مقدمه :
به استناد مفاهيم فعلي ، " / فرآيند جالبي تحت عنوان توليد زوج ماده - پاد ماده وجود دارد كه از نظر اهميت و مفاهيم بنيادي بي‌نظير است . توليد و واپاشي زوج الكترون - پوزيترون يك مثال بسيار بارز و عالي از تبديل انرژي به ماده و بالعكس ميباشد . برسي نظري اين پديده نخستين بار توسط ديراك در سال 1928 صورت گرفت . ديراك با حل معادله‌اي به دو جواب مثبت و منفي دست يافت و به جاي آنكه قسمت منفي انرژي را به دليل غير فيزيكي بودن آن كنار بگذارد ، به پژوهش پيرامون پيامدهاي تمامي معادله پرداخت و به نتايج بسيار جالبي رسيد . به طور خلاصه ديراك با توجه به قسمت منفي جواب معادله ، وجود پاد ماده را پيشگويي كرد . اگر اين پيشگويي درست مي‌بود ، ميبايست براي ذره‌اي مانند الكترون ، ذره ديگري وجود داشته باشد كه جرم حالت سكون آن برابر جرم الكترون باشد . تجزيه و تحليل ديراك چنين نشان مي‌داد كه اين ذره بايد داراي بار الكتريكي مثبت باشد . چهار سال بعد ، آندرسون اين ذره را در اشعه كيهاني يافت و آن را پوزيترون ناميد . بعدها در آزمايشگاه نيز با واپاشي فوتون ، زوج الكترون - پوزيترون توليد شد . فوتوني با انرژي زياد ( فوتون گاما ) تمامي انرژي خود را در برخورد با هسته از دست ميدهد و يك زوج الكترون - پوزيترون مي‌آفريند . پوزيترون ذره‌اي است كه كليه خواص آن با خواص الكترون يكسان است مگر بار الكتريكي آن ، زيرا بار الكتريكي پوزيترون مثبت است .
در فرآيند توليد زوج الكترون - پوزيترون ، اصولي بايد محفوظ بماند تا اين پديده روي دهد . اين اصول عبارت است از بقاي انرژي نسبيتي كل ، بقاي اندازه حركت و بقاي بار الكتريكي ، زيرا فوتون از نظر الكتريكي خنثي است و مجموع بارهاي الكتريكي بعد از توليد نيز بايد صفر باشد . بقاي اندازه حركت نيز نشان ميدهد كه يك فوتون نميتواند در فضاي تهي محو شود و زوج توليد كند . چنين فرآيندي با حضور يك هسته سنگين امكان پذير است تا بقاي اندازه حركت و بقاي انرژي نسبيتي نقض نشود .
در ارتباط با توليد زوج ، فرآيند معكوسي وجود دارد كه نابودي زوج ناميده ميشود . يك الكترون و يك پوزيترون مجاور يكديگر ، در هم ادغام ميشوند و به جاي آن انرژي تابشي بوجود مي‌آيد . امروزه مشاهده توليد و واپاشي زوج الكترون - پوزيترون در آزمايشگاه يك پديده عادي بشمار مي‌رود . در سال 1955 براي نخستين بار زوجهاي پروتون - پاد پروتون و نوترون - پاد نوترون در آزمايشگاه آفريده شدند .
توجه به نحوه توليد زوج الكترون - پوزيترون ميتواند در شناخت منشاء نيروي الكتريكي موثر باشد ، قبل از توليد زوج الكترون - پوزيترون ، يك فوتون با انرژي بالا وجود دارد و فوتون نيز از نظر بار الكتريكي خنثي است . اما بعد از توليد زوج الكترون - پوزيترون ، دو ذره باردار بوجود مي‌آيد كه هر يك داراي يك ميدان الكتريكي مخالف هستند . اين فرآيند را چگونه مي توان توجيه كرد ؟ \ "
قدر مسلم قبل از اينكه اين واقعه يك پديده فيزيكي به نظر برسد چيزي شبيه جادوگري و يا شعبده بازي است . مثل اين است كه شخصي يك گنجشك كوچك را وارد يك محفظه فلزي در ظاهر خالي كند و سپس دو عقاب سر سفيد قوي هيكل نر و ماده از آن خارج نمايد و دو عقاب در حال پرواز در هم ادغام شوند و گنجشك كوچك دوباره سر از آسمان در آورد ، آيا اينچنين شعبده‌اي ممكن است ؟ جواب سوال اين است كه توجيه شعبده توليد زوج ماده - پاد ماده ممكن به نظر ميرسد ولي توجيه شعبده گنجشك و عقابها توسط شعبده باز كمي دشوار است ! در حقيقت چنين به نظر ميرسد كه اشعه گاما و الكترون - پوزيترون سر به سر بشريت گذاشته و قصد شوخي و يا گمراه كردن دارند و يا اينكه ديد درستي نسبت به موضوع نداريم !!
معادله‌اي كه ذهن ديراك را به خود مشغول كرده بود تنها مشكلش داشتن جواب منفي براي انرژي نبود ، بلكه بوسيله آن معادله ميتوانيم جرم منفي را هم براي موجودي قائل شده و در معادله مورد بحث منظور كنيم و شگفتا كه جواب در صورت وارد كردن جرم مثبت يا منفي ، تفاوتي نداشته و نتيجه كلي يكساني در بر داشت ، كه در ابتدا اينچنين پيش بيني مي‌شد كه جرم و انرژي منفي براي پاد ماده باشد كه اينگونه نشد ، پاد ذرات هم جرم دارند و ماده باردار ، بدون جرم معني و مفهوم فيزيكي ندارد چه برسد به جرم منفي ، در واقع اعداد منفي در اين معادله كاربردي با تعاريف خاص خود دارند و بايد از انرژي ذاتا منفي نيز صرف نظر كنيم براي اينكه انرژي ذاتا يك كميت مثبت است و انرژي منفي در محاسبات رياضي مطرح ميشود و در عالم فيزيكي وجود ندارد چون كلمه وجود ، ذاتا كلمه‌اي مثبت است و در رياضيات از انرژي منفي به عنوان كسر انرژي در يك سيستم بهره مي جوييم نه انرژي مطلق منفي و در حسابداري هم اينچنين است ، عدد مثبت نشانه سرمايه ، نقدينگي و يا سود است و عدد منفي نشانه بدهكاري ، زيان يا كسر بودجه است ، در واقع پول منفي هم وجود خارجي ندارد . اين مسائل از اينجا ناشي ميشوند كه حاصل توان زوج يك عدد منفي يا مثبت ، همواره عددي مثبت است ، موضوع عادي است كه در ريشه يابي معادلات درجه دو هم بسيار متداول ميباشد و در بسياري از موارد از ريشه منفي صرف نظر ميشود و به هر حال پوزيترون توسط آندرسون يا شخص ديگري كشف مي‌شد . اين معادله از اين قرار است .
E انرژي كل ذره ، P تكانه ، C سرعت نور و m0 يا m جرم سكون ذره ميباشد و نكته بسيار جالب اينكه پاد ذرات همگي انرژي دارند و اين انرژي هم مثبت اندازه گيري شده است ، پس پاد ذرات نمي‌توانند در اين معادله با انرژي منفي مطرح شوند زيرا فقط علامت الكتريكي آنها قرينه است . اينك اين سوال مطرح ميشود كه تعريف درست انرژي منفي چيست ؟
همانطور كه ميدانيم طبق تعريف ، انرژي حاصل ضرب نيرو در مسافت است كه واحد آن نيوتن متر يا همان ژول است:
E=F.d
E انرژي بر حسب ژول ، F نيرو بر حسب نيوتن و d مسافت بر حسب متر است . همانطور كه ميدانيم نيرو يك كميت برداري است و مسافت يك كميت جبري در دستگاه مختصات است كه هر دو را ميتوان منفي در نظر گرفت . نيروي منفي يعني برداري كه 180 درجه نسبت به حالت قبلي چرخش كرده باشد و طول منفي يعني جهت حركت روي دستگاه مختصات را معكوس كرده باشيم :
-E=-F.d
-E=F.-d
E=-F.-d
پس تعريف درست انرژي چنين خواهد بود كه اگر نيرو در جهت بردار خود انتقال يابد ، انرژي مثبت است ولي اگر خلاف جهت بردار خود انتقال يابد انرژي منفي خواهد بود .
h ثابت پلانك و v فركانس موج الكترومغناطيس است . اين مفاهيم فعلي براي توليد و واپاشي زوج الكترون - پوزيترون درست به نظر ميرسد ، براي اينكه فركانس امواج گاما در محدوده ده بتوان 20 الي 22 هرتز ميباشد . حال اين وضعيت را براي توليد و واپاشي زوج پروتون - پاد پروتون برسي ميكنيم .
آنچه كه مسلم است امواج الكترومغناطيسي با اين فركانس محاسبه شده تا به امروز نه شناسايي و نه توليد شده‌اند . پس به استناد مفاهيم فعلي ما هرگز نخواهيم توانست با تابش امواج الكترومغناطيس شناخته شده ، زوج پروتون - پاد پروتوني بدست آوريم و نكته جالب‌تر اينكه با تصادم پروتون - پاد پروتون ، امواج الكترومغناطيس در محدوده شناخته شده و همچنين ذرات كوارك يا بوزونهايي پديدار و شناسايي ميشوند ! اين پديده فيزيكي را چگونه ميتوان با مفاهيم فعلي تطبيق داد؟
يعني با ادغام الكترون - پوزيترون موج الكترومغناطيس با فركانس محاسبه شده پديدار ميشود ولي با ادغام پروتون - پاد پروتون موجي با فركانس محاسبه شده پديدار نميشود ، بلكه برعكس امواج با انرژي و فركانس پايين‌تر توليد و منتشر ميشوند و از طرفي چنين تصور مي شد كه پروتون - پاد پروتون همديگر را نابود كنند و هم ارز جرم آنها انرژي پديدار شود ولي چنين مشاهده ميشود كه ذرات جديدي حاصل اين تصادم است و اين ميتواند مويد اين موضوع مهم باشد كه ماده - پاد ماده يكديگر را نابود نمي‌كنند .
طبق معادلات و محاسبات فوق نظريه فعلي توانست توليد و فروپاشي زوج الكترون - پوزيترون را بوسيله امواج الكترومغناطيس توجيه كند ولي از توجيه توليد زوج پروتون - پاد پروتون و واپاشي آنها عاجز ماند ، چون موج الكترومغناطيس با فركانس و انرژي فوق شناسايي نشده است و اين سوال مهم كه چرا اين فوتون گاما نميتواند انرژي خود را بر روي دو ذره الكترون - پوزيترون يكسان توزيع كند و آنگونه كه از تصاوير فوق برمي‌آيد انرژي جنبشي پوزيترون بيشتر از الكترون است براي اينكه كمتر منحرف شده و بيشتر تاب برمي‌دارد و به علت بيشتر بودن سرعت ، مسير بيشتري نيز طي مي‌كند . اين نابرابري توزيع انرژي توسط فوتون گاما را چگونه ميتوان توجيه كرد ؟
در حقيقت پاد ذرات از برخورد شديد ذرات ديگر به وجود مي‌آيند ( همانگونه كه پوزيترونهاي آندرسن از برخورد ذرات يا تابشهاي كيهاني با جو به وجود آمده بودند ) و اين وظيفه به عهده شتاب دهنده‌هاست نه امواج الكترومغناطيس . پس ميتوان نتيجه گرفت كه پاد ذرات از خود ذرات بوجود مي‌آيند نه از انرژي الكترومغناطيسي ! ولي چگونه ؟
اينك به توضيح و توجيه پديده زوج الكترون - پوزيترون از ديدگاه فيزيك كلاسيك مي‌پردازيم :
ميادين الكتريكي
1- ميدان الكتريكي الكترون فرضي بدون چرخش ( اسپين )
مشاهدات تجربي نشان داده است كه خطوط ميدان الكتريكي پيرامون يك بار ساكن منفي به صورت خطوط مستقيم و رو به مركز آن است ، براي اينكه بارهاي مثبت ساكن در پيرامون مركز ، به صورت مستقيم جذب مركز ميدان ميشوند . ما به طور فرضي و قراردادي جهت خطوط ميدان يا بردارهاي نيروي الكتريكي پيرامون بار ساكن منفي را به طرف مركز ميدان در نظر ميگيريم . البته شكل فوق يك مثال است و با توجه به جرم بيشتر پروتون ، الكترون به طرف آن حركت خواهد كرد . آنگونه كه از شكل فوق بر مي‌آيد دو بار الكتريكي منفي نسبت به يكديگر دافعه داشته ولي دو بار الكتريكي منفي و مثبت نسبت به يكديگر جاذبه دارند .
2- ميدان الكتريكي پروتون فرضي بدون چرخش ( اسپين )
همچنين مشاهدات تجربي نشان داده است كه خطوط ميدان الكتريكي پيرامون يك بار ساكن مثبت به صورت خطوط مستقيم و رو به بيرون مركز آن است ، براي اينكه بارهاي مثبت ساكن در پيرامون مركز ، به صورت مستقيم از مركز ميدان دفع ميشوند . ما به طور فرضي و قراردادي جهت خطوط ميدان يا بردارهاي نيروي الكتريكي پيرامون بار ساكن مثبت را به طرف بيرون ميدان و خارج از مركز در نظر ميگيريم . آنگونه كه از شكل فوق بر مي‌آيد دو بار الكتريكي مثبت نسبت به يكديگر دافعه داشته ولي دو بار الكتريكي منفي و مثبت نسبت به يكديگر جاذبه دارند .
3- ميدان الكتريكي يكنواخت
شكل فوق ميدان الكتريكي يكنواختي را مابين دو صفحه رساناي موازي ، با بارهاي هم اندازه ولي غير همنام نشان ميدهد .
انحناي ميادين الكتريكي
دو بار الكتريكي همنام ، يكديگر را دفع و ميدان الكتريكي پيرامون آنها تقريبا به صورت شكل فوق است .
دو بار الكتريكي غير همنام ، يكديگر را جذب و ميدان الكتريكي پيرامون آنها تقريبا به صورت شكل فوق است . دو شكل فوق بيانگر اين موضوع است كه ميادين الكتريكي صلب نبوده و قابليت انحنا و خميدگي دارند ، در واقع آنها خيلي منعطف هستند .
دوران ميادين الكتريكي
الف - دوران ميدان الكتريكي الكترون فرضي با چرخش ( اسپين ) ، موافق چرخش عقربه‌هاي ساعت
همانطور كه ميدانيم الكترونها ساكن نيستند و حول محور فرضي خود با سرعت چرخشي بسيار بالايي در حال دوران هستند كه به اين حركت آنها در فيزيك كلاسيك اسپين گفته ميشود . اگر دوران الكترون را موافق چرخش عقربه‌هاي ساعت فرض كنيم و آن را از بالا بنگريم مشاهده ميشود كه :
1- اگر سرعت دوران ( سرعت زاويه‌اي ) الكترون را كم در نظر بگيريم ، خطوط ميدان تقريبا همانند شكل 1 خواهد بود
2- با افزايش سرعت دوران الكترون ، خطوط ميدان تقريبا به صورت شكل 2 خواهد بود
3 - و در نهايت با در نظر گرفتن سرعت دوران الكترون كه بسيار زياد ميباشد ، امتداد خطوط ميدان از مركز الكترون يا ميدان الكتريكي ، خارج و حول مركز به صورت دوايري تو در تو و پيوسته در مي‌آيد كه ميتوانيم آن را يك ميدان الكتريكي بسته و تا بينهايت در نظر بگيريم ، براي اينكه اين ميدان دايره‌اي شكل هيچ آغاز و پاياني ندارد ، البته اين پديده در برد كم و در جوار الكترون روي ميدهد و ميدان الكتريكي در خارج از دواير نيز موجود است ، البته خميده و رو به طرف داخل ، همانند شكل زير :
ولي چنين به نظر ميرسد كه داخل و مابين دواير ، خلاء ميادين الكتريكي حاكم شده باشد . لازم به توضيح است كه دو شكل فوق نماي الكترون را از بالا نشان ميدهد و اگر آن را از پايين بنگريم مشاهده ميكنيم كه :
الكترون در حال چرخش مخالف جهت گردش عقربه‌هاي ساعت است و همچنين سمت و سوي ميدان الكتريكي آن ، مخالف حركت عقربه‌هاي ساعت شكل گرفته است كه ميتوانيم اين پديده جالب و شگفت انگيز را " انعكاس دوران ذرات و ميادين آنها در فضاي سه بعدي " تعريف كنيم ، زيرا شكل فوق همانند تصويري در آينه است . صرف نظر از تعريف اسپين در فيزيك جديد يا مدرن ، مسئله اسپين براي الكترون و در كل براي ذرات ديگر نياز به دقت فراوان دارد ، براي اينكه الكترون هر دو اسپين را بسته به ديد ناظر از خود نشان ميدهد و مسلما تمامي ذرات هم اينچنين رفتار ميكنند ، در حقيقت تمامي ذرات دوران و ميادين آينه‌اي در فضاي سه بعدي دارند . و با توجه به مطالب فوق ميتوانيم ساختار فيزيكي اتمها را توجيه نماييم .
الكترومغناطيس
همانطور كه ميدانيم ، هرگاه ميدان الكتريكي در فضا برقرار شود ، ميدان مغناطيسي عمود بر امتداد آن پديدار خواهد شد و برعكس آن نيز صادق است كه به مجموعه اين دو ميدان در فضا ، الكترومغناطيس گفته ميشود .
در شكل فوق نماي الكترون ( سطح دايره‌اي قرمز رنگ ) از پهلو و در حال دوران حول محور عمودي نشان داده شده است ، به گونه‌اي كه اگر از بالا به آن بنگريم جهت چرخش آن موافق جهت چرخش عقربه‌هاي ساعت خواهد بود . خطوط افقي سياه رنگ ، ميادين الكتريكي دوران يافته و فلش قرمز رنگ جهت ميدان الكتريكي از روبرو را نشان ميدهد كه در اين صورت جهت فلشهاي آبي رنگ ، جهت ميدان مغناطيسي تشكيل شده را نشان ميدهد . تصوير سه بعدي زير ، يك الكترون فرضي و ميدان مغناطيسي پيرامون آن را نشان ميدهد .
رنگ آبي به طور قراردادي بيانگر قطب S و رنگ قرمز بيانگر قطب N ميباشد . در اين وضعيت قطبين مغناطيسي الكترون از ديد ناظر همسو با قطبين مغناطيسي فعلي سياره زمين فرض ميشوند .
اينك ما با توجه به دوران ذرات و ميادين الكتريكي و همچنين انعكاس دوران ذرات و ميادين الكتريكي آنها در فضاي سه بعدي ميتوانيم پديدار شدن دو قطب مغناطيسي در الكترون را توجيه كنيم . به شكل زير توجه نماييد .
همانطور كه از شكل فوق بر مي‌آيد هر مقدار كه به طرف قطبين مغناطيسي الكترون نزديك شويم امتداد بردار ميدان الكتريكي به محور دوران الكترون نزديكتر شده و از قطر مارپيچ دوران كم ميشود . كاملا روشن است كه جهت دوران دو مارپيچ با يك ديگر متفاوت است ، مارپيچ بالايي در جهت موافق عقربه‌هاي ساعت و پاييني مخالف جهت چرخش عقربه‌هاي ساعت تاب مي‌خورد و اين مسئله باعث به وجود آمدن قطبهاي مغناطيسي S و N ميشود ولي در كل ، وقتي به الكترون از پهلو يعني عمود بر محور چرخش آن نگاه ميكنيم ، جهت ميدان الكتريكي در الكترون ثابت مي‌ماند براي اينكه امتداد خطوط ميدان الكتريكي را از بيرون به طرف داخل فرض كرده‌ايم و با استفاده از قانون دست راست مسير ميدان مغناطيسي براي ما روشن است .
جهت درك بهتر موضوع انيميشن زير را ببينيد
پديده زوج شدن الكترونها ( زوج ماده - ماده )
يكي از بزرگترين سوالات مطرح شده در مكانيك كوانتومي اين است كه چگونه دو الكترون در يك اربيتال اتم جاي ميگيرند ، براي اينكه دو الكترون به خاطر داشتن بار الكتريكي همنام ميبايست همديگر را برانند و يكديگر را در يك تراز انرژي تحمل نكنند و اين سوال به اين خاطر مطرح ميشود كه امتداد خطوط ميادين الكتريكي در اجسام ساكن ، مستقيم است و اجسام با بارهاي همنام همديگر را ميرانند . ولي چون ميدانيم الكترونها در حال دوران به دور خود هستند و ميدان مغناطيسي پيرامون آنها شكل گرفته است پس اين ميدان مغناطيسي ميبايست نيروي جاذبه‌اي قوي مابين دو الكترون بوجود آورد و بر دافعه الكتريكي چيره شود ! ولي چگونه ؟
جواب سوال ما در جريان الكتريسيته DC در دو سيم رساناي موازي نهفته است !
دو پيكان قرمز رنگ سمت چپ تصوير ، مسير ميدان الكتريكي در دو سيم هادي جريان الكتريسيته را نشان ميدهد كه جهت جريان به طور قراردادي از قطب مثبت به منفي در نظر گرفته ميشود و دواير سبز رنگ تو در تو ، خطوط ميادين مغناطيسي تشكيل شده را نشان ميدهند كه جهت ميدان مغناطيسي به طور قراردادي طبق قانون دست راست از قطب N به S ميباشد ، يعني جهت مخروطهاي آبي رنگ . در سمت راست تصوير فوق به خاطر درك بهتر موضوع ، خطوط ميدان مغناطيسي را از كمان به پاره خط تغيير داده‌ايم براي اينكه همواره در ميادين مغناطيسي جهت ميدان مشخص است ولي تجسم قطبين مغناطيسي كمي دشوار است ، لازم است مقداري از ميدان برش داده شود ، و اصولا در تمامي ميادين ، سمت و جهت گيري ميدان مهم است و قطبين صرفا جهت درك ابتدا و انتهاي ميدان مطرح ميشوند كه در ميادين بسته مسئله قطبين نيز منتفي ميشود ، به هر حال چون جهت اين خطوط مغناطيسي مخالف يكديگر است در نتيجه قطبين مغناطيسي مخالف در جوار يكديگر قرار گرفته و آنها يكديگر را جذب و در نتيجه سيم‌ها همديگر را مي‌ربايند هرچند كه امتداد خطوط مغناطيسي رو در روي يكديگر قرار گرفته است و چنين پديده‌اي دور از انتظار ميباشد ولي آزمون آن را ثابت كرده است ، پس براي دو الكترون در حال دوران كه ميادين الكتريكي آنها به صورت دايره‌وار پيرامون آنها شكل گرفته و ميادين مغناطيسي در آنها تشكيل شده است نيز همين پديده پيش بيني ميشود :
دو كره زرد رنگ در تصوير فوق ، دو الكترون در حال دوران را نشان ميدهد كه اگر از بالا به آنها بنگريم ، الكترون شماره يك در جهت موافق عقربه‌هاي ساعت در حال دوران بوده ولي الكترون شماره دو در حال دوران مخالف جهت عقربه‌هاي ساعت ميباشد . دواير قرمز رنگ تو در تو ، خطوط ميادين الكتريكي تشكيل شده را نشان ميدهند كه جهت ميادين الكتريكي به وسيله مخروطهاي قرمز رنگ مشخص شده است . البته لازم به توضيح است كه فقط يك لايه از ميادين الكتريكي پيرامون الكترونها رسم شده است . با توجه به اينكه جهت خطوط ميادين الكتريكي دو الكترون هم سو با يكديگر است مسلما ميادين مغناطيسي يكديگر را جذب و هم چنين دو الكترون يكديگر را خواهند ربود ولي چون مقداري از نيروي الكتريكي الكترون در خارج از دواير رسم شده موجود ميباشد دو الكترون كاملا به هم نخواهند چسبيد بلكه تعادلي مابين جاذبه مغناطيسي و دافعه الكتريكي برقرار ميشود كه الكترونها را همانند يك پيوند شيميايي در كنار يكديگر نگه ميدارد . براي درك بهتر موضوع شكل زيرا را به بينيد .
در حقيقت دو الكترون در نزد هم قرار ميگيرند و يك زوج ماده - ماده را تشكيل ميدهند و ميدان الكتريكي پيرامون الكترون در فاصله كوتاه ميبايست به صورت دايره‌اي و بسته باشد كه در غير اين صورت ميادين مغناطيسي پديدار نخواهند شد و دو الكترون نمي‌توانند يكديگر را در يك اربيتال تحمل كنند . صرف نظر از تعريف اسپين در فيزيك كوانتومي در واقع الكترونها به راحتي با يك چرخش 180 درجه‌اي ، اصطلاحا اسپينشان را در ديد ناظر معكوس ميكنند ، و در حالت فوق چنين تصور ميشود كه دو الكترون نسبت به يكديگر قفل ميشوند و جدا شدن آنها به اين راحتي‌ها نخواهد بود و آنچه كه باعث زوجيت در آنها ميشود همجنس بودن يا هم بار بودن آنها نيست بلكه اين نيروي مغناطيسي قوي مابين دو قطب غير هم نام باعث پيوند و زوجيت آنها ميشود كه اين پديده در پروتونهاي داخل هسته و پيوندهاي شيميايي مابين اتمها در ملكولهاي گاز هيدروژن و اكسيژن و .... بسيار مشهود است ، كه از اينرو نظريه نيروي قوي هسته‌اي و نظريات مربوط به پيوندهاي شيميايي را ميتوانيم به گونه‌اي ديگر توجيه نماييم كه در آينده در مورد آنها بحث خواهد شد .
وارونگي ميادين الكتريكي الكترونها و پديده زوج الكترون - پوزيترون
وارونگي ميدان الكتريكي در يك الكترون زماني روي ميدهد كه يك شوك قوي الكترومغناطيسي توسط پرتو پر انرژي گاما به الكترون وارد شود ، در اين حالت بخصوص ، الكتروني كه تحت تاثير تابش اشعه گاما قرار ميگيرد به علت شارژ ناگهاني و شديد الكترومغناطيسي قوي از جانب گاما ، ميدان الكتريكي پيرامونش وارونه شده و به پوزيترون تبديل ميشود . همانطور كه از شكل زير بر مي‌آيد امتداد خطوط الكتريكي در پوزيترون همانند پروتون از داخل به خارج شده است :
تابش گاما چيست ؟
همانطور كه ميدانيم اشعه گاما از نوع امواج الكترومغناطيس ميباشد ، البته با فركانس بسيار زياد . طبق تعاريف فعلي موج الكترومغناطيس نوسان سينوسي يك ميدان الكتريكي است كه يك ميدان مغناطيسي مشابه نيز در راستاي عمود بر آن پديدار ميشود . به شكل ( نمودار ) زير توجه نماييد :
صرف نظر از اينكه در مكانيك كوانتومي انرژي الكترومغناطيسي كوانتومي است و فوتون ذره اي حامل اين انرژي ميباشد همانطور كه ميدانيم از ديدگاه فيزيك كلاسيك انرژي موج گاما در 0 ، 2π ، π برابر صفر است ، يعني دوره تناوب a 0±kπ. اگر در اين دوره تناوب ، اشعه گاما با زوج الكترون - الكترون ملاقاتي داشته باشد هيچ اتفاقي روي نمي‌دهد . ولي همانطور كه ميدانيم انرژي موج گاما در π/2 و 3π/2 ماكزيمم است يعني دوره تناوب a π/2±kπ . اگر در اين دوره تناوب ، اشعه گاما با زوج الكترون - الكترون ملاقاتي داشته باشد ، بسته به فاز موج گاما كه منفي باشد يا مثبت ، انرژي موج در يكي از الكترونها بسته به وضعيت قطبين مغناطيسي آن الكترون ، تخليه شده و تابش گاما مستهلك ميشود ، يعني تابش گاما و الكترون هدف ميبايست غير هم فاز باشند ( قطبين مغناطيسي غير هم نام رو در رو قرار گيرند ) تا انرژي انتقال يا شارژ شود . در اين وضعيت انرژي دريافتي باعث تشديد ميدان الكتريكي و مغناطيسي ( الكترومغناطيسي ) در يكي از الكترونها ميشود كه مسلما مقداري از آن توسط ميدان مغناطيسي مشترك پيوند به الكترون مجاور شارژ ميشود ، ولي عمده انرژي گاما در الكترون اول باعث وارونگي ميدان الكتريكي آن خواهد شد . چنين به نظر ميرسد كه علت اين وارونگي ميدان ، بيشتر به ساختار ذرات مربوط ميشود . در اين حالت چون جهت ميدان الكتريكي در پوزيترون وارونه شده است بدون اينكه اسپين آن تغييري كرده باشد ، الكترون - پوزيترون همديگر را به شدت ميرانند و پيوند قبلي زوج الكترون - الكترون گسسته ميشود و علت اين رانش قرار گرفتن قطبين مغناطيسي هم نام در جوار يكديگر است ، براي اينكه با وارونه شدن ميدان الكتريكي در يك الكترون ، قطبين مغناطيسي آن هم معكوس خواهد شد ، الكترون - پوزيترون از هم جدا شده و در آشكار ساز مشخص ميشوند .
در شكل A اگر از بالا به دو الكترون نگاه كنيم ، الكترون اول موافق ولي الكترون دوم مخالف جهت چرخش عقربه‌هاي ساعت مي‌چرخند . در اين حالت دو الكترون با هم پيوند دارند ، در شكل B جهت چرخش الكترونها مشابه حالت قبل است ولي انرژي گاما در الكترون اول تخليه و ميدان آن وارونه شده و به پوزيترون تبديل شده است . همانطور كه قبلا در مورد جريان الكتريسيته DC در دو سيم رساناي موازي گفته شد ، وقتي جهت جريان در دو سيم هم سو ميباشد ، سيم‌ها يكديگر را مي‌ربايند ولي اگر جهت جريان را در يكي از سيم‌ها وارونه كنيم دو سيم همديگر را ميرانند . در اين روي داد در تصوير فوق ، سه بردار نيرو بر هر يك از الكترون و پوزيترون وارد ميشود .
آشكارسازي زوج الكترون - پوزيترون
به دليل اثرهاي يونشي كه ذرات باردار هنگام حركت خود در گاز توليد می‌كنند ، مسير حركت آنها قابل رويت است . حال اگر در اين محيط يك ميدان مغناطيسي اعمال شود ، در اين صورت پوزيترون و الكترون به دليل داشتن بارهاي الكتريكي مخالف در قوسهاي دايره‌اي و با جهت‌هاي مخالف منحرف می‌‌شوند . بنابراين مسير الكترون و پوزيترون از هم تفكيك و قابل مشاهده خواهند بود . لازم به توضيح است كه در اين روش ، تنها ذراتي كه داراي سرعت و شتاب قابل توجهي هستند قابل شناسايي خواهند بود . در شكل فوق نيروي اشعه γ توسط بردار تقريبا افقي نشان داده ميشود ، همانطور كه مشخص ميباشد تمام انرژي آن (γ) روي الكترون تبديل شده به پوزيترون اعمال و سپس مقداري از انرژي آن (γ) در همان راستا از طريق پيوند به الكترون ديگر منتقل شده است . بردارهاي تقريبا عمودي جمع نيروي دافعه الكترون و پوزيترون در لحظه اول و نيروي انحراف دهنده ميدان مغناطيسي آشكارساز است كه بردار پوزيترون بزرگتر از الكترون است و اين مسئله دال بر زياد بودن انرژي جنبشي ناشي از سرعت و شتاب بيشتر پوزيترون است كه بر تعداد دوران مارپيچي آن نيز افزوده است ، براي اينكه هر چه قدر سرعت و شتاب يك ذره باردار بيشتر باشد مسلما مسير طولاني تري را خواهد پيمود زيرا استهلاك انرژي جنبشي آن به علت اصطكاك با گاز درون اطاقك ، بيشتر طول خواهد كشيد و به هر حال انرژي پوزيترون از هر لحاظ ، بيشتر از انرژي الكترون است و علت آن تمركز انرژي گاما بر روي آن در لحظات ابتداي تصادم و يا القاي انرژي ميباشد . فلشهاي داخل دايره نشان دهنده بردارهاي دوراني الكترون و پوزيترون به علت چرخش آنها حول محور فرضي خود ، عمود بر صفحه تصوير ميباشد كه برآيند بردارهاي نيروي گاما و نيروي انحراف دهنده است كه باعث بوجود آمدن قوسهاي مارپيچي شكل ميشود . علت بر اينكه ذرات باردار در يك ميدان مغناطيسي يا الكترومغناطيسي همواره در راستاي ميدان يا جهت جريان الكتريكي ، چرخش مارپيچي دارند . تصوير فوق بيانگر اين موضوع بديهي است كه در يك بازه مشخص و ثابت از زمان ، پوزيترون مسير طولاني‌تري را نسبت به الكترون پيموده است كه اين نشانه سرعت و شتاب بيشتر پوزيترون نسبت به الكترون است .
در حقيقت انرژي گاما ميتواند سرعت زاويه اي ( دوران ) الكترون اول را افزايش داده و در نهايت وارونگي ميدان را سبب شده باشد ، يا ميتوانيم چنين فرض كنيم كه در يك سيم هادي جريان الكتريسيته ، جرياني وجود دارد ولي از خارج سيم ، القاي الكترومغناطيسي قوي صورت ميگيرد كه باعث تغيير جهت لحظه‌اي ميدان الكتريكي در سيم ميشود كه البته اين وارونگي در ميدان پوزيترون هم لحظه‌اي بوده و با برگشت ميدان به حالت قبلي ، انرژي ذخيره شده در پوزيترون به حالت پرتو گاما گسيل و پس داده ميشود :
تصوير فوق دليلي بر اين مدعاست كه پوزيترون انرژي دريافتي خود را به صورت گاما مسترد كرده و اين تابش به نوبه خود ميتواند زوج الكترون - پوزيترون جديدي را باعث شود . و اين سوال مطرح ميشود كه چرا اشعه گاماي دريافتي مجددا به صورت گاما پس داده ميشود و فرآيندهاي ديگري روي ميدهد ؟
براي اينكه قطر الكترون و پوزيترون بسيار كم است و دامنه نوساني كمتر و سرعت زاويه‌اي خيلي زيادي ميتوانند داشته باشند ، پس به اين خاطر انرژي به صورت پرتو گاما ( موج با فركانس بالا ) پس داده ميشود .
در رابطه فوق Eγ يا hvγ انرژي تابش گاما ، W انرژي بستگي زوج الكترون - الكترون به اتم يا ملكول گاز ، We→p انرژي لازم براي تبديل الكترون به پوزيترون ، Te انرژي جنبشي الكترون و Tp انرژي جنبشي پوزيترون ميباشد كه هميشه انرژي جنبشي پوزيترون بيشتر از انرژي جنبشي الكترون مشاهده ميشود . انرژي بستگي زوج الكترون - الكترون به اتم را ميتوان انرژي يونيزاسيون اتم يا همان انرژي يونش دو الكترون موجود در يك اربيتال در نظر گرفت و در مورد ملكول گاز ، مجموع انرژي يونش دو الكترون و همچنين انرژي پيوند دو اتم در يك ملكول دانست . به طور مثال انرژي بستگي زوج الكترون - الكترون در يك ملكول گاز هليم پر شده در اطاقك ابر را محاسبه ميكنيم . همانطور كه ميدانيم انرژي يونش اولين الكترون اتم هليم معادل 567 كیلو كالري يا 2370 كيلو ژول بر مول و انرژي پيوند ملكول هليم معادل 3.8 كيلو ژول بر مول است .
كه انرژي بسيار كم و ناچيزي در مقابل انرژي تابش گاما با فركانس مينيمم لازم جهت تشكيل زوج است كه ميتوان از آن به طور كلي صرف نظر كرد .
در رابطه زير كه مربوط به مفاهيم پذيرفته شده فعلي ميشود :
m0 جرم سكون الكترون است . نكته ابهام برانگيز در اينجاست كه رابطه فوق نميتواند با رابطه پايستگي تكانه فوتون و زوج الكترون - پوزيترون تواما برقرار باشد . از اينرو تصور نموده‌اند كه يك زوج الكترون - پوزيترون فقط ممكن است در مجاورت يك ذره سوم كه بتواند مقداري از تكانه را بپذيرد ، توليد شود .
Pγ تكانه گاما ، Pe تكانه الكترون ، Pp تكانه پوزيترون ، V سرعت ، E در اينجا انرژي جنبشي ، Ee انرژي جنبشي الكترون ، Ve سرعت الكترون ، Ep انرژي جنبشي پوزيترون و Vp سرعت پوزيترون ميباشد . همانطور كه مشخص است مجموع تكانه زوج الكترون - پوزيترون با تكانه فوتون برابر نبوده بلكه تكانه فوتون همواره بيشتر است و تفاضل اين دو تكانه ( فوتون و زوج ) با انرژي بستگي زوج الكترون - الكترون به اربيتال و همچنين انرژي لازم جهت تبديل الكترون به پوزيترون متناسب است كه ميتوان از رابطه هم ارزي تكانه و انرژي جنبشي ، معادله جديد را بر حسب تكانه زوج بدست آورد كه همانطور كه قبلا گفته شد سرعت ، انرژي جنبشي و تكانه پوزيترون بيشتر از الكترون مشاهده ميشود .
طبق نظريات فعلي مينيمم مقدار انرژي لازم جهت توليد زوج تقريبا 1.02Mev است كه مازاد آن به صورت انرژي جنبشي زوج تبديل ميشود . با توجه به معادله پلانك ( E=hf ) انرژي فوتون گاما با فركانس 22^10 هرتز برابر 11-^6.626 ژول يعني 8^4.1361 الكترون ولت يا 413 مگا الكترون ولت است . يعني اين فوتون با تعاريف فعلي فيزيك كوانتوم ميتواند يك زوج ذره - پاد ذره با جرم هر كدام 206.8 Mev بيافريند البته ذرات بدون تكانه خواهند بود و از طرفي اين آزمون با انرژي 25.6Mev نيز در مجاورت الكترونهاي هسته انجام شده ولي همان زوج الكترون - پوزيترون حاصل شده است و اينك اين سوال مهم مطرح ميشود كه چرا زوج ذرات - پاد ذرات با جرم بيشتر از الكترون يا پوزيترون در اين آزمون خلق نشده و نمي‌شوند و آيا ما ذراتي با اين جرم نداريم . يعني ذراتي با جرم چند الي 405 برابر جرم الكترون يا پوزيترون كه اگر چنين ذراتي وجود داشته باشند و شناسايي شوند ، نظريه فعلي در مورد زوج الكترون - پوزيترون خود به خود منتفي است . و اينكه چرا با اين انرژي ماكزيمم گاما ، ذرات جديد با جرم بيشتر از الكترون - پوزيترون آفريده و پديدار نمي‌شوند ؟ وقتي الكترون و پوزيتروني وجود خارجي ندارد و اصلا در كار نيستند و قرار است تابش گاما ذره - پاد ذره بيافريند ، چرا الكترون و پوزيترون را اجبارا ترجيح ميدهد و برمي‌گزيند ؟ در حالي كه اين فوتون قادر است و آزاد است ذرات پر جرم تر از الكترون و يا پوزيترون را بيافريند و اصولا مانعي در سر راه آن وجود ندارد !
سرنوشت زوج الكترون - پوزيترون
بعد از تبديل زوج الكترون - الكترون به زوج الكترون - پوزيترون و بعد از انحراف آنها توسط انحراف دهنده مغناطيسي در آشكارساز ، با گذشت زمان انرژي جنبشي الكترون - پوزيترون به علت اصطكاك با گاز درون اطاقك ابر مستهلك شده ، وارونگي ميدان پوزيترون نيز برطرف ميشود و مجددا به الكترون تبديل خواهد شد و هر دو به صورت بار ساكن الكتريكي در محفظه گاز آشكارساز شناور ميشوند و چون سرعت و شتاب خود را از دست داده‌اند ، نه ديگر آشكار ميشوند و نه انحراف پيدا ميكنند و محققان را با هزاران سوال بي پاسخ رها ميكنند يعني عكس زير :
http://teachers.web.cern.ch/teachers/ar ... weigh.html
و چاره‌اي نيست جز پناه بردن به حدس و گمان و دانسته‌هاي قبلي . حال اگر انحرافي توسط انحراف دهند اعمال نشود بعد از تبديل زوج الكترون - الكترون به زوج الكترون - پوزيترون ، 9 مرحله از حالات اين دو ذره را مي توانيم پيشگويي كنيم :
1 - زوج الكترون - الكترون با پيوندي در كنار هم و در اربيتال يك ملكول گاز مثل هليم حضور دارند .
2 - انرژي گاما به يكي از الكترونها القا و الكترون دچار وارونگي ميدان شده و به پوزيترون تبديل ميشود .
3 - قطبين مغناطيسي پوزيترون معكوس الكترون قبلي شده و در نتيجه قطبين هم نام مغناطيسي الكترون - پوزيترون رو در رو و در كنار هم قرار گرفته و پيوند گسسته شده و زوج الكترون - پوزيترون از هم فاصله ميگيرند و هر دو از اربيتال به بيرون پرتاب ميشوند .
4 - زوج الكترون - پوزيترون هر كدام مخالف يكديگر 90 درجه چرخش انجام ميدهند .
5 - زوج الكترون - پوزيترون همديگر را جذب و پيوند تازه‌اي برقرار ميكنند كه در اين حالت مقداري از انرژي دريافتي ، پس داده ميشود .
6 - وارونگي پوزيترون برطرف شده و به الكترون تبديل ميشود .
7 - زوج الكترون - الكترون همديگر را ميرانند ، در اين حالت مجددا مقداري از انرژي دريافتي ، پس داده ميشود .
8 - زوج الكترون - الكترون مجددا هر كدام مخالف يكديگر 90 درجه چرخش انجام ميدهند .
9 - زوج الكترون - الكترون همديگر را جذب و مجددا پيوند برقرار ميكنند كه در اين حالت نيز مقداري از انرژي دريافتي ، پس داده ميشود . يا ممكن است هر كدام به صورت بار ساكن در آمده و درون محفظه گاز شناور شوند .
در تمامي حالات فوق ، الكترون و پوزيترون را آهن رباهايي در نظر گرفته‌ايم كه رنگ آبي بيانگر قطب S و رنگ قرمز بيانگر قطب N مغناطيسي ميباشد .
چنين پيش بيني ميشود كه در نهايت انرژي جنبشي دو ذره مستهلك شده و غير قابل رويت در آشكارساز شوند و هر دو همانند يك بار الكتريكي در گاز شناور ميشوند و چنين به نظر ميرسد كه در هم ادغام و يكديگر را نابود كرده‌اند كه در واقع اينچنين نمي‌باشد .
براي درك بهتر موضوع آزمايشي را توصيه ميكنيم ، دو عدد آهن‌رباي ميله‌اي را به صورتي كه قطبهاي همنام رو در رو ( به صورت متقابل ) قرار گرفته و نسبت به يكديگر دافعه دارند را نزديك يكديگر نموده و با فشار به هم بچسبانيد ، البته به صورتي كه هر دو آهنربا از وسط مابين دو انگشت شما قرار گرفته‌اند و يكي در پايين به طرف زمين و ديگري در بالا به طرف آسمان باشد ( يعني روي هم باشند ) ، كم كم فشار را كم كنيد و مشاهده كنيد كه آهن‌رباها نه تنها همديگر را دفع ميكنند بلكه هر دو آهنربا در مجموع 180 درجه مي‌چرخند و هر دو به هم قفل ميشوند يعني قطبهاي غير همنام متقابل يكديگر قرار ميگيرند البته هر كدام كه اصطكاك كمتري با انگشتان داشته باشد بيشتر خواهد چرخيد . حال هرچه قدر مي خواهيد قبل از آزمايش امتداد آهن‌رباها را در يك راستا قرار داده و متقابل كنيد براي اينكار از سطح ميز استفاده كنيد و بعدا فشار را كم كنيد . براي آزمون بهتر است از آهن‌رباهايي كه در آزمايشگاه مدارس استفاده ميشود و در بازار هم موجود است استفاده كنيد . اين آهن‌رباها به شكل مكعب مستطيل بوده و روي هم سر نمي‌خورند . در واقع همانطور كه ميدانيم ميدان مغناطيسي دو قطبي است و جهت خطوط ميدان مغناطيسي را از طرف قطب N به S فرض ميكنيم ، اگر شما يك قطب نما را در امتداد يك آهن‌رباي الكتريكي قرار دهيد قطب N قطب نما به طرف قطب S آهن‌رباي الكتريكي انحراف پيدا كرده و هر دو در يك راستا قرار ميگيرند . حال اگر جهت جريان الكتريكي را عوض كنيد جهت ميدان مغناطيسي نيز عوض شده و در نتيجه عقربه قطب نما 180 درجه دوران پيدا مي‌كند و علت اين است كه آهن‌رباها همواره تمايل دارند به گونه‌اي نسبت به هم چرخش انجام دهند كه خطوط مغناطيسي آنها تشكيل يك مغناطيس واحد را بدهد يعني امتداد خطوط مغناطيسي از قطب N آهن‌رباي اول خارج و وارد قطب S آهن رباي دوم شده و بعد از گذر از درون آهن‌رباي دوم مجددا از قطب N آن خارج و وارد قطب S آهن رباي اول شود و خطوط مغناطيسي دو آهنربا مسيري دايره‌اي و بسته را تشكيل دهند ، اصولا جذب يا دفع قطبين مغناطيسي مطرح نيست بلكه اتحاد خطوط ميادين مغناطيسي مطرح است و امتداد اين خطوط بر هم اثر كرده و باعث دوران آهن‌رباها ميشود . براي ديدن اين رفتار آنها انيميشن‌هاي زير را ببينيد :
1- چرخش و جذب دو آهنربا در فضا :
http://ki2100.com/AVI/stern_gerlach/1-1.wmv
2- دفع و چرخش سپس جذب و چرخش دو آهنربا در فضا :
http://ki2100.com/AVI/stern_gerlach/1-2.wmv
http://teachers.web.cern.ch/teachers/ar ... sitron.htm
دليل ديگر براي اثبات اين موضوع كه تابش گاما با زوج الكترون - الكترون اربيتال برهمكنش مي‌كند و ميتواند انرژي خود را منتقل كند اينكه اين تابش در اين آزمون در اطاقك ابر با الكترون منفرد نيز واكنش انجام ميدهد و اين الكترون با گرفتن انرژي جنبشي از گاما به صورت منفرد و تك مارپيچي مشاهده ميشود .
آيا ماده - پاد ماده همديگر را نابود ميكنند ؟
جواب سوال فوق به سه دليل منفي است
1 - درون محفظه آشكارساز ، گاز وجود دارد و همانطور كه ميدانيم الكترونها در بيرون هسته اتم يا ملكول گازها حضور دارند و پوزيترون در حال شتاب با آنها تماس و برخورد دارد و به همين دليل مسير آن در آشكارساز ديده ميشود ! ولي هيچ انهدامي صورت نمي‌گيرد و پوزيترون به حركت خود ادامه ميدهد تا انرژيش مستهلك شود و از حركت باز ايستد .
2 - به انيميشن زير توجه نماييد :
يك پاد پروتون ( پروتون با بار منفي ) با سرعت به هسته اتم هيدروژن شليك ميشود ، ولي با كمال تعجب مشاهده ميشود كه علي رغم اغتشاش در اربيتالهاي هيدروژن ، تصادمي مابين پروتون - پاد پروتون به وجود نمي‌آيد . اين شبيه سازي در حالي صورت ميگيرد كه پاد پروتون از كنار پروتون رد شده و علي رغم داشتن بار الكتريكي مخالف ، دو ذره نسبت به هم بي‌تفاوت هستند و دليل آن سرعت زياد پاد پروتون است . جهت اينكه تصادمي مابين ماده - پاد ماده برقرار شود بايد سرعت كاهش يافته تا قطبين مخالف مغناطيسي مجالي براي جذب و تشكيل پيوند داشته باشند و درست است كه با برخورد اين ذرات انرژي توليد ميشود ولي اين انرژي همان انرژي ميباشد كه صرف تبديل ماده به پاد ماده شده است ، اگر تصادم در انرژي و سرعت بالا صورت گيرد به احتمال زياد ذرات همديگر را خرد و متلاشي كرده و به ذرات كوچك‌تر تبديل ميشوند مثلا كواركها و بوزونها . ذرات پاد ماده بعد از تبديل شدن به ماده ، به ذرات هم جنس خود از نوع ماده ملحق شده و چنين به نظر ميرسد كه همديگر را نابود كرده‌اند و اين در حالي است كه قابليت آشكار شدن را ندارند ، براي اينكه عمر پاد ماده بسيار كوتاه است و ميتواند سريعا به ماده تبديل شود .
3 - پروتون و الكترون غير هم بار هستند و ميتوانيم آنها را به گونه‌اي پاد و ضد هم قلمداد كنيم و اگر به حد كافي انرژي نداشته باشند تا اتم هيدروژن را تشكيل دهند ، در هم ادغام و به نوترون تبديل ميشوند ، البته به همراه تابش مقاديري از انرژي . ماده و پاد ماده هم اينگونه‌اند اگر فرض كنيم وارونگي پاد ذرات برطرف نشود در نهايت ماده - پاد ماده‌اي كه ما مي‌شناسيم در هم ادغام و ذرات جديد را پديدار ميكنند و در هر حال نابودي در كار نمي‌باشد بلكه همواره تبديلاتي از ذرات روي ميدهد .
و اما موضوع بسيار جالب اين است كه :
تصوير را با اندازه واقعي ببينيد
ما براي توليد زوج الكترون - پوزيترون چند متغير اساسي داريم :
1 - زاويه تابش گاما
2 - فاز موج گاما در زمان دوره تناوب و هنگام ملاقات با زوج الكترون - الكترون
3 - انرژي گاما در زمان دوره تناوب و هنگام ملاقات با زوج الكترون - الكترون
4 - موقعيت زوج در فضا
5 - انرژي بستگي زوج الكترون - الكترون به تراز كه با تغيير لايه و يا زير لايه تغيير خواهد كرد .
6 - و .............
آنگونه كه از شكل فوق بر مي‌آيد مسير تابش گاما متغير ميباشد ، براي اينكه زوج ماده - پاد ماده خود گاما توليد ميكنند كه ممكن است زاويه تابش آن با زاويه گاماي دريافتي متفاوت باشد . اندازه انحراف و همچنين اندازه قوسها نيز متغير است كه بستگي به انرژي و فاز گاما در زمان دوره تناوب و هنگام ملاقات با زوج دارد . مسير انحراف الكترونها - پوزيترونها متفاوت است و متغيرهاي ديگر .
اصل عدم قطعيت عنوان مي‌كند "هيچگاه ما نمي‌توانيم همزمان مكان و سرعت ( تندي و جهت حركت ) يك ذره را با دقت بدانيم" براي اينكه موج الكترومغناطيس ميتواند حامل يا نوسان دهنده ذرات باشد ولي خودش ماهيت ذره‌اي ندارد و ممكن است حركت ، نوسان و مكان ذرات با موج الكترومغناطيس هماهنگي نداشته باشند و يا اينكه تحت تاثير چندين موج الكترومغناطيس در محيط قرار گيرند ، در حقيقت ماهيت نور از امواج الكترومغناطيس بوده و ميتوانيم فعلا آن را موجي در نظر بگيريم نه ذره‌اي . و اين نظريه كه فوتون ميتواند به ماده و پاد ماده تبديل شود درست به نظر نمي‌رسد زيرا اين استنباط به نوعي خطا در ديد و انديشه است و واقعيت اين است كه انرژي و نيروي الكترومغناطيس ميتواند ماده را به پاد ماده تبديل كند . و از طرف ديگر پاد ذرات از برخورد شديد ذرات با هم بوجود مي‌آيند و اين وظيفه به عهده شتاب دهنده‌ها است . در واقع پاد ذرات همواره از ذرات توليد ميشوند و ما نمي‌توانيم ابتدا به ساكن از هيچ چيز كه جسم مادي ندارد ، پاد ذره توليد كنيم و اين موضوع بسيار مهم است كه ضربه برخورد ذرات شتاب‌دار ميتواند وارونگي ميادين را حاصل شود كه اين پديده در برخورد شهاب سنگها با سيارات ميتواند رخ دهد و انرژي جنبشي آنها را به انفجارهاي شديد الكترومغناطيسي تبديل كند كه بيشتر به صورت تابش گاما خواهد بود .
اما اصولي كه بايد در اين پديده محفوظ بمانند تا فرآيند انجام گيرد عبارت است از :
1- بقاي انرژي نسبيتي كل ، تعريف جديد آن اين است : انرژي كه صرف جدا كردن دو الكترون از هم و تبديل يكي از آنها به پوزيترون ميشود ، بعدا توسط الكترون و پوزيترون پس داده ميشود ، يعني ما نمي‌توانيم با اين پديده فيزيكي انرژي توليد كنيم و به بيان ديگر نيروگاه هسته‌اي ايجاد كنيم ، در واقع انرژي داده شده به فرآيند معادل انرژي پس گرفته شده ميباشد .
2- چنين فرآيندي با حضور يك هسته سنگين امكان پذير است و تعريف جديد آن اين است كه : هسته‌هاي سنگين اربيتالهاي ( زوج الكترون - الكترون هاي ) بيشتري داشته و چگالي زوج الكترون - الكترونها در فضاي اتمي آنها بيشتر از هسته‌هاي سبك‌تر است و به اين جهت احتمال اينكه پرتوهاي گاما زوج الكتروني را يافته و انرژي خود را در يكي از زوجين تخليه كنند بيشتر است ، و دليل اين موضوع اين است كه چون الكترونها در لايه خارجي اتم هستند پس زودتر از ذرات ديگر شكار پرتوهاي گاما ميشوند و بهتر است بگوييم كه نمي‌توانيم انرژي را به ذرات ماده و پاد ماده تبديل كنيم .
وجود پاد ذره‌اي براي هر ذره كه داراي همان جرم باشد يك اصل بديهي در فيزيك است براي اينكه بدون تغيير در جهت دوران ذرات از ديد ناظر يا همان اسپين ، ميتوان جهت ميدان آنها را وارونه كرد . توليد انرژي از طريق تبديل ماده به پاد ماده و ادغام مجدد آنها بازدهي نداشته و توجيه اقتصادي هم ندارد براي اينكه انرژي لازم براي تبديل ماده به پاد ماده برابر انرژي دريافتي از فرآيند است و مقدار زيادي انرژي در اين سيستم جهت شتاب دادن ذرات تلف ميشود . احتمال بسيار زيادي وجود دارد كه اگر زوج ماده - پاد ماده به زوج ماده - ماده تبديل نشوند ، زوج ماده - پاد ماده به دخان ( ماده تاريك با تعاريف جديد ) تبديل شده و موج گرانشي پديدار شود كه به مرور زمان باعث تخريب و خوردگي محل تصادم ذرات در تجهيزات شتاب شود ( مراجعه شود به واكنش هسته‌اي از نوع چهارم ) حتي ممكن است ميكرو سياه چاله هاي ( اجرام نوتروني كوچك ) پديدار شوند كه بسيار دردسر ساز نيز باشند . توليد پوزيترون و پاد پروتون و در كنار قرار دادن آنها گرچه باعث بوجود آمدن پاد هيدروژن ميشود ولي اين پاد هيدروژن در جاذبه سياره زمين عمر چنداني ندارد ، پاد ماده دائمي با ساختار اصلي خود در دنياي خود قادر به بقا ميباشد يعني اجرام سماوي درست شده از پاد ماده كه شرايط خود را دارند . ذرات همنام و هم بار در طبيعت اكثرا به صورت زوج يافت ميشوند و علت آن تشكيل ميادين الكتريكي دايره‌وار پيرامون آنهاست و به دنبال آن تشكيل ميادين مغناطيسي كه اين زوجيت مربوط به اختلاف قطبين مغناطيسي ميشود نه همجنسي ذرات . تحت شرايطي دو الكترون ميتوانند ميادين الكتريكي همديگر را خارج از دواير ايجاد شده خنثي و از نظر بار الكتريكي صفر به نظر برسند و ماهيت الكتريكي آنها آشكار نشود .
فيزيكدانان بر اين باور هستند كه " پاد ماده در واقع تصوير آينه‌اي ماده است و تمام دنياي امروز ما فقط از ذرات مادي تشكيل شده است . همانگونه كه ما و تصويرمان در آينه كاملا يكسان هستيم فقط با اين تفاوت كه جاي چپ و راست عوض شده است ، يك ذره و پاد ذره‌اش هم يكسان هستند به استثناي اينكه بار الكتريكي مخالف همديگر دارند " كه نظريه‌اي كاملا درست است ، ولي بعضي‌ها بر اين باورند كه ماده و پاد ماده از خلا و توسط فوتون بيرون مي‌جهند ، و هسته‌هاي سنگين و به دنبال آن اجرام سماوي پر جرم دريچه‌اي جهت ورود به دنياي ديگري هستند كه اگر با سرعت نور به آنها نزديك شويم ( يعني سرعت انتقال طولي فوتون ) پا به جهان ديگري خواهيم گذاشت كه در كل انديشه‌اي نادرست است كه از استدلال‌هاي نادرست بدست مي‌آيد ، براي اينكه آنها چنين مي‌پندارند كه فوتون در آزمايشگاه در جوار هسته‌هاي سنگين تبديل به ماده و پاد ماده ميشود ، ولي همانطور كه ميدانيم پاد ماده از وارونه كردن ميدان ماده به وجود مي‌آيد ، و اينكه با سرعت نور نزديك شدن به يك سياه‌چاله نه تنها ما را به دنياي ديگري انتقال نمي‌دهد بلكه شايد براي هميشه راه برگشتي براي دنياي خود نداشته باشيم و در نهايت قرباني ميدان گرانش سياه‌چاله شويم . شايد علم روز ما به نوعي با خرافات و فانتزي آميخته شده است . با توجه به اينكه اسپين ذرات نسبي بوده و ميتواند در ديد ناظر تغيير كند و حالت انعكاسي از خود نشان دهد ، پس ميتوانيم چنين فرض كنيم كه اسپين جز مشخصات حقيقي ذرات محسوب نميشود بلكه جز مشخصات ظاهري آنهاست البته بسته به موقعيت آنها در فضا و ديد ناظر .
سخن آخر اينكه ما مي توانيم با دوران ميادين الكتريكي و ميادين گرانشي ، بسياري از پديده‌هاي فيزيكي منجمله موارد زير را توجيه نماييم !
1- توليد و انتشار امواج الكترومغناطيس توسط ذرات و عناصر
2 - حالات و رفتار عجيب و دوگانه سياه‌چاله‌ها و ستارگان نوتروني
3 - چگونگي تشكيل پيوندهاي شيميايي
4 - سقوط اجسام به مراكز جاذبه و سيستم چرخش شگفت آور ستارگان در مجموعه‌ي كهكشاني
5 - توجيه ساختار اتمها و ....... كه در آينده در مورد آنها مطالبي ارايه خواهد شد .
با توجه به مطالب فوق نظريه نيروي هسته‌اي قوي و ضعيف را ميتوان به گونه‌اي ديگر توجيه كرد ، چرا كه پروتون‌ها نيز وضعيتي مشابه الكترونها دارند و به سادگي ميتوانند زوج ماده - ماده تشكيل داده و هسته عناصر را به همراه نوترون‌ها نظم دهند ، براي اينكه دوران ميدان الكتريكي آنها بسيار قوي و كوتاه برد است و چنين استنباط ميشود كه در عالم فقط دو نيروي گرانش و الكترومغناطيس قابل شناسايي باشد . نظريه دوران ميادين الكتريكي جايگزيني مناسب براي تئوري نيروهاي هسته‌اي قوي است زيرا آنگونه كه از قدرت اين نيروي دوران در كهكشانها مشاهده ميشود ، اين نيرو ميبايست بسيار قوي باشد .
تقريبا تمامي ميادين گرانشي و الكتريكي در عالم با دوران خود محدود ميشوند و نيروي آنها از خط مستقيم به صورت دايره و كره در مي‌آيد زيرا در صورت خطي بودن اين نيروها ، اين نيروها تجمع كرده و بعد از اتحاد باعث عدم ثبات و بقاي هستي مي‌شدند ، يعني همان ايرادي كه به قانون جهاني گرانش در مكانيك كلاسيك وارد است . اين دوران براي پديدار شدن هستي و بقاي آن الزامي است .
محمدرضا طباطبايي 14/6/86
