מונחים

3 02 2010

לטובת חלק מהקוראים, נביא כאן, בסדר מילוני, הגדרות של מספר מושגים בפיזיקה אשר משתמשים בהם בשאר הכתבות.

הערה: המטענים החשמליים מצויינים כאן ביחידות של מטען הפרוטון.

אייץ' באר: ראה >הקבוע של פלנק.
אלקטרון: חלקיק אלמנטרי הנמצא בקליפת האטום. לאלקטרון יש מטען חשמלי שלילי 1-.
אנטי חלקיק: לכל חלקיק אלמנטרי המקיים את משוואת דיראק, קיים אנטי חלקיק. לאנטי חלקיק יש מטען הפוך מזה של החלקיק.
אנטיקווארק: יש שישה כאלה – לכל אחד מששת הקווארקים ישנו אנטיקווארק מתאים.
בוזון: כנוי לחלקיק שהספין שלו הוא מספר שלם אי שלילי.
בריון: משפחה של חלקיקים אליה שייכים הפרוטון והניוטרון. למעט הפרוטון, מתפרקים חלקיקים חפשיים ממשפחה זו, והמצב הסופי כולל פרוטון אחד וחלקיקים שסכום הבריונים שלהם מתאפס. כל בריון מאופיין על ידי צרוף של 3 קווארקים הנמצאים במצב קוואנטי מוגדר.
גל: לכל חלקיק ישנה תכונה גלית. אורך הגל של חלקיק תלוי במהירותו (ליתר דיוק, במומנטום שלו). כאשר חלקיק בעל אורך גל גדול פוגע במטרה שהיא חלקיק מורכב אין הוא יכול להבחין בפרטים קטנים של המטרה. עלית האנרגיה והמומנטום של מאיצים מודרנים יצרו אלומות של חלקיקים בעלי אורכי גל קטנים יותר ויותר ואלה איפשרו לקבל אינפורמציה מפורטת יותר על המבנה של חלקיקים. כך למדו לפני 100 שנים על מבנה האטום, לאחר מכן למדו על מבנה הגרעין ובארבעים השנים האחרונות התקבלה אינפורמציה על מבנה הפרוטון. (הערה: מכשיר האבחנה הרפואי המכונה אולטרה-סאונד מקרין גלי קול בעלי אורך גל קצר מאד ופועל לפי עקרונות אלה.)
גלואונים: אוביקטים פיזיקלים המשמשים בקיו-סי-די בתפקיד המקביל לזה של השדה האלקטרומגנטי של התיאוריה האטומית המקובלת. אולם, השדה האלקטרומגנטי מכיל גם שדה קרינה (פוטונים) הנפלטת והנבלעת על ידי מערכות של מטענים חשמליים. מאידך, אין קרינה של גלואונים ולכן הם לא התגלו במישרין באף מתקן נסיוני. פרושו של דבר, קיומם קם ונופל עם קיו-סי-די.
הדרון: מלה כללית לבריון ומזון.
הקבוע של פלאנק: זהו קבוע משמעותי מאד בתורת הקוואנטים. הוא משמש יחידה טבעית למדידת התנע הזויתי והספין של חלקיקים ושל מצבים קוואנטים. הקבוע המקורי מסומן h . קבוע שמושי יותר מכונה אייץ'-בר, שהוא . h/6.28
השפעת תורת היחסות הפרטית על מסות של מרכיבי הנוקליאון: אכן הכוחות החזקים הינם חזקים מאוד, ויש צורך בהשקעה של אנרגיה עצומה כדי להפריד בין חלקיקים קשורים. על פי תורת היחסות הפרטית שקולה אנרגיה למסה, ולכן מסת קווארקים המחוברים יחדיו קטנה משמעותית מהסכום (הלא ידוע) של המסות שלהם.
חלקיק אלמנטרי: חלקיק חסר נפח בגודל נקודה.
טאו: הלפטון השלישי והכבד ביותר (מכונה גם טאואון) של משפחת האלקטרון. שלישית הלפטונים האלה כוללת את האלקטרון, המיואון והטאואון. הם אלמנטרים, בעלי מסה, ספין 1/2, נושאים מטען חשמלי שלילי ויש לכל אחד מהם אנטי-חלקיק. הלפטון טאו כבד מהאלקטרון בערך פי 3500 ומהמיואון בערך פי 17. זמן מחצית החיים שלו נמדד ביחידות של 10-13 שניה.
כוח אלקטרומגנטי: הכוח שמפעילים השדות החשמליים והמגנטיים על מטענים חשמליים. לשדות החשמליים והמגנטיים ישנם חוקים משולבים המגולמים במשוואות מקסוול.
כוח גרעיני חזק: כח שיורי של הכח החזק. קושר את הפרוטונים והניוטרונים שבגרעין האטום.
כוח ון דר ואלס: כח הפועל בין מולקולות נייטרליות.
כוח חזק: מחזיק קווארקים יחדיו (בבריון או במזון).
כוח חלש: באנרגיות לא גבוהות מאד מתגלה כוח זה בתהליכים שהם בלתי אפשריים בארועים הנשלטים על ידי כוחות חזקים או כוחות אלקטרומגנטים. כוח זה מצליח לפרק חלקיקים ולייצר חלקיקים אחרים. למשל, ניוטרון חפשי מתפרק לפרוטון, אלקטרון ואנטי-ניוטרינו כתוצאה מפעולת הכוח החלש. באנרגיות גבוהות מאד, כמו אלו של החלקיק W, תרומתו מגיעה לשיעור של קרוב לשליש ממספר ההתפרקויות.
מודל טיפת הנוזל: מודל המתאר מצב של גרעינים ומניח שלכל הגרעינים, למעט הקלים ביותר, ישנה אותה צפיפות של הנוקליאונים. זהו מודל מקובל עבור רמת הדיוק הטיפוסית המצויה בתאור של כלל הגרעינים.
מזון: חלקיק המאופיין על ידי קווארק ואנטיקווארק.
מיואון: זהו חלקיק הדומה לאלקטרון ובעל מסה הגדולה בערך פי 200 ממסת האלקטרון.
מיסוך: ראה – תופעת המיסוך.
משוואת דיראק: המשוואה הבסיסית של תורת הקוואנטים עבור חלקיקים אלמנטרים מסיבים בעלי ספין-1/2. ניבאה בהצלחה תופעות חשובות ומשתלבת באופן טבעי בתורת השדות. אם מתבוננים בגבול הלא רלאטיביסטי שלה ומזניחים את הספין אז מקבלים את משוואת שרדינגר.
משוואות מקסוול: המשוואות הבסיסיות של השדות האלקטרומגנטיים. נבאו את קיומם של הגלים האלקטרומגנטים והשתלבו באופן מושלם בתורת היחסות הפרטית.
משוואת קליין-גורדון: משוואה קוואנטית רלאטיביסטית האמורה לתאר חלקיק מסיבי בעל ספין-0.
משוואת שרדינגר: המשוואה המוצלחת הראשונה של תורת הקוואנטים. זוהי משוואה מקורבת אשר איננה מטפלת בספין ומזניחה אפקטים של תורת היחסות הפרטית.
נוקליאון: שם כולל לפרוטון וניוטרון.
ניוטרון: חלקיק אנלוגי לפרוטון, הנמצא בגרעין האטום. מטענו החשמלי הכולל הוא אפס.
ניוטרינו: חלקיק חסר מטען חשמלי, בעל ספין 1/2 אשר מסתו נמוכה מאד. קיימים 3 מינים, המתאימים לאלקטרון, למיואון ולטאואון. בעשור האחרון נערכו נסיונות שהעידו כי מסתו גדולה מאפס אולם האפשרות שהוא חסר מסה טרם נפסלה לחלוטין. הניוטרינו איננו משתתף באינטראקציות חזקות ואלקטרומגנטיות.
ספין: תכונה של מצב קוואנטי בכלל ושל חלקיק אלמנטרי בפרט. הספין דומה למין סביבון קוואנטי. הספין יכול לקבל ערכים של N/2, כאשר N מספר שלם אי שלילי. משפחה חשובה של חלקיקים הם "חלקיקי דיראק" שיש להם ספין 1/2. יחידת המדידה המקובלת של הספין היא בעצם אייץ' באר.
עיקרון אי הוודאות: עקרון זה מגדיר גבול תחתון למידת אי הדיוק של גדלים פיזיקלים, המכונה באנגלית אייץ'-בר. עקרון זה תקף למכפלות אי הדיוק של הזמן והאנרגיה. למשל, חלקיק שמשך זמן החיים הטיפוסי שלו קטן מאד מאפשר, באופן עקרוני, ידיעה טובה של הזמן שבו השתתף חלקיק זה במדידה. לכן, מדידת האנרגיה העצמית שלו (ז"א מסתו) תהיה כרוכה באי דיוק מתאים. יחסים כאלה מוצאים גם בין קואורדינטה ומומנטום.
עיקרון פאולי: בפיזיקה מחולקים החלקיקים לשתי קבוצות. חלקיקים בעלי ספין שלם מכונים בוזונים וחלקיקים בעלי ספין חצי שלם מכונים פרמיונים. באופן ציורי ניתן לומר כי עיקרון פאולי אוסר על שני פרמיונים זהים להיות "באותו מקום". תופעת אי הדחיסות של נוזלים ומוצקים נובעת מתקפותו של עיקרון פאולי עבור האלקטרונים: דחיסה קלה מאלצת אלקטרונים לקפוץ למצב בעל אנרגיה גבוהה, וזה המקור להתנגדות הגבוהה לדחיסה. בלשון מתימטית דורש עיקרון פאולי שפונקצית הגל של כל שני פרמיונים זהים תהיה פונקציה אנטי-סימטרית של שתי פונקציות חד-חלקיקיות אורתוגונליות.
פוזיטרון: אנטי-אלקטרון. יש לו מטען חיובי.
פוזיטרוניום: מצב קוואנטי קשור של אלקטרון ופוזיטרון
פוטון: זהו שם המתאר את הפן החלקיקי של גל אלקטרומגנטי.
פיי-מזון: מזון המורכב מקווארק ואנטיקווארק מהקבוצה d,u הנמצאים במצב קוואנטי מוגדר (ישנם שלושה כאלה). הוא נקרא בקיצור פיון. הפיונים הם המזונים הקלים ביותר.
פלאנק: ראה הקבוע של פלאנק.
פרוטון: חלקיק הנמצא בגרעין האטום. לפרוטון יש מטען חשמלי חיובי +1.
קווארק: חלקיק אלמנטרי. ישנם שישה סוגים של קווארקים: s,d,u – "מוזר", c– "קסום", b ו-t. מצבו של הפרוטון מאופין על ידי שלושה קווארקים uud. המטען החשמלי של u הינו 2/3 והמטען של d הוא 1/3-. הניוטרון מאופין על ידי שלושה קווארקים udd. כאן קיימת טרמינולוגיה מקובלת. באטומים, אופי התכונות הכימיות מוגדר בעיקר על ידי האלקטרונים שבקליפה החצונית. הם נקראים אלקטרוני הערכיות. באופן אנלוגי, שלושת הקווארקים הללו נקראים בספרות "קווארקי הערכיות" (valence quarks).
תופעת המיסוך: תופעה ידועה מתורת החשמל. דוגמה לענין הנידון כאן. האטום בנוי מגרעין הטעון בחשמל חיובי ומימדיו הגיאומטרים קטנים מאד. הגרעין עטוף במעין ענן של אלקטרונים ובאטום לא מיונן, סכום המטענים השליליים של האלקטרונים שווה בערכו המוחלט למטען הגרעין. רחוק מהאטום אין שדה חשמלי הקשור לאטום הנידון, כי השפעת מטען האלקטרונים מבטלת את השפעת מטען הגרעין (ז"א – ממסכת אותו). מאידך, קרוב מאד לגרעין נמדד רק השדה הקשור לגרעין ואילו השדה הקשור לאלקטרונים בטל. ובמילים: רחוק מהאטום, האלקטרונים "ממסכים" כליל את השדה של הגרעין; לגמרי בפנים, אין הם "ממסכים" אותו כלל; בנקודות בינים ישנו "מיסוך" חלקי, הגובר ככל שגדל המרחק מהגרעין.
תורת היחסות הפרטית: ראה: השפעת תורת היחסות…
תורת השדות הקוואנטית: זוהי תורה בעלת השלכות מרובות. בענין הפרוטון (והניוטרון) מוזכרת כאן התופעה הבאה. למעשה מצבו של הפרוטון איננו מוגדר על ידי 3 קווארקים בלבד. לפי תורת השדות הקוואנטית, קיימת הסתברות שמצבו הקוואנטי של הפרוטון יכלול גם תוספת של זוג אחד או יותר של קווארק-אנטיקווארק. ואכן, בפרוטון נמדדו אנטיקווארקים במישרין. פרושו של דבר, עבור הפרוטון, הסתברות זו איננה זניחה.
Particle Data Group PDG: ארגון בינלאומי המרכז ומעבד את התוצאות הנסיוניות הקשורות לחלקיקים. ארגון זה נחשב לאורים והתומים בענין התוקף של עצם קיומם של חלקיקים וכן של תכונותיהם הפיזיקליות.

מודעות פרסומת

פעולות

Information

3 responses

10 05 2010
חיים טמס

האם אפשר להוסיף מראה מקום למאמר או הנסוי שבו נמצאו אנטי קווארקים בפרוטון?

10 05 2010
אליהו קומאי

דיון בנושא אפשר למצוא במאמר באתר שלי: http://www.tau.ac.il/~elicomay/antiquark.html

ושם אפשר גם למצוא רפרנס לספר בנושא:
p. 281 of D. H. Perkins, Introduction to High Energy Physics (Addison-Wesley, Menlo Park, CA, 1987)

11 05 2010
אליהו קומאי

לגבי מראה מקום המבסס את קיומם של אנטיקווארקים בפרוטון:

ההסק לגבי אנטיקווארקים מתבסס על נסיונות עם ניוטרינו ואנטי-ניוטרינו. דיון קצר ישנו בספר של פרקינס, עמ' 282. לדעתי אם אנחנו בוטחים באלמנטים הבסיסיים של תורת השדות אז אפשר בהחלט לקבל את המסקנה הזאת

כתיבת תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s




%d בלוגרים אהבו את זה: