علم

الجسيمات التي تنتقل أسرع من سرعة الضوء

الجسيمات التي تنتقل أسرع من سرعة الضوء

بمجرد وصفها بأنها حد السرعة العالمي الأساسي ، يمكن لبعض الجسيمات في سيناريوهات خاصة أن تتجاوز سرعة c ، مما يؤدي إلى ظواهر غريبة إلى حد ما.

قبل القرن العشرين ، كان يُنظر إلى الوقت والمكان والكتلة والطاقة على أنها كيانات منفصلة. على الرغم من أن العناصر غير ذات صلة على ما يبدو ، فقد كان أشهر عالم في العالم هو الذي غير بشكل جذري الطريقة التي كان يُفكر بها في الفيزياء حتى يومنا هذا. قدم أينشتاين آخر أوراقه الأربع الشهيرة 27 سبتمبر 1905 خلصت إلى أن م = E / ج2 الذي تم إعادة ترتيبه بعد ذلك إلى الشكل الأكثر شهرة لـ ه = مك2. المعادلة الشهيرة هي القوة الدافعة الأساسية التي أدت إلى العديد من الثورات العظيمة في فيزياء الجسيمات. ولعل أكثرها إثارة للاهتمام اليوم هي مسرعات الجسيمات ذات الشهرة العالمية.

أشهرها ربما مصادم هادرون الكبير Cern (LHC) الموجود في جنيف ، سويسرا. المسرّع هو مثال رئيسي لإثبات الروابط بين الكتلة والطاقة والكون كما نعرفه. المصادم LHC قادر على تسريع الجسيمات لأعلى 99.999999% سرعة الضوء ، أو 299.792.455 م / ث. يقوم LHC بتسريع الجسيمات إلى سرعة فقط 0.000199% أسرع من المسرع التالي ، حيث يتراكم فقط 600 م / ث. يتطلب LHC أيضًا تقريبًا 16 مرة المزيد من الطاقة لاكتساب مجرد جزء صغير من سرعة أكبر. المسرعات هي دلالة ممتازة على النمو الأسي المطلوب لجعل الجسيمات تتحرك بشكل أسرع. للوصول إلى سرعة الضوء ، يجب ترسيب كمية غير محدودة من الطاقة وهو أمر مستحيل بشكل واضح إذا كان للجسم كتلة قابلة للقياس الكمي.

ثني القواعد

منذ وصفه لأول مرة بالحد العالمي ، اكتشف الفيزيائيون منذ ذلك الحين كيانات خاصة يمكنها الوصول إلى سرعات فائقة (أسرع من الضوء) والتي لا تزال تلتزم بالقواعد العالمية التي وضعتها النسبية الخاصة.

في حين أن سرعة الضوء لا يمكن تجاوزها من داخل فراغ كامل ، فمن الصحيح أن سرعة الضوء ليست هي نفسها من داخل الوسائط الأخرى. في الماء ، تكون سرعة الضوء أبطأ بنسبة 25٪ ، مما يعطي فرصة في ظل ظروف خاصة لتجاوز بعض الجسيمات الحد الأقصى.

تذكرنا سرعة الضوء بسرعة الصوت بعدة طرق. مع تجاوز سرعة الصوت ، يمكن سماع دوي صوتي مسموع بسهولة تامة. وبنفس الطريقة ، تنتج الجسيمات التي تتجاوز سرعة الضوء نوعًا من "الطفرة اللمعية" التي يمكن ملاحظتها مباشرة بالعين البشرية. يسمى هذا التأثير بإشعاع Cherenkov وهو واضح على شكل توهج أزرق داخل المفاعلات النووية ، مثل الصورة أدناه.

إشعاع Cherenkov داخل قلب مفاعل نووي [مصدر الصورة:ويكيبيديا]

بما أن الضوء يتباطأ بنسبة 25٪ ، فإن الانفجار الذري في المفاعلات الانشطارية يدفع الجسيمات عالية الطاقة فوق سرعة الضوء في الماء. على غرار موجة الصدمة ، حيث تتجاوز الإلكترونات داخل المفاعل سرعة الفوتونات الضوئية تتراكم خلفها في مجموعات ، مما يؤدي إلى انبعاث طفرة مضيئة بشكل عام مثل الضوء الأزرق ، ومع ذلك يمكن أن تصبح أيضًا فوق بنفسجية.

وبالمثل ، فإن مرصد Sudbury Neutrino الموجود في أونتاريو ، كندا ، يراقب إشعاع Cherenkov عن طريق تسجيل "الطفرة اللمعية" الصادرة عندما تخضع النيوترينوات (جسيمات غير متغيرة ذات كتلة صغيرة) للتفاعلات. عندما تمر النيوترينوات عبر حجرة الماء الثقيل ، فإنها تخضع لتفاعلات تطرد الإلكترونات بسرعات تفوق سرعة الضوء ، وبالتالي تصدر إشعاع Cherenkov الذي يتم اكتشافه بعد ذلك ، مما يؤكد وجود النيوترينو.

[مصدر الصورة:معمل بيركلي]

لا يدحض إشعاع Cherenkov الفهم الحالي لفيزياء الجسيمات ونظرية النسبية. بدلاً من ذلك ، يفتح الباب أمام السلوك الغريب للجسيمات في عالم الكم ، ويفتح تدريجياً أسرار الكون.

راجع أيضًا: أوراق الجرافين تنظف المياه بسرعة وفعالية

بقلم مافريك بيكر


شاهد الفيديو: تبؤات ستيفن هوكينج التى افزعت العالم. امامنا 100 سنة فقط للرحيل عن الارض! (شهر نوفمبر 2021).