* ثورة النانو في العالم - مواضيع نظرية الأوتار - بوزيترون (مضاد الكترون)

ثورة النانو في العالم
انطلقت بعض الدول لعمل دراسات حول هذه التقنية، وقامت دول أخرى بعمل مراكز بحوث ودراسات وجامعات مخصصة لتقنية النانو, وكلفت مجموعة من الخبراء المميزين لدراسة هذه التقنية.
في مجال الصحة سوف يكون لدى الأطباء القدرة على السيطرة على بعض الأورام الصغير التي لايمكن التأثير عليها في السابق، وأيضا في مجالات أخرى...

علوم النانو
علوم النانو وتقنية النانو إحدى مجالات علوم المواد واتصالات هذه العلوم مع الفيزياء، الهندسة الميكانيكية والهندسة الحيوية والهندسة الكيميائية تشكل تفرعات واختصاصات فرعية متعددة ضمن هذه العلوم وجميعها يتعلق ببحث خواص المادة على هذا المستوى الصغير.
جاء في مقال في جريدة الحياة اللندنية للكاتب (أحمد مغربي) تعرّف تقنية النانو بأنها تطبيق علمي يتولى إنتاج الأشياء عبر تجميعها على المستوي الصغير من مكوناتها الأساسية، مثل الذرة والجزيئات. وما دامت كل المواد المكونة من ذرات مرتصفة وفق تركيب معين، فإننا نستطيع أن نستبدل ذرة عنصر ونرصف بدلها ذرة لعنصر آخر، وهكذا نستطيع صنع شيء جديد ومن أي شيء تقريبا. وأحيانا تفاجئنا تلك المواد بخصائص جديدة لم نكن نعرفها من قبل، مما يفتح مجالات جديدة لاستخدامها وتسخيرها لفائدة الإنسان، كما حدث قبل ذلك باكتشاف الترانزيستور.
وتكمن صعوبة تقنية النانو في مدى إمكانية السيطرة على الذرات بعد تجزئة الموادالمتكونة منها. فهي تحتاج بالتالي إلى أجهزة دقيقة جدا من جهة حجمها ومقاييسها وطرق رؤية الجزيئات تحت الفحص. كما أن صعوبة التوصل إلى قياس دقيق عند الوصول إلى مستوى الذرة يعد صعوبة أخرى تواجه هذا العلم الجديد الناشئ. بالإضافة ما يزال هناك جدل ومخاوف من تأثيرات تقنية النانو، وضرورة ضبطها.

تقنية الصغائر
تقنية الصغائر أو تقنية النانو هي العلم الذي يهتم بدراسة معالجة المادة على المقياس الذري والجزيئي. تهتم تقنية النانو بابتكار تقنيات ووسائل جديدة تقاس أبعادها بالنانومتر وهو جزء من الألف من الميكرومتر أي جزء من المليون من الميليمتر. عادة تتعامل تقنية النانو مع قياسات بين 0.1 إلى 100 نانومتر أي تتعامل مع تجمعات ذرية تتراوح بين خمس ذرات إلى ألف ذرة. وهي أبعاد أقل كثيرا من أبعاد البكتيريا والخلية الحية. حتى الآن لا تختص هذه التقنية بعلم الأحياء بل تهتم بخواص المواد، وتتنوع مجالاتها بشكل واسع من أشباه الموصلات إلى طرق حديثة تماما معتمدة على التجميع الذاتي الجزيئي. هذا التحديد بالقياس يقابله اتساع في طبيعة المواد المستخدمة، فتقنية النانو تتعامل مع أي ظواهر أو بنايات على مستوى النانوالصغير. مثل هذه الظواهر النانوية يمكن أن تتضمن تقييد كمي التي تؤدي إلى ظواهر كهرومغناطيسية وبصرية جديدة للمادة التي يبلغ حجمها بين حجم الجزيء وحجم المادة الصلبة المرئي. تتضمن الظواهر النانوية أيضا تأثير جيبس-تومسون - وهو انخفاض درجة انصهار مادة ما عندما يصبح قياسها نانويا، اما عن بنايات النانو فأهمها أنابيب النانوالكربونية.
يستخدم بعض الكتاب الصحفيين أحيانا مصطلح (تقنية الصغائر للتعبير عن النانو) رغم عدم دقته، فهو لا يحدد مجاله في تقنية النانو أو الميكرونية إضافة إلى التباس كلمة صغائر التي قد تفهم بمعنى جسيم لأن البعض يسمي الجسيمات بالدقائق.

قائمة مواضيع نظرية الأوتار
مُساهمة طارق فتحي في الخميس 1 أكتوبر 2015 - 20:20

شاهد أيضاً: قائمة المواضيع الرياضية في النظرية الكمية.
نظرية الأوتار
أوتار
فعل نامبو-غوتو Nambu-Goto action
فعل بولياكوف Polyakov action
نظرية الأوتار البوزونية bosonic string theory
نظرية الأوتار الفائقة
النوع الأول للأوتار type I string
النوع الثاني للأوتار type II string
نظرية أوتار النوع الثاني أ type IIA string theory
نظرية أوتار النوع الثاني ب type IIB string theory
وتر متفوق heterotic string
وتر فائق N=2
نظرية-إم
نظرية المصفوفة
مقدمة إلى نظرية-إم
نظرية-إف
نظرية الحقل الوتري
نظرية الأوتار المصفوفية
نموذج سيغما اللاخطي nonlinear sigma model
تكثيف تاكيون tachyon condensation
تشكيلية RNS
نسق نظرية الأوتار string theory landscape
تاريخ نظرية الأوتار
ثورة الوتر الفائق الأولى
ثورة الوتر الفائق الثانية

مثنوية الوتر
مثنوية-T
مثنوية-S
مثنوية-U
مثنوية مونتونين-أولايف Montonen-Olive duality
مثنوية مايستيريوس Mysterious duality
جسيمات وحقول[عدل]
غرافيتون Graviton
ديلاتون dilaton
تاكيون tachyon
حقل راموند-راموند Ramond-Ramond field
حقل كالب-راموند Kalb-Ramond field
أحادي-القطب المغناطيسي magnetic monopole

برينات
برين-D
برين-S
برين أسود
ثقوب سوداء
كوزمولوجيا برين brane cosmology
مخطط الارتعاش quiver diagram
انتقال هاناني-ويتين Hanany-Witten transition

تناظر فائق
ثقالة فائقة
فضاء فائق superspace
جبر لي الفائق Lie superalgebra
مجموعة لي الفائقة Lie supergroup
نظرية الحقل الإمتثالي[عدل]
جبر فيراسورو Virasoro algebra
تناظر المرآة
شذوذ إمتثالي conformal anomaly
جبر إمتثالي
جبر إمتثالي فائق
جير مشغل الرأس المخروطي vertex
جبر الحلقة loop algebra
جبر كاك-مودي Kac-Moody algebra
نموذج ويس-زومينو-ويتين ess-Zumino-Witten model

هندسة
نظرية كالوزا-كلاين Kaluza-Klein theory
تضغيط compactification
لماذا 10 أبعاد؟
تفرع كاهلير Kähler manifold
تفرع ريسي-المسطح Ricci-flat manifold
تفرع كالابي-ياو Calabi-Yau manifold
تفرع كاهلير الزائد hyperKähler manifold
سطح K3
تفرع G2
تفرع سبين(7) Spin(7) manifold
تفرع التعقيد المعمم generalized complex manifold
تفرع مداري orbifold
تفرع مخروطي conifold
تفرع توجيهي orientation
معاملات Moduli
جدار مجال هورافا-ويتين Horava-Witten domain wall
نظرية-K (فيزياء)
نظرية K الملتوية

هولوغرافيا : تصوير فراغي
مبدأ هولوغرافي
توافق AdS/CFT

نظرية المعيار
شذوذيات
إنستانتونات instanton
شكل تشيرن-شايمونز Chern-Simons form
رابطة بوغومولأني-براساد-سوميرفيلد Bogomol'nyi-Prasad-Sommerfield bound
مجموعات لي الاستثنائية exceptional Lie group
G2, F4, E6, E7, E8
تصنيف ADE
وتر ديراك
ديناميكا كهربائية ذات الشكل-p

أشخاص (قائمة جزئية)
أوفير أهاروني Ofer Aharony
نیما ارکانی-حامد
مايكل فرانسيس عطية
توم بنكز Tom Banks
كاترين بيكير Katrin Becker
ميلاني بيكير Melanie Becker
ديفيد بيرنيشتاين David Berenstein
جيرالد كليافير Gerald Cleaver
أتيش دابهولكار Atish Dabholkar
روبرت ديجكغراف Robbert Dijkgraaf
جيكويز ديستلير Jacques Distler
مايكل دوغلاس Michael Douglas
ويلي فيسكلير Willy Fischler
دانيل فرايدان Daniel Friedan
أوري غانور Ori Ganor
إي. غافا E. Gava
راجيش غوباكومار Rajesh Gopakumar
مايكل غرين Michael Green
بريان غريني Brian Greene
ديفيد غروس David Gross
أميهاي هاناني Amihay Hanany
جيفري هارفي Jeffrey Harvey
بيتر هورافا Petr Horava
ميتشيو كاكو Michio Kaku
ثيودور كالوزا Theodor Kaluza
آيغور كليبانوف Igor Klebanov
أوسكلر كلاين Oskar Klein
جوان مالداسينا Juan Maldacena
إيميل مارتينيس Emil Martinec
شيراز مينوالا Shiraz Minwalla
جريغوري مور Gregory Moore
لوبوس موتل Lubos Motl
سونيل موكي Sunil Mukhi
كيه.إس. ناراين K.S. Narain
هوراتيو ناستيس Horatiu Nastase
ديمتري نانوبولوز Dimitri Nanopoulos
هولجير بيتش نيلسين Holger Bech Nielsen
جوزيف بولتشينسكي Joseph Polchinski
ألكساندر بولياكوف Alexander Polyakov
أرفيند راجارامان Arvind Rajaraman
ليسا راندال Lisa Randall
سيف الله راندجبار-دايمي Seifallah Randjbar-Daemi
جون إتش. شفارتز John H. Schwarz
ناذان سايبيرغ Nathan Seiberg
أشوكي سين Ashoke Sen
ستيف شينكير Steve Shenker
إيفا سيلفيرشتاين Eva Silverstein
أندرو سترومين Andrew Strominger
ليونارد سوسكايند Leonard Susskind
سانديب ترايفيدي Sandip Trivedi
كمرن فيفا Cumrun Vafa
غابرايل فينيزيانو Gabriele Veneziano
إيريك فيرليندي Erik Verlinde
هيرمان فيرليندي Herman Verlinde
إدوارد ويتين Edward Witten
بارتون زويباتش Barton Zwiebach

بوزيترون (مضاد الكترون)
البوزيترون Positron جُسيم أولي لا يدخل في تكوين المادة العادية، في نواة الذرة والنيوترون، ويعتبر الجسيم المُضاد للإلكترون أو نقيض الإلكترون. وهو يتطابق مع الإلكترون في الصفات والخصائص الفيزيائية كافةً، فيما عدا الشحنة الكهربائية؛ إذ يحمل البوزيترون شحنة كهربائية موجبة مساوية لشحنة الإلكترون، ولكن على عكس الإلكترون الذي يحمل شحنة كهربائية سالبة.، في حال اصطدام البوزيترون بالإلكترون يحدث ما يعرف بإبادة إلكترون-بوزيترون أي يتحولان إلي شعاعين من أشعة جاما. أي يتحولان إلى طاقة ويظهران على هيئة موجتين كهرومغناطيسيتين لهما نفس التردد. والبوزيترون هو اختصار لكلمة (Positive Electron)
تاريخ النظرية
في عام 1928 بول ديراك (بالإنجليزي: Paul Dirac) قام بنشر اقتراحه قائلا بأن الالكترون يستطيع ان يمتلك كلتا الشحنتين الموجبة و السالبة. ادى هذا الاقتراح إلى وضع معادلة ديراك , اتحاد ميكانيكا الكم , النظرية النسبية الخاصة و مفهوم جديد لدوران الالكترون في تفسير مفعول زيمان. هذا الاقتراح لم يكن يتضمن وجود جسيم ولكن سمح للالكترون احتمالية امتلاك شحنة سالبة او موجبة , كحل . لم يسمح ميكانيكا الكم للحل الطاقة السالبة ان يتم تجاهله , كما فعلت النظرية الكلاسيكية في كثر من معادلاتها . الحل المزدوج تضمن احتمالية انتقال الالكترون تلقائيا بين الحالة الموجبة و السالبة. مع ذلك لم يلاحظ تجريبيا اي انتقال .
الادلة التجريبية و الاكتشافات
ان اول من لاحظ بوزترون هو دیمیتری اسکوبلتسین في عام 1929 عندما كان يستعمل (ويلسون غرفة سحابة) في محاولة كشف اشعة كاما في الاشعة الكونية . دمتري اكتشف جسيمات تصرف مثل الكترون ولكن انحنى باتجاه المعاكس لالمجال المغناطيسي المطبق .
كذالك في عام 1929 , تشونغ ياو تشاو المتخرج من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا , لاحظ بعض النتائج الغريبة احتوى على جسيمات يتصرف مثل الكترون , ولكن تحمل شحنة موجبة.
كارل اندرسون , اكتشف بوزيترون في 2 من اغسطس في عام 1932 الذي فاز بجائزة نوبل للفيزياء في عام 1936 . اندرسون صاغ المصطلح بوزيترون . بوزيترون هي الدليل الاولى لالمادة المضادة . كتب اندرسون استذكار يقول فيه ان بوزيترون تم اكتشافه مسبقا اعتمادا على اعمال تشونغ ياو تشاو .
الانتاج
الابحاث الجديدة زادت بشكل كبير من كميات البوزيترونات التي ينتجها التجريبيون . الفيزيائيون في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا استعملوا ليزر فائقة مكثفة و صوبوه نحو قطعة من ذهب سمكها مليمتر واحد و انتجت اكثر من 100 مليون بوزيترون.

إفناء إلكترون-بوزيترون
إفناء إلكترون-بوزيترون في الفيزياء (بالإنجليزية:Electron–positron annihilation) هي عملية تحدث عند اصطدام إلكترون ببوزيترون "والذي يعتبر مضاد للإلكترون أو نقيض الإلكترون ". ويحدث هذا حتى لو كان الإثنان في حالة استقرار. فإنها يدمران بعضهما البعض عند التلامس وينتج من ذلك 2 فوتون من أشعة جاما ولكل منهما طاقة قدرها 511 KeV تنبعث في اتجاهين متعاكسين. ولو كان الإلكترون والبوزيترون يتحركان بسرعتين مختلفتين قبل التصادم، فإن طاقة الفوتونين المنبعثة ستكون متساوية ومجموعهما مساويا لمجموع كتلة السكون للإلكترون + طاقة حركته + كتلة السكون للبوزيترون + طاقة حركته. وهذا يتفق مع قانوني انحفاظ الطاقة وانحفاظ كمية الحركة.
وبالعكس فقد يحدث العكس كما في ظاهرة الإنتاج الزوجي. فالفوتون الذي له طاقة كافية، فوق 1.022 مليون إلكترون فولت (MeV)، يمكن أن ينتج إلكترونا وبوزيترونا حيث تكفي طاقته للتحول إلى هاذين الجسيمين وكل منهما ذو كتلة سكون مقدارها 0.511 (MeV/c2). وعندما تكون طاقة شعاع جاما أكبر يمكن أن يكون هناك طاقة كافية لإنتاج بوزون-Z.
معادلة التفاعل
e⁻ + e+ → γ + γ
كما هو موضح ينتج عن تفاعل " أو إفناء" إلكترون ونقيض الإلكترون شعاعين من أشعة جاما متساويين في الطاقة. تلك العملية لا بد وأن تتطبق مع عدة قوانين للانحفاظ:
انحفاظ الشحنة الكهربائية. الشحنة الكلية قبل التفاعل وبعده متساويتان وهما مساويتان للصفر.
انحفاظ كمية الحركة وانحفاظ الطاقة ويمنع قانون انحفاظ كمية الحركة تكون شعاعا واحدا من أشعة جاما كنتيجة للتفاعل. ولكن يمكن أن يحدث ذلك بشرط أن يكون التفاعل بالقرب من جسيم ثالث - مثل نواة ذرية - تقوم بالتقاط جزء من زخم الحركة بحيث يحترم قانون انحفاظ كمية الحركة . أي تتوزع كمية الحركة على شعاع جاما الناتج وعلى النواة الذرية.
انحفاظ الزخم الزاوي.
ومن الممكن أن يصطدم الإكترون بالبوزيترون من دون "إفناء بعضهما البعض" فيما يسمى "التصادم المرن".
حالة الطاقة المرتفعة
إذا امتلك الإلكترون أو البوزيترون أو كل منهما طاقة حركة عالية، فيمكن أن تنشأ جسيمات أخرى أثقل منهما، مثل ميسونات-دي حيث تكفي مجموع حركتي الإلكترون والبوزيترون لإنتاج كتلة السكون لجسيمين من ميسون-دي. كما يمكن التحول مباشرة إلى إنتاج شعاعين جاما (فوتونين) فيكونان ذوي طاقة عالية، إذ تنقسم الطاقة الكلية للإلكترون والبوزيترون بينهما.
نجح العلماء باستخدام معجلات الجسيمات في إنتاج "إفناء" إلكترون وبوزيترون ذوي طاقة عالية تكفي لإنتاج زوجا من بوزون W+ وبوزون W⁻، وهما جسيمان ثقيلان. وكان أثقل جسيم تكون منفردا هو بوزون-زد (بوزون Z). وقد اجتمع علماء من الشرق والغرب وقاموا ببناء مصادم الهادرونات الكبير بغرض إنتاج بوزون هيغز بهذه الطريقة. قامت المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية ببنائه بالقرب من جينيف على الحدود بين فرنسا وسويسرا وهو يعتبر الآن أكبر في العالم.
كيفية تكون أزواج الفوتونات
يجب الأخذ في الاعتبار نقطة مهمة عند النظر لتكون الفوتونات نتيجة لعملية الإفناءإلكترون_بوزيترون، وهي أن الفوتونين الناتجين لا بد وان تكونا 2 على الأقل حيث انهما جسيمات لا كتلة لها. مما يعنى أن حاصل عزمها الرباعي يساوى صفر. ولو أنه هناك 2 فوتون بتحركان في اتجاهين مختلفين فإن عزمها الرباعي يتم إضافته قبل أخذ محصلته، وعلى هذا فإن أحدهما ينتهى بعزم رباعى موجب. وهذا العزم الرباعى يجب أن يكون مثل العزم الرباعى الناتج من تصادم الإلكترون والبوزيترون.
وعكس العملية السابقة تسمى الإنتاج الزوجي. في الإنتاج الزوجي يتحلل شعاع جاما مكونا 1 إلكترون و 1 بوزيترون. ونظرا لأن كتلة السكون للإلكترون وكتلة السكون للبوزيترون متساويتان وتبلغ كل منهما 511 و0 مليون إلكترون فولت فيتضح أن شعاع جاما لا بد وأن تكون طاقته 022 و1 مليون إلكترون فولت على الأقل لكي ينتج إلكترونا وبوزيترونا. في تلك الحالة تكون سرعة الإلكترون والبوزيترون الناتجين صغيرة جدا جدا . أما إذا كانت طاقة شعاع جاما أعلى من 022 و1 مليون إلكترون فولت فإن فائض تكون كتلة السكون للإلكترون وكتلة السكون للبوزيترون توزع بينهما بالتساوي في هيئة طاقة حركة.
فمثلا إذا كانت طاقة شعاع جاما تبلغ 422 و1 مليون إلكترون فولت فتستهلك منها 022 و1 مليون إلكترون فولت لإنتاج 1 إلكترون و 1 بوزيترون، كل منهما ذو كتلة سكون تبلغ 511 و0 مليون إلكترون فولت. والباقي من طاقة شعاع جاما يتوزع عليهما بالتساوي فيحمل كل منهما 200 و0 مليون إلكترون فولت كطاقة حركة. هذا ما يمليه قانون بقاء الطاقة وقانون انحفاظ كمية الحركة.
كذلك يمكن أن تحدث عملية الإفناء للبروتون ومضاد البروتون antiproton، وتكون نتيجة التفاعل إنتاج 2 من الفوتونات، كل واحد منهما له طاقة 938 MeV. وإذا كانت طاقة البروتون ومضاد البروتون أعلى من 2. MeV 1876 = 938، تتوزع الطاقة بين الفوتونين الناتجين بالتساوي