عبد العزيز: بوت:نقل من تصنيف:1956 في واشنطن العاصمة إلى تصنيف:واشنطن العاصمة في 1956

2023-08-27T23:09:37Z

بوت:نقل من تصنيف:1956 في واشنطن العاصمة إلى تصنيف:واشنطن العاصمة في 1956

صفحة جديدة

[[ملف:Chien-shiung Wu (1912-1997) C.jpg|تصغير|الفيزيائية Chien-Shiung Wu التي سميت التجربة بإسمها ، قامت بتصميم التجربة وأشرفت على طاقم العلماء القائمين بها لدراسة انحفاظ التكافؤ الفيزيائي في عام 1956.]]

كانت '''تجربة وو''' عبارة عن تجربة فيزياء نووية أجرتها عالمة الفيزياء [[الولايات المتحدة|الأمريكية]] [[الصين]]ية «شين-شيونغ وو» في عام [[1956]] بالتعاون مع مجموعة قسم درجة الحرارة المنخفضة التابعة للمكتب الوطني الأمريكي للمعايير. كان الغرض من التجربة هو تحديد ما إذا كان [[انحفاظ التكافؤ الفيزيائي]] (Parity-Conservation)، والذي اُثبِت مسبقًا في التفاعلات القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية، يطبق أيضًا على التفاعلات الضعيفة. إذا كان انحفاظ التكافؤ صحيحًا، فإن النسخة المعكوسة من العالم (حيث يصبح اليسار يمينا واليمين يسارًا) ستتصرف كصورة المرآة للعالم الحالي. وفي حالة عدم صحة انحفاظ التكافؤ، فسيكون من الممكن التمييز بين النسخة المعكوسة من العالم وصورة العالم الواقعي.<ref name="Wu1957">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Wu|سنة=1957|doi=10.1103/PhysRev.105.1413|bibcode=1957PhRv..105.1413W|صفحات=1413–1415|العدد=4|المجلد=105|صحيفة=[[فيزيكال ريفيو]]|عنوان=Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay|الأول5=R. P.|الأول1=C. S.|الأخير5=Hudson|الأول4=D. D.|الأخير4=Hoppes|الأول3=R. W.|الأخير3=Hayward|الأول2=E.|الأخير2=Ambler|doi-access=free}}</ref>

أثبتت التجربة انتهاك انحفاظ التكافؤ في التفاعل الضعيف. لم تكن هذه النتيجة متوقعة من قبل مجتمع الفيزياء، الذي كان يعتبر التكافؤ في السابق صفة محفوظة دائما. حصل «تسونج داو لي» و «تشن نينغ يانغ»، الفيزيائيان النظريان اللذان انشأ نظرية عدم انحفاظ التكافؤ في التفاعلات الضعيفة (مثل [[اضمحلال بيتا]]) واقترحا تجربة لاثبات ذلك. قامت «وو» بتحسين التجربة وأنشأتها للقيام باختبار التفاعل الضعيف وعلاقته بانحفاظ التكافؤ. وجاءت النتيجة أن مبدأ انحفاظ التكافؤ لا ينطبق في حالة التفاعل الضعيف.

حصل العالمان «لي» و «يانغ» أصحاب النظرية على جائزة نوبل لعام 1957 في [[فيزياء|الفيزياء]] لهذه النتيجة. ذُكر دور شين شيونغ وفي الاكتشاف في خطاب قبول جائزة نوبل، ولكن لم تُكرم «وو» حتى عام 1978، عندما حصلت على جائزة وولف الأولى.<ref name="nobelPrize1957">{{استشهاد ويب
| مسار = https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/ceremony-speech/
| عنوان = The Nobel Prize in physics in 1957
| موقع = The Nobel Prize
| تاريخ الوصول = 2 October 2018
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190706160638/https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/ceremony-speech/ | تاريخ أرشيف = 6 يوليو 2019 }}</ref>

== تاريخ ==
في عام 1927، صاغ يوجين فيغنر مبدأ انحفاظ التكافؤ، فكرة أن العالم الحالي والعالم المبني مثل صورته في المرآة سوف يتصرفان بنفس الطريقة، والفارق الوحيد هو عكس اليسار واليمين (على سبيل المثال، فإن الساعة التي تدور في اتجاه عقارب الساعة ستدور بعكس اتجاه عقارب الساعة إذا انعكست على مرآة).<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Wigner|الأول=E. P.|سنة=1927|عنوان=Über die Erhaltungssätze in der Quantenmechanik|مسار= http://www.digizeitschriften.de/dms/img/?PPN=PPN252457811_1927&DMDID=dmdlog30|صحيفة=[[Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch Physikalische Klasse]]|المجلد=1927|العدد=|صفحات=375–381|bibcode=|doi=|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200115222719/http://www.digizeitschriften.de/dms/img/?PPN=PPN252457811_1927&DMDID=dmdlog30|تاريخ أرشيف=2020-01-15}}

: Reproduced in {{استشهاد بكتاب|الأخير=|الأول=|الفصل=|محرر1-الأخير=Wightman|محرر1-الأول=A. S.|سنة=1993|عنوان=The Collected Works of Eugene Paul Wigner|المجلد=Vol. A|صفحات=84–90|ناشر=[[شبرينغر|سبرنجر]]|doi=10.1007/978-3-662-02781-3_7|isbn=978-3-642-08154-5}}</ref>

قبل الفيزيائيون هذا المبدأ على نطاق واسع، وتم التحقق من انحفاظ التكافؤ بشكل تجريبي في التفاعلات الكهرومغناطيسية والقوية. ومع ذلك، خلال منتصف الخمسينيات من القرن الماضي، لم يكن من الممكن تفسير بعض التحللات التي تشمل الكاونات بالنظريات الحالية التي كانت تفترض أن انحفاظ التكافؤ صحيح. بدى أن هناك نوعين من [[كاون|الكاون]] (Kaon جسيم دون ذري)، أحدهما يتحلل لينتج زوجًا من [[بيون|البيونات]] ([[جسيم أولي|جسيمات أولية]] دون ذرية)، والآخر يتحلل لينتج ثلاثة بيونات. عُرف هذا اللغز باسم لغز τ – θ «تاو- ثيتا».<ref name="Hudson">{{استشهاد بكتاب|الأخير=Hudson|الأول=R. P.|سنة=2001|الفصل=Reversal of the Parity Conservation Law in Nuclear Physics|محرر1-الأخير=Lide|محرر1-الأول=D. R.|عنوان=A Century of Excellence in Measurements, Standards, and Technology|مسار الفصل=http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/sp958-lide/111-115.pdf|سلسلة=NIST Special Publication 958|ناشر=[[المعهد الوطني للمعايير والتقنية]]|isbn=978-0849312472}}</ref>

قام الفيزيائيان النظريان " تسونج داو لي" و "تشن نينغ يانغ" بمراجعة النسق العلمي حول مسألة انحفاظ التكافؤ في جميع التفاعلات الأساسية. واستنتجوا أنه في حالة التفاعل الضعيف، لم تؤكد البيانات التجريبية مبدأ المحافظة على التكافؤ. وبعد فترة وجيزة اتصلا بـ "شين-شيونغ وو " Chien-shiung Wu ، التي كانت خبيرة في التحليل الطيفي لـ [[اضمحلال بيتا|تحلل بيتا]]، وأخبروها بأفكار مختلفة للتجارب؛ واستقروا معها على فكرة اختبار خصائص الاتجاه في تحلل بيتا في [[كوبالت-60|الكوبالت-60]]. اتصلت «وو» بعد ذلك ب"هنري بورسّ و "مارك دبليو زيمانسكي"، اللذان يتمتعان بخبرة واسعة في فيزياء درجات الحرارة المنخفضة. بناءً على طلب من بورس وزيمانسكي، اتصلت «وو» بـ "إرنست أمبلر"، من المكتب الوطني للمعايير (إن بي إس)، الذي رتب لإجرائها التجربة في ديسمبر 1956 في مختبرات درجات الحرارة المنخفضة في إن بي إس.<ref name="LeeYang1956">{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير1=Lee|الأول1=T. D.|الأخير2=Yang|الأول2=C. N.|سنة=1956|عنوان=Question of Parity Conservation in Weak Interactions|صحيفة=[[فيزيكال ريفيو]]|المجلد=104|العدد=1|صفحات=254–258|bibcode=1956PhRv..104..254L|doi=10.1103/PhysRev.104.254|doi-access=free}}</ref>

حصل «لي» و «يانغ»، اللذان دفعا «وو» للقيام بالتجربة، على جائزة نوبل في [[فيزياء|الفيزياء]] في عام 1957، بعد وقت قصير من ظهور نتائج التجربة، وكانت بالفعل تبدي عدم انحفاظ التكافؤ - في تفاعلات القوة الضعيفة. ذُكر دور «وو» في الاكتشاف في خطاب منح الجائزة، ولكن لم تُكرم حتى عام 1978، عندما حصلت على جائزة وولف الافتتاحية.<ref name="wolfprize">{{استشهاد ويب
| مسار = http://wolffund.org.il/?dir=site&page=winners&cs=381
| عنوان = Chien-Shiung Wu Winner of Wolf Prize in Physics - 1978
| ناشر = Wolf Foundation
| تاريخ الوصول = 9 Dec 2019
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20140911102826/http://www.wolffund.org.il/index.php?dir=site | تاريخ أرشيف = 11 سبتمبر 2014 }}</ref>

== انحفاظ التكافؤ ==
Parity conservation أو P-conservation
{{عدة صور
|align = left
|direction = vertical
|image1 = Parity clocks - P-conservation.svg
|width1 = 220
|image2 = Parity clocks - P-violation.svg
|width2 =220
|footer = '''فوق:''' ''P''-symmetry: [يسار] الساعة الواقعية وإلى [اليمين ] الصورة في المرآة (انحفاظ التكافؤ) . '''تحت:''' ''P''-asymmetry: حالة عدم انحفاظ التكافؤ (أحمر)
}}
[[ملف:Wu-Experiment (English).png|تصغير|يسار|رسم يوضح تجربة الباحثة "وو".]]
إذا كان هناك تفاعل معين ينطبق عليه انحفاظ [[تكافؤ (فيزياء)|التكافؤ]]، فهذا يعني أنه إذا بُدل اليسار واليمين، فإن التفاعل نفسه سوف يستمر تمامًا كما كان من قبل. هناك طريقة أخرى للتعبير عن ذلك وهي تخيل أن عالمين مبنيان يختلفان فقط في التكافؤ - العالم «الحقيقي» وعالم «المرآة»، حيث يُبدل اليسار واليمين. إذا كان التفاعل متناظر التكافؤ، فهذا يعني أن التفاعل يسير دون أي فرق في التأثير في «العالمين». كان الهدف من تجربة «وو» هو تحديد ما إذا كان هذا هو الحال بالنسبة للتفاعل الضعيف. وتم اختيار [[اضمحلال بيتا]] للكوبالت-60 ودراسة منتجات ذلك التحلل. وهل يتم اطلاق جسيماتها بشكل تفضيلي في اتجاه واحد أم لا. هذا من شأنه أن يدل على انتهاك تناظر التكافؤ لأنه إذا كان التفاعل الضعيف محافظًا على التكافؤ، ينبغي أن تنبعث انبعاثات التحلل باحتمال متساو في جميع الاتجاهات. كما ذكرت «وو» وآخرون:

إذا لوحظ عدم تناسق في التوزيع بين الزاوية «θ» والزاوية «180°- θ» (حيث θ هي الزاوية بين اتجاه حركة النواة الأم وزخم الإلكترونات)، فإنه يوفر دليلًا لا لبس فيه على أنه لا يُحافظ على التكافؤ في تحلل بيتا.

والسبب في ذلك هو أن نواة الكوبالت -60 تحمل لفًا مغزليًا (spin)، والسبين لا يغير الاتجاه تحت التكافؤ (لأن الزخم الزاوي هو متجه محوري). على العكس من ذلك، يتغير الاتجاه الذي تنبعث إليه منتجات التحلل في ظل التكافؤ لأن الزخم هو متجه قطبي. وبعبارة أخرى، في العالم «الحقيقي»، إذا كان سبين الكوبالت -60 النووي وانبعاثات منتجات التحلل في نفس الاتجاه تقريبًا، فعندئذ في عالم «المرآة»، ستكون في اتجاهين متعاكسين تقريبًا، لأن اتجاه الانبعاثات سوف ينعكس، لكن اتجاه الدوران يبقى نفسه.<ref>{{استشهاد ويب
| مسار = https://warwick.ac.uk/fac/sci/physics/staff/academic/boyd/warwick_week/neutrino_physics/weak.pdf
| عنوان = The Weak Interaction
| تاريخ = 2016-04-20
| موقع = Warwick University
| صيغة = PDF
| الأخير = Boyd
| الأول = Steve
| تاريخ الوصول = 2019-12-08
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20191208182753/https://warwick.ac.uk/fac/sci/physics/staff/academic/boyd/warwick_week/neutrino_physics/weak.pdf | تاريخ أرشيف = 8 ديسمبر 2019 }}</ref>

قد يكون هذا فرقًا واضحًا في سلوك التفاعل الضعيف بين «العالمين» ومثله هنا هو [[اضمحلال بيتا|تحلل بيتا]]، وبالتالي لا يمكن القول إن التفاعل الضعيف يحترم مبدأ [[انحفاظ التكافؤ]] في الفيزياء. إن الطريقة الوحيدة التي يمكن أن يكون بها التفاعل الضعيف متمشيا مع انحفاظ التكافؤ هي عدم وجود تفضيل في اتجاه الانبعاثات؛ لأنه عندئذٍ لن يكون اتجاه الانبعاثات في العالم «المرآة» مختلفًا عن العالم «الحقيقي» نظرًا لوجود أعداد متساوية من الانبعاثات في كلا الاتجاهين في كلا العالمين على آية حال.

== أداء التجربة ==
[[ملف:Wu experiment at Bureau of Standards.jpg|تصغير|تمت تجربة وو في مختبر درجة الحرارة المنخفضة في وشنطن دي سي في عام 1956. ترى في الصورة الأنبوب المفرغ من الهواء وبه عينة كوبلت-60 ، وأجهزة قياس ،و ملفات انتاج المجال المغناطيسي؛ وتثبت في انبوب أكبر قبل وضعهم في المغناطيس الكهربائي الكبير (في خلفية الصورة*. بُردت العينة إلى قرب درجة الصفر المطلق مغناطيسيا بواسطة ما يسمى adiabatic demagnetization.]]

تقوم التجربة بقياس تحلل الإشعاعي لعينة [[كوبالت-60]] وكانت أنوية ذرات الكوبالت موجهة في اتجاه مجال مغناطيسي خارجي. في نفس الوقت كانت العينة مبردة تبريدا شديدا بالهيليوم السائل (عند نحو 4 درجات مطلقة (أي نحو 269 تحت الصفر))، بحيث تهدأ حركة ذرات الكوبالت-60 إلى أقصى حد.<ref name="Wroblewski">
{{استشهاد بدورية محكمة
|الأخير=Wroblewski |الأول=A. K.
|سنة=2008
|عنوان=The downfall of parity: The revolution that happened fifty years ago
|صحيفة=[[Acta Physica Polonica B]]
|المجلد=39 |العدد=2 |صفحات=251–264
|bibcode=2008AcPPB..39..251W
|مسار=https://inspirehep.net/record/807786/files/v39p0251.pdf
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20220125215741/https://inspirehep.net/literature/807786 | تاريخ أرشيف = 25 يناير 2022 }}</ref>

الكوبالت-60 هو أحد نظائر الكوبالت المشعة وهو يتحلل بإصدار إلكترونات وأشعة جاما ويتحول إلى [نيكل-60] . خلال هذا الـ [[اضمحلال بيتا]] يتحلل أحد نيوترونات الكوبالت-60 إلى بروتون عن طريق اطلاق [[إلكترون]] (e−) وإطلاق [[مضاد نيوترينو إلكتروني]] ({{سطر فوقي|ν}}e). وتكون نواة النيكل الناتجة في حالة إثارة، فتنحل سريعا وتهبط إلى مستوى [[الطاقة الدنيا]] لها عن طريق إصدار شعاعين من [[أشعة غاما|أشعة جاما]] (γ). والمعادلة التالية توضح ذلك:

:<math>{}^{60}_{27}\text{Co} \rightarrow {}^{60}_{28}\text{Ni} + e^- + \bar{\nu}_e + 2{\gamma}</math>

[[أشعة غاما|أشعة جاما]] هي فوتونات وانطلاقها من نواة النيكل-60 هي عملية كهرومغناطيسية. ذلك مهم لأن العملية الكهرومغناطيسية معروف عنها أنها تحترم انحفاظ التكافؤ (فيزياء) ولهذا فإن أشعة جاما ستنطلق في جميع الاتجاهات حول العينة. وبهذا يمكن تتبع اتجاه انطلاق [[إلكترون|الإلكترونات]] عما إذا كانت هي الأخرى تنطلق في جميع الاتجاهات مثل أشعة جاما. أي أن توزيع أشعة جاما يكون بمثابة دليل على توزيع الإلكترونات المنطلقة من العينة. في نفس الوقت يبدي أي عدم تساو في توزيع أشعة جاما مقياسا عن توجيه العزوم المغزلية spins لأنوية الكوبلت-60 .
<ref name=Ambler>{{استشهاد بدورية محكمة
|الأخير1=Ambler |الأول1=E.
|الأخير2=Grace |الأول2=M. A.
|الأخير3=Halban |الأول3=H.
|الأخير4=Kurti |الأول4=N.
|الأخير5=Durand |الأول5=H.
|الأخير6=Johnson |الأول6=C. E.
|الأخير7=Lemmer |الأول7=H. R.
|سنة=1953
|عنوان=Nuclear polarization of cobalt 60
|صحيفة= The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science
|المجلد=44 |العدد=349 |صفحات=216–218
|doi=10.1080/14786440208520296
}}</ref>
[[ملف:Beta-minus Decay.svg|تصغير|hochkant=1.4|[[اضمحلال بيتا|تحلل بيتا]] يحدث في نواة ذرية يعتبر تآثر ضعيف
أو تفاعل ضعيف. خلال هذا التفاعل الضعيف يتحلل أحد نيوترونات النواة إلى [[بروتون]] و[[إلكترون]] ومضاد نيوترينو إلكتروني.]]

قامت التجربة بقياس معدل إصدار أشعة جاما والإلكترونات من العينة في اتجاهين ومقارنة قيمها. وتم القياس لمدة زمنية، ثم تم عكس اتجاه المجال المغناطيسي وأخذت القياسات مرة ثانية. فإذا كان معدل إصدار الإلكترونات لم يختلف عند عكس اتجاه المجال المغناطيسي، عندئذ تكون النتيجة أن ذلك التفاعل الضعيف (اضمحلال بيتا) يحافظ على التكافؤ؛ ولكن لو كانت معدلات إصدار الإلكترونات مختلفة اختلافا كبيرا فيشير ذلك إلى أن التفاعل الضعيف لا يحافظ على التكافؤ.

== نتيجة تجربة وو ==

في عام 1957 اكتشفت الفيزيائية الأمريكة الصينية الأصل [[شينغ-شيونغ وو]] وزملاؤها ظاهرة عدم '''انحفاظ التكافؤ ''' خلال [[اضمحلال بيتا|تحلل بيتا]] للكوبالت-60 ، مما يبين أن طبيعة الكون لا تسير على نفس النمط إذا انعكست بعض الظواهر الطبيعية على مرآة
, handedness.<ref>
{{استشهاد بدورية محكمة
|الأخير1=Wu |الأول1=C. S.
|الأخير2=Ambler |الأول2=E
|الأخير3=Hayward |الأول3=R. W.
|الأخير4=Hoppes |الأول4=D. D.
|الأخير5=Hudson |الأول5=R. P.
|سنة=1957
|عنوان=Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay
|صحيفة=[[فيزيكال ريفيو]]
|المجلد=105 |العدد=4 |صفحات=1413–1415
|bibcode=1957PhRv..105.1413W
|doi=10.1103/PhysRev.105.1413
|doi-access=free
}}</ref>

في تجربة «وو» وجهت عينة كوبالت-60 المشعة عن طريق تبريدها إلى درجة حرارة منخفضة جدا في وجود [[حقل مغناطيسي|مجال مغناطيسي]]. وبينت المشاهدات أن الأشعة الصادرة من العينة أثناء [[اضمحلال بيتا|تحلل بيتا]] β- (وهي إلكترونات) كانت تصدر في اتجاه مخالف بالنسبة إلى اتجاه [[عدد كم مغزلي|العزم المغزلي النووي]] nuclear spin. عدم التكافؤ هذا كان شيئا جديدا في الطبيعة، حيث أن العلماء كانوا حتى ذلك الوقت يعتقدون أن جميع العمليات الطبيعية تسير وفق مبدأ '''انحفاظ التكافؤ'''. (انظر أعلاه)

== اقرأ أيضا ==
* [[نظرية CPT]]
== المراجع ==

{{مراجع}}
{{روابط شقيقة}}
{{شريط بوابات|الفيزياء}}

[[تصنيف:واشنطن العاصمة في 1956]]
[[تصنيف:العلم في 1956]]
[[تصنيف:تجارب فيزيائية]]
[[تصنيف:نظرية كهروضعيف]]

تجربة وو - تاريخ المراجعة

عبد العزيز: بوت:نقل من تصنيف:1956 في واشنطن العاصمة إلى تصنيف:واشنطن العاصمة في 1956