محفظه حباب
امروزه یكی از شاخههای جالب و مهیج فیزیك مطالعه روی ذرّات بنیادی است. در واقع تمامی مواد و عناصر از ذرّات بنیادی ساخته شدهاند.
اطلاعات مهم در مورد این ذرّات را میتوان با مطالعه حركتشان در میدان مغناطیسی بهدست آورد. دستگاهی كه این آزمایشها در آن انجام میشود محفظه حباب نام دارد.
در محفظه حباب سیالی با دمای بسیار بالا مثل هیدروژن قرار دارد. وقتی یك ذرّه باردار از داخل محفظه عبور داده میشود مسیر نازكی از حركت ذرّه در محفظه نمایان میشود. این مسیر قابل عكس برداری است و به خوبی اثر میدان مغناطیسی را بر حركت ذرّه باردار نشان میدهد.
مثال زیر نشان میدهد كه چگونه فیزیكدانها از چنین تصاویری استفاده نموده و اطلاعات مهمی در مورد ذرّات بنیادی كسب میكنند.
مثال
تصویر زیر مسیر هایی را نشان میدهد كه بر اثر حركت ذرّه باردار در محفظه حباب بهوجود آمده است.
این مسیرها از نقطه A شروع شدهاند. در این نقطه پرتوی گاما كه از ماده رادیو اكتیو تابش شده است، از سمت چپ به راست حركت میكند، و به ناگاه به دو ذرّه باردار تبدیل میشود. قبل از این نقطه هیچ اثری از خود پرتوی گاما مشاهده نمیشود.
ذرّات باردار از نقطه A شروع به حركت میكنند و باعث بهوجود آمدن دو مسیر مارپیچی میگردند. ذرّه باردار سوّمی نیز از اتم هیدروژن كنده شده و به پیش میرود و مسیر بلندی (كه كمی به سمت بالا خمیده است) را حاصل میكند. تمامی این ذرّات یك جرم دارند و بار یكسانی را حمل میكنند.
بهكمك قاعده دست راست علامت هر بار را تعیین كنید و مشخص كنید كدام یك با سرعت بیشتری حركت كرده است.
راهنمایی و حل:
در شكل زیر یك ذرّه با بار مثبت را مشاهده میكنید كه با سرعت V عمود بر میدان مغناطیسی B در حركت است.
جهت میدان به سمت بیرون صفحه است و بنا به قاعده دست راست، جهت نیرو به سمت پایین خواهد بود.
بنابراین، مسیر منحنی به سمت پایین در تصویر زیر، نشانگر حركت بار مثبت است در حالی كه مسیرهای متمایل به بالا مربوط به بار منفی هستند. پس ذرّه 1 و 3 بار منفی حمل میكنند.
در حقیقت آنها الكترون e- هستند . در مقابل ذرّه 2 بایستی مثبت باشد كه به آن پوزیترون e+ میگویند.
پوزیترون جزو ذرّات بنیادی است و همان جرم الكترون را دارد ولی بار آن مثبت است.
در شكل زیر جرم(m) ، بار (q) و شدّت میدان مغناطیسی (B) برای هر سه ذرّه یكی است. بنابراین شعاع r متناسب با سرعت است
یعنی شعاع بیشتر متناظر سرعت بیشتر خواهد بود.
بر این اساس ذرّه 3 كه در مسیری با شعاع بیشتر حركت میكند سرعت بیشتری نیز دارد.
هر كدام از مسیرهای مارپیچ نشان میدهد كه شعاع حركت ذرّه كاهش یافته است...
ازآنجاكه شعاع متناسب با سرعت است در نتیجه بایستی حركت ذرّات 1 و 2 كند شونده باشد. پس انرژی جنبشی این ذرّات در حال كاهش است. این كاهش انرژی در اثر برخورد ذرّات باردار با اتمهای محفظه حباب روی میدهد.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: مجید محسنی
تنظیم: نسیم گنجی منش