استاد مشاور : دکتر فرزانه بیات
مدیر مسئول : محمد حداد
سردبیر : مریم فرشباف
محقق : زهرا هادوی
مقطع کارشناسی
رشته فیزیک
سال 1401-1402
دانشگاه شهید مدنی آذربایجان- تبریز
نشریه ی بتاترون
در شیمی و فیزیک یک نوکلئون می تواند یک پروتون یا یک نوترون باشد که در آن نقش به عنوان یک جز هسته اتم محسوب می شود.
تعداد نوکلئون ها در هسته عدد توده ایزوتوپ(تعداد نوکلئون ) را تعیین می کند.
پروتون ها و نوترون ها اسپین و پاریته 2.1 مثبت دارند.
تعداد این ذرات هر کدام به ترتیب با نماد Z وN در کنار نام عنصر ذکر می شود که مجموع آن ها به نام عدد جرمی با نماد A مشخص می شود و این ذرات از سه کوارک تشکیل شده اند و جزو خانواده فرمیون ها هستند.
تا دهه 1960 نوکلئون ها به عنوان ذرات بنیادی ، به آن که خود از قطعات کوچکتر تشکیل شده باشند شناخته می شدند.
درحال حاضر آن ها ذرات ترکیبی(کامپوزیتی) ساخته شده از سه کوارک با هم متصل که توسط نیروی هسته ای قوی با هم متصل هستند،شناخته می شوند.
تعامل بین دو یا چند نوکلئون تعامل بین نوکلئونی یا نیروی هسته ای نامیده می شود که در نهایت به وسیله تعامل قوی ایجاد می شود.
(قبل از کشف کوارک ها، اصطلاح "تعامل قوی" به تعاملات بین اینترنوکلئونی اشاره دارد).
- ویژگی های استاتیکی نوکلئون ها
ویژگی هایی را که با گذشت زمان مقدار آنها تغییر نمی کند و ثابت است ویژگی های استاتیکی می نامند.
همه هسته ها از دو نوع ذره ی پروتون و نوترون موسوم به نوکلئون تشکیل شده اند.
نوترون بدون بار است اما دارای گشتاور مغناطیسی است و این اولین دلیلی است که نشان می دهد نوکلئون ها ذرات بنیادی نقطه ای شکل نیستند بلکه ساختاری داخلی دارند. در واقع پروتون و نوترون همانند مزون ها هادرون هستند و دارای ساختار کوارکی می باشند.
در فیزیک ذرات هادرون(گرفته شده از زبان یونانی به معنای محکم وسخت) به ذرات ترکیبی که از دو یا سه کوارک تشکیل شده باشند گفته می شود.
نیروی هسته ای قوی این کوارک ها را در کنار هم قرار می دهد.دو زیرمجموعه از هادرون ها وجود دارد: باریون ها و مزون ها . باریون ها از سه کوارک و مزون ها از دو کوارک تشکیل شده اند. از میان معروف ترین باریون ها می توان به پروتون ها و نوترون ها اشاره کرد. نیروی قوی هسته ای یکی از چهار نیروی پایه در فیزیک است که‌نقش آن کنار هم قراردادن کوارک ها و ذرات تشکیل دهنده از آنها مانند نوترون ها و پروتون ها در هسته اتم ها است. به این معنی که نیروی هسته ای نامگذاری می شود. این نیرو به همین خاطر از نیروی الکترومغناطیسی بسیار قوی تر است و میتواند هسته اتم هارا با وجود نیروی دافعه بین پروتون های آن با بارالکتریکی مثبت، پایدار نگه دارد. نیروی قوی هسته ای ، نیروی الکترومغناطیسی ، نیروی ضعیف هسته ای و گرانش به ترتیب قدرت چهار نیروی اصلی طبیعت اند.
همانند نیروی الکترومغناطیسی و نیروی هسته ای ضعیف این نیرو نیزتوسط تبادل بوزون ها انجام می گیرد که در اینجا ذره تبادل شده گلوئون نام دارد. گلوئون ها از 8 نوع مختلف هستند که دارای بار رنگی می باشند و آن را بین کوارک ها انتقال می دهند. نیروی هسته ای قوی در دو مقیاس کوچک و بزرگ بررسی می شود.
مقیاس بزرگ در حدود 1 تا 3 فمتومتر است . این مقیاس مربوط به نیرویی است که پروتون ها و نوترون ها ودر کل نوکلئون ها را در کنار یکدیگر نگاه می دارد. مقیاس کوچکتر مربوط به ابعاد کمتر از 0.8 فمتومتر یعنی کمتر از شعاع یک نوکلئون است که کوارک هارا درکنار هم نگاه می دارد تا پروتون ها و نوترون ها شکل بگیرند.
نیروی قوی فقط روی ذرات بنیادی اثر می کند ، با این حال اثر بین هادرون ها به نیروی هسته ای مشاهده می شود. نیروی هسته‌ای یا برهم کنش نوکلئون نوکلئون نیرویی است که بین دویا چند نوکلئون اثر می کند و باعث چسبیدن پروتون ها و نوترون ها به یکدیگر می شود که موجب تشکیل اتم می گردد.
- مزون ها و برهم کنش نوکلئون نوکلئون
مانند همه فرمیون ها ، کوارک ها هم پادذرات ویژه خود را دارند. همان گونه که سیستم مقید سه کوارکی یا سیستم مقید سه پادکوارکی نوکلئون ها یا پاد نوکلئون ها را می سازند. میدان گلوئونی قوی می تواند یک کوارک و یک پاد کوارک را به هم مقید سازد و ذره کوتاه عمری مرسوم به مزون ( ذره میانه ) تولید کند. انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل نوکلئون ها که در هسته در حدود یکدیگرند از لحاظ بزرگی از انرژی های لازم برای برانگیختن کوارک‌ها در یک نوکلئون خاص کمتر می باشند بنابراین منطقی است که هسته را مجموعه‌ای از نوکلئون ها در نظر بگیریم که با یکدیگر بر هم کنش دارند. از آنجا که نوکلئون ها ذرات مرکبی هستند انتظار می‌رود که برهم کنش آنها با یکدیگر ساده نباشد در واقع این برهم کنش ها تا حدی پیچیده نیز هستند.
از این رو توانایی توصیف برهم کنش های بین نوکلئون ها برای درک فیزیک هسته ها بسیار مهم است.
خواص نیروی هسته‌ای:
خواص نیروی بین نوکلئون نوکلئون را می توان به دو روش متفاوت مطالعه کرد.
روش مستقیم : با بررسی اطلاعات به دست آمده از آزمایش های برخورد
روش غیر مستقیم : با بررسی خواص سیستم های مقید مانند هسته ها
از طرفی بهتر است پدیده ای را در ساده ترین شرایط ممکن و ساده ترین حالت آن مطالعه کرد. ساده ترین مواردی که نیروی هسته‌ای در آن اثر می کند هنگامی است که تنها دو نوکلئون برهم کنش داشته باشند. در عمل دو وضعیت پیش می آید:
- هنگام برخورد میان دو نوع آن که معمولاً به آنها فرآیندهای پراکندگی می گویند.
- هنگامی که یک نوترون و یک پروتون به هم مقید اند (مانند هسته دوترون)
دوترون از گردهمایی یک پروتون و یک نوترون تشکیل می شود و تنها سیستم دو نوکلئونی مقید در طبیعت است.
به همین دلیل سیستمی ایده آل برای مطالعه برهم کنش نوکلئون نوکلئون به شمار می رود.
طبیعت دقیق نیروهای بستگی هسته ای ناشناخته است اما انتظار می‌رود که این نیروها باید دارای برد کوتاه و در فواصل کوتاه قوی تر از نیروی کلونی باشند زیرا نیروی هسته‌ای میتواند به دافعه کلونی پروتونها در هسته غلبه کند.
البته برخی از ذرات مانند الکترون تحت تاثیر آن قرار نمی گیرند به علاوه ماهیت این نیروها باید چنان باشد که از ترکیب ذرات با یکدیگر و به وجود آوردن یک جسم منسجم جلوگیری کند. از طرف دیگر نوترون های بدون بار نیز باید به طور محکم پیوند یابند. از اطلاعات به دست آمده از خواص هسته ها می توان نتایجی را درباره نیروی هسته‌ای به دست آورد.
نوکلئون ها چگونه در کنار هم نگه داشته میشوند؟
هسته اتم از نوکلئون ها (پروتون ها و نوترن ها) تشکیل شده است.پروتون ها و نوترون ها از کوارک ها ساخته شده اند و توسط نیروی قوی ناشی از تبادل گلوئونی بین کوارک ها در کنار هم نگه داشته می شوند.
انرژی وارد شده به هسته برای جداسازی کوارک ها باعث افزایش نیروی بین آنها میشود.
آیا نیروهای قوی نوکلئون ها را کنار هم نگه می دارند؟
نیروی قوی کوارک‌ها ذرات بنیادی که پروتون ها و نوترون های هسته اتم را تشکیل می‌دهند در کنار هم نگه می دارد و پروتون ها و نوترون ها را برای تشکیل هسته های اتمی کنار هم نگه می دارد به این ترتیب مسئول پایداری اساسی ماده است.
نوترون ها چگونه هسته را تثبیت میکنند؟
نوکلئون های بیشتر( پروتون ها و نوترون ها) به معنای نیروی قویتر است و نوترون های بیشتر به معنای فضای بیشتر بین پروتون ها است که دافعه را کاهش می دهد. این اثرات با هم می توانند یک هسته پایدار ایجاد کنند.
چگونه یک هسته در کنار هم نگه داشته میشود؟
نیروی هسته ای قوی در برد بسیار کوتاه ، قوی تر از دافعه الکترواستاتیکی است و به پروتون ها اجازه می دهد در یک هسته به هم بچسبند ، حتی اگر بار های آنها یکدیگر را دفع کنند.
نیروهای هسته ای (به عنوان برهمکنش هسته‌ای یا نیروهای قوی) شناخته میشوند ، نیروهایی هستند که بین دو یا چند نوکلئون عمل میکنند . آنها پروتون ها و نوترون ها( نوکلئون ها ) را به یکدیگر متصل می کنند.
هسته سلولی:
نیروی هسته ای حدود ۱۰ میلیون بار قوی تر از اتصال شیمیایی است که اتم ها را در مولکول ها در کنار هم نگه میدارد.
چگونه نیروی قوی هسته را کنار هم نگه میدارد؟
ذرات ماده با مبادله بوزون ها (لقب ذرات بنیادی با اسپین کامل) با یکدیگر انرژی را منتقل میکند. نیروی قوی توسط نوعی بوزون به نام گلوئون حمل میشود که به این دلیل نامگذاری شده است. زیرا این ذرات به عنوان چسب عمل میکنند که هسته و باریون های سازنده آن را در کنار هم نگه می دارد.
(گلوئون ها مسئولیت جاذبه بین پروتون ها و نوترون ها در هسته اتم را به عهده میگیرند)
(گلوئون از کلمه glue به معنای چسب گرفته شده است.)
نیروهای هسته ای قوی و ضعیف کدام اند؟
نیروی هسته‌ای قوی مسئول اتصال پروتونها و نوترونها به یکدیگر در یک هسته اتمی است.
نیروی هسته‌ای ضعیف با توانایی تبدیل یک پروتون به نوترون و برعکس مسئول واپاشی رادیو اکتیو است.
چسبی که هسته را در کنار هم نگه می دارد چیست؟
نیروی قوی چسب واقعی هسته است. ابتدا کوارک ها را درون پروتون ها و نوترون ها کنار هم نگه میدارد. این نیروی قوی که ۱۳۷ برابر قوی تر از نیروی الکترومغناطیسی است پروتون ها و نوترون ها را در هسته کنار هم نگه میدارد و دافعه الکترومغناطیسی آنها را تحت تاثیر قرار می دهد.
چه چیزی هسته را کنار هم نگه میدارد؟
بخش های هسته ای توسط نیروی هسته ای قوی تر به هم متصل می شوند که می تواند مانع از دفع پروتون های مثبت یکدیگر در حضور هسته شود.
آیا نوترون ها چسب هسته هستند؟
بین پروتون ها، پروتون ها و نوترون ها نیز نیروی هسته‌ای جذابی بر یکدیگر اعمال می کنند. برای نگه داشتن هسته کافی نیست اما نوترونها بدون افزودن نیروی دافعه الکتریکی چسب هسته‌ای بیشتری اضافه میکند.
هسته چه چیزی را نگه می دارد؟
هسته یک اندامک است که در سلول های یوکاریوتی یافت می شود در داخل غشای هسته ای کاملاً محصور حاوی اکثر مواد ژنتیکی سلول است . این ماده به عنوان مولکولهای DNA همراه با انواع پروتئین ها برای تشکیل کروموزوم ها سازماندهی می شوند.
نوترون ها چگونه هسته را تثبیت می کنند؟
نوکلئون های بیشتر( پروتون ها و نوترون ها) به معنای نیروی قویتر است و نوترون های بیشتر به معنای فضای بیشتر بین پروتون ها است که دافعه را کاهش می دهد. این اثرات با هم میتوانند یک هسته پایدار ایجاد کنند.
چه نیرویی الکترون ها را در مدار هسته اتم ها نگه میدارد؟
الکترون ها توسط نیروی الکترومغناطیسی در مدار اطراف هسته نگه داشته میشوند. زیرا هسته در مرکز اتم دارای بار مثبت است و الکترون های دارای بار منفی را جذب میکند.
پروتون ها چگونه به هم می چسبند؟
هنگامی که پروتون ها یا نوترون ها به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک می شوند ذرات( مزون ها ) را مبادله می کنند و آنها را به یکدیگر متصل میکنند .
اگرچه نیروی قوی بر دافعه الکترواستاتیکی غلبه می کند ، پروتون ها یکدیگر را دفع می کنند. به همین دلیل معمولا افزودن نوترون به اتم نسبت به پروتون آسانتر است.
چه چیزی نوترون ها و پروتون ها را کنار هم نگه می دارد؟
نیروی هسته‌ای قوی کوارک ها را در ذرات هادرون مانند پروتون و نوترون را محدود می کند. علاوه بر این نیروی قوی این نوترون ها و پروتون ها را به هم متصل می کند تا هسته های اتمی ایجاد کند، جایی که به آن نیروی هسته‌ای می گویند.
کوارک هاچگونه در کنار هم نگه داشته میشوند؟
نیروی قوی کوارک ها را کنار هم نگه می دارد و هادرون ها را تشکیل می دهد.
بنابر این ذرات حامل آن به طرز عجیبی گلوئون نامیده میشوند زیرا کوارک ها را محکم به هم می چسبانند.
چه چیزی الکترون ها را به سمت هسته جذب می کند؟
الکترون ها توسط نیروی جاذبه الکترواستاتیکی که به پروتون ها وارد می شود به سمت هسته جذب میشوند. به اندازه کافی شگفت‌آور ، اگرچه حداقل انرژی به طور کلاسیک دارای الکترون هااست که همه در هسته ( نقطه قوی ترین جاذبه ) قرار دارند اما همه آنها در آنجا نیستند.
چه چیزی از سقوط الکترون ها به هسته جلوگیری می کند؟
مکانیک کوانتومی بیان میکند که در بین تمام سطوح انرژی ممکن که یک الکترون می تواند در حضور یک هسته بنشیند یکی وجود دارد که دارای حداقل انرژی است. این سطح انرژی حالت پایه نامیده می شود. بنابراین اگر اتم ها در یک محیط بسیار نامیده شده باشند این سطح انرژی از سقوط الکترون ها به هسته جلوگیری می کند.
چرا نوترون در هسته پایدار است؟
در حالت آزاد نوترون بسیار ناپایدار است اما زمانی که درون هسته قرار گیرد ثبات را دوباره به دست می آورد. به منظور متعادل کردن موثر، دافعه الکتریکی افزایش یافته که توسط پروتون ها در هسته های سنگین تر احساس می شود. این هسته ها دارای نسبت نوترون، پروتون بالاتر از یک هستند . آنها در داخل یک هسته پایدار هستند.
چه چیزی هسته را کنار هم نگه میدارد؟
بخش های هسته توسط نیروی هسته ای قوی تر به هم متصل میشوند که میتواند مانع از دفع پروتون های مثبت یکدیگر در حضور هسته شود.
با تشکر از نگاه گرمتان
پایان
