفسه تمنع حدوث ذلك لأنها تجذب مادة النجم تجاه مركزه محاولة ضغطه لحجم اصغر. يستمر الصراع بين الجاذبية والغليان النووي بندية تجعل النجم مستقر الي ان تخمد الطاقة النووية داخل النجم ويبرد فسرعان ما تنتصر الجاذبية وتسحق النجم فينهار علي نفسه وينضغط ليبلغ حجمه احيانا في حدود 20 كيلومتر فقط !  لدرجة ان  مقدار 1 سنتيمتر مكعب من مادة النجم النيوتروني تبلغ كتلتها نفس كتلة 1 كيلومتر مكعب من الجليد.

السؤال الان لماذا سمي النجم النيتروني بهذا الاسم؟ والاجابة هي انه حينما يبدأ تكون النجم النيوتروني تنضغط مادة النجم لدرجة رهيبة لا يمكن تصورها لدرجة ان الذرات التي معظمها فراغ تنضغط وتقوم النواه بابتلاع الالكترونات داخلها , يتحد كل الكترون سالب مع بروتون موجب مكونان نيوترون متعادل , الي ان ينتهي الامر بتحول كل مادة النجم الي نيوترونات.

 

تلعب النيوترونات دورا اساسيا في التفاعلات النووية فيتم قذف اليورانيوم بالنيوترونات لإتمام انشطاره وتوليد طاقة حرارية هائلة تستخدم في توليد الكهرباء في محطات الطاقة النووية او تستخدم لأي اغراض اخري.

 

ليست هناك تعليقات