معمل الفيزياء الأكبر فى العالم

الفيزياء النووية هى الوسيلة الرئيسية لفهم الكون من حولنا حيث انها تهتم بدراسة تركيب وخصائص وحدة البناء الرئيسية لكوننا ألا وهى الذرة ، فالتركيب الذرى للعناصر يوفر لنا صورة أوضح عن خصائصها الكيميائية والفيزيائية كما أن دراسة الأجسام الأولية التى تتكون منها الذرات يساعدنا على فهم بنية الكون بشكل أكثر دقة ، وتعتبر “المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية” والمعروفة باسم (سيرن) هى أكبر مشروع علمي فى مجال أبحاث الفيزياء النووية فى العالم فهى تقوم حالياً بتشغيل العديد من المختبرات ، ويعد مصادم الهادرونات الكبير هو أشهر المختبرات التى تديرها المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية. خلال هذا المقال سوف نلقى نظرة عن كثب على هذا المشروع العملاق.

تم تأسيس “المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية” عام 1952م وكانت تسمى حينها “القنصلية الأوروبية للأبحاث النووية” حتى عام 1954م حين بلغ عدد الدول الأعضاء فيها 20 دولة وتم تغيير اسمها إلى “المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية” ، وتم بناء أحد أكبر مسرعات الجسيمات فى العالم حيث أن وظيفة سيرن الرئيسية هى وظيفة بناء مسرعات الجسيمات وغيرها من البنى التحتية اللازمة لبحوث الفيزياء النووية.

ابدا تجربتك الان فى معامل براكسيلابس ثلاثيه الابعاد!

 

مسرع الجسيمات

تم بناء مسرعات الجسيمات فى ثلاثينيات القرن الماضى بهدف توفير جسيمات ذات طاقة عالية لإستخدامها فى فهم تركيب النواة ، حيث تقوم المسرعات بإنتاج حقول كهربائية تزيد من طاقة وسرعة حزمة من الجسيمات ، وحقول مغناطيسية لتوجيه تلك الجسيمات. وهناك شكلين للمسرعات ، إما مسرع دائرى أو مسرع خطى.

المسرع الدائرى:

تنتقل فيه الجسيمات خلال مسار دائرى حيث تدور مراراً وتكراراً لزيادة طاقتها.

المسرع الخطى:

تنتقل فيه الجسيمات خلال خط مستقيم من نقطة لأخرى.

نوع الجسيمات المستخدمة

يعتمد نوع الجسيمات المستخدمة على الغرض من التجربة ، فمصادم الهادرونات الكبير يسرع ويصدم البروتونات وأيونات الرصاص الثقيل ، قد يتوقع البعض أن مصادم الهادرونات الكبير قد يحتاج إلى مصدر كبير من الجسيمات ، ولكن فى الحقيقة أن حزم البروتونات المستخدمة فى المسرع الدائرى بطول 27 كيلومتر تنتج من زجاجة واحدة فقط من غاز الهيدروجين ويتم إستبدالها مرتين سنوياً.

انضم الى معامل براكسيلابس الافتراضيه الان

 

كاشف الجسيمات

تزيد المسرعات فى سيرن من سرعة الجسيمات إلى سرعات وطاقات عالية قبل أن تصطدم ببعضها داخل كاشف الجسيمات. يقوم كاشف الجسيمات بتحديد العديد من المعلومات عن الجسيمات مثل السرعة والكتلة والشحنة ، ويستخدم علماء الفيزياء تلك المعلومات للتعرف على خصائص هذه الجسيمات.

معظم الجسيمات الناتجة من التصادم تتحرك فى خطوط مستقيمة ونتيجة وجود المجال المغناطيسي فإنه يؤدى إلى إنحناء مسارها ، لذلك فإن مجالات الطاقة الكهرومغناطيسية الموجودة داخل الكاشف تعمل على محو ذلك التأثير والحفاظ على المسارات المستقيمة للجسيمات. الكاشفات الحديثة تتكون من مجموعة من طبقات متتالية من الكشافات، كلٌ منها يحدد صفات معينة للجسيمات.

أنواع كاشف الجسيمات:

1- أجهزة التتبع (الكشف عن مسار الجسيمات)

تقوم أجهزة التتبع بكشف مسارات الجسيمات خلال مرورها وتفاعلها مع المواد المناسبة. معظم أجهزة التتبع لا تُظهر مسارات الجسيمات بشكل مباشر ولكنها تسجل الإشارات الكهربائية الضعيفة التى تتركها الجسيمات أثناء مرورها ، ومن ثم تقوم أجهزة الكمبيوتر بإعادة بناء تلك الأنماط المسجلة.

2- المسعرات (إيقاف وامتصاص وقياس طاقة الجسيمات)

يقيس المسعر الطاقة التى يفقدها الجسم أثناء مروره . عادة ما يتم تصميم المسعرات لإيقاف أو إمتصاص الجسيمات الناتجة من التصادم وإجبار تلك الجسيمات على إيداع كامل طاقتها بداخل الكاشف.

تقوم المسعرات الكهرومغناطيسية بقياس طاقة الإلكترونات والبروتونات عند تفاعلها مع الأجسام المشحونة كهربياً. وتقوم المسعرات الهادرونية بتعيين طاقة الهادرونات أثناء تصادمها مع نواة ذرة.

3- محدد الجسيمات (تحديد هوية الجسيم)

بعد مرور الجسيمات من خلال “أجهزة التتبع” و “المسعرات” يتبقى طريقتين إضافيتين يستخدمهما علماء الفيزياء النووية لتقليل الإحتمالات حول هوية الجسيم ، تعتمد كلتا الطريقيتن على قياس الإشعاع المنبعث من الجسيمات المشحونة.

عند مرور جسيم مشحون من خلال وسط بسرعة أسرع من الضوء فإنه يصدر إشعاع شيرنكوف بزاوية تعتمد على سرعته وبقياس تلك الزاوية يتم تحديد سرعة الجسيم ، وبقياس زخم الحركة نتمكن من حساب كتلة ذلك الجسيم وبالتالى تحديد هويته.

عندما يعبر جسيم سريع مشحون الحد الفاصل بين عازلين كهربائيين بمقاومات مختلفة فإنه يصدر إشعاع يمكننا من التعرف على طاقته وبالتالى يمكننا تحديد هويته.

يمكنك تجربة معامل براكسيلابس الإفتراضية للعلوم مجاناً من هنا

ابدا تجاربك مع براكسيلابس الان مجانا!