لینک دانلــود

The term “symmetry” derives from the Greek words sun (meaning ‘with’ or ‘together’) and metron (‘measure’), yielding summetria, and originally indicated a relation of commensurability (such is the meaning codified in Euclid's Elements for example). It quickly acquired a further, more general, meaning: that of a proportion relation, grounded on (integer) numbers, and with the function of harmonizing the different elements into a unitary whole. From the outset, then, symmetry was closely related to harmony, beauty, and unity, and this was to prove decisive for its role in theories of nature. In Plato's Timaeus, for example, the regular polyhedra are afforded a central place in the doctrine of natural elements for the proportions they contain and the beauty of their forms: fire has the form of the regular tetrahedron, earth the form of the cube, air the form of the regular octahedron, water the form of the regular icosahedron, while the regular dodecahedron is used for the form of the entire universe. The history of science provides another paradigmatic example of the use of these figures as basic ingredients in physical description: Kepler's 1596 Mysterium Cosmographicum presents a planetary architecture grounded on the five regular solids.

From a modern perspective, the regular figures used in Plato's and Kepler's physics for the mathematical proportions and harmonies they contain (and the related properties and beauty of their form) are symmetric in another sense that does not have to do with proportions. In the language of modern science, the symmetry of geometrical figures — such as the regular polygons and polyhedra — is defined in terms of their invariance under specified groups of rotations and reflections. Where does this definition stem from? In addition to the ancient notion of symmetry used by the Greeks and Romans (current until the end of the Renaissance), a different notion of symmetry emerged in the seventeenth century, grounded not on proportions but on an equality relation between elements that are opposed, such as the left and right parts of a figure. Crucially, the parts are interchangeable with respect to the whole — they can be exchanged with one another while preserving the original figure. This latter notion of symmetry developed, via several steps, into the concept found today in modern science. One crucial stage was the introduction of specific mathematical operations, such as reflections, rotations, and translations, that are used to describe with precision how the parts are to be exchanged. As a result, we arrive at a definition of the symmetry of a geometrical figure in terms of its invariance when equal component parts are exchanged according to one of the specified operations. Thus, when the two halves of a bilaterally symmetric figure are exchanged by reflection, we recover the original figure, and that figure is said to be invariant under left-right reflections. This is known as the “crystallographic notion of symmetry”, since it was in the context of early developments in crystallography that symmetry was first so defined and applied. The next key step was the generalization of this notion to the group-theoretic definition of symmetry, which arose following the nineteenth-century development of the algebraic concept of a group, and the fact that the symmetry operations of a figure were found to satisfy the conditions for forming a group. For example, reflection symmetry has now a precise definition in terms of invariance under the group of reflections. Finally, we have the resulting close connection between the notion of symmetry, equivalence and group: a symmetry group induces a partition into equivalence classes. The elements that are exchanged with one another by the symmetry transformations of the figure (or whatever the “whole” considered is) are connected by an equivalence relation, thus forming an equivalence class.

The group-theoretic notion of symmetry is the one that has proven so successful in modern science. Note, however, that symmetry remains linked to beauty (regularity) and unity: by means of the symmetry transformations, distinct (but “equal” or, more generally, “equivalent”) elements are related to each other and to the whole, thus forming a regular “unity”. The way in which the regularity of the whole emerges is dictated by the nature of the specified transformation group. Summing up, a unity of different and equal elements is always associated with symmetry, in its ancient or modern sense; the way in which this unity is realized, on the one hand, and how the equal and different elements are chosen, on the other hand, determines the resulting symmetry and in what exactly it consists.

The definition of symmetry as “invariance under a specified group of transformations” allowed the concept to be applied much more widely, not only to spatial figures but also to abstract objects such as mathematical expressions — in particular, expressions of physical relevance such as dynamical equations. Moreover, the technical apparatus of group theory could then be transferred and used to great advantage within physical theories.

When considering the role of symmetry in physics from a historical point of view, it is worth keeping in mind two preliminary distinctions:

• The first is between implicit and explicit uses of the notion. Symmetry considerations have always been applied to the description of  nature, but for a long time in an implicit way only. As we have seen, the scientific notion of symmetry (the one we are interested in here) is a recent one. If we speak about a role of this concept of symmetry in the ancient theories of nature, we must be clear that it was not used explicitly in this sense at that time.

• The second is between the two main ways of using symmetry. First, we may attribute specific symmetry properties to phenomena or to laws (symmetry principles). It is the application with respect to laws, rather than to objects or phenomena, that has become central to modern physics, as we will see. Second, we may derive specific consequences with regard to particular physical situations or phenomena on the basis of their symmetry properties (symmetry arguments).

لینک دانلــــود

لینک دانلـــود

این کتاب که در اکتبـــر ۲۰۰۸ منتشــر شده می تواند خلاء بین کتابهای مقدماتی و کتابهای پیشرفته را در زمینه تئوری میدانهــای کوانتومی پر کنند. و همچنین می تواند به عنوان یک مرجع بسیـــار خوب برای دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد مورد استفــاده قرار گیرد.

*** به درخواست دوست عزیزم شــایان؛

اصول موضوعه ی مکانیک کوانتومی چهـــار تا است:
1) خواص سیستم کوانتومی بطور کامل با تعیین بردار حالت آن مشخص می شود. این بردار حالت ، نمایش ریاضی مربوط به حالت فیزیکی سیستم مورد نظر است. بردار حالت ، عضوی از یک فضای هیلبرت مختلط است که به آن فضای حالت ها گفته می شود.
2) دامنه ی احتمال مربوط به پیدا کردن حالت یک سیستم در حالت دیگر عبارت است از حاصل ضرب داخلی آن حالت ها در فضای هیلبرت. احتمال مورد نظر با به توان 2 رساندن اندازه ی دامنه ی احتمال مشخص می شود.
3) برای هر کمیت فیزیکی مثل انرژی ، مکان ، تکانه و ... یک عملگر هرمیتی متناظری وجود دارد که در فضای هیلبرت حالتها عمل می کند.
4) بردار حالت سیستم در هر زمان ، از تأثیر یک عملگر یکانی به نام عملگر تحوّل بر روی بردار حالت سیستم در زمان صفر بدست می آید.

لینک دانلــــود

لینک دانلـــود

Self – Dual Chern – Simon's theories form a new class of self – dual gauge theories and provide a field theoretical formulation of anionic excitations in planar. (i.e. two – space – dimensional) systems.

Much of the recent attention to these theories is due to the surprising and novel ways in which they differ from the standard Maxwell, or Yang – Mills, gauge theories. These Chern – Simon's theories are particular to planar systems and have therefore received added research impetus from recent experimental and theoretical breakthroughs in actual planar condensed – matter systems, such as the quantum Hall Effect.

لینک دانلــــود

                                                                به نقل از Physics Today

A new electron microscope recently installed in Cornell's Duffield Hall is enabling scientists for the first time to form images that uniquely identify individual atoms in a crystal and see how those atoms bond to one another. And in living color.

لینک دانلـــود

The field of particle physics is poised to enter unknown territory with the startup of a massive new accelerator--the Large Hadron Collider (LHC)--in Europe this summer. On September 10, LHC scientists will attempt to send the first beam of protons speeding around the accelerator.

The LHC will put hotly debated theories to the test as it generates a bonanza of new experimental data in the coming years. Potential breakthroughs include an explanation of what gives mass to fundamental particles and identification of the mysterious dark matter that makes up most of the mass in the universe. More exotic possibilities include evidence for new forces of nature or hidden extra dimensions of space and time.

ATLAS Detector Photos  

Scientists of the DZero collaboration at the US Department of Energy's Fermi lab have announced the observation of pairs of Z bosons, force-carrying particles produced in proton-antiproton collisions at the Tevatron, the world's highest-energy particle accelerator. The properties of the ZZ diboson make its discovery an essential prelude to finding or excluding the Higgs boson at the Tevatron.

The observation of the ZZ, announced at a Fermilab seminar on July 25, connects to the search for the Higgs boson in several ways. The process of producing the ZZ is very rare and hence difficult to detect.

در تصویر معمول نیوتنی، انسان هیچ جایگاه ویژه ای در جهان ندارد، بلکه تنها یک ناظر است و آنچه در اطرافش رخ میدهد فقط میتواند بواسطه نیروهای خارجی و اثرات آنها تغییر کند. دراین تصویر، با درنظر گرفتن جایگاه و اندازه حرکت هر شی در جهان و نیروی موثر بر آن، هر چیزی که در آینده بوقوع می پیوست قابل پیشگویی بود درصورتیکه انسان هم در آن تصویر وارد میشـدحتی رفتارهایش هم قابل پیشگویی میشــد. بدین ترتیب هیچ جایی برای اراده اختیاری باقی نمیماند. در چنین جهانی هر چیزی از پیش تعیین شده بود و نه تنها آینده، بلکه گذشته هم از پیش تعیین شده میبود. بعبارتی دیگر؛ دانستن همه آنچه که قبلا اتفاق افتاده است، به اندازه همه آنچه که در آینده واقع میشود با قاطعیت کامل امکان پذیر می بود.

بر پایه تحقیقات تجربی و تئوری اخیر در فیزیک ذرات بنیادی دانشمندان یک تسلسل تکاملی برای پدیده ها بعد از بیگ بنگ پیشنهاد کردند.این تسلسل به اسم « مدل استاندارد انتظام گیتی» شناخته می شود و در شکل پایین مراحل آن نشان داده شده است.

This diagram illustrates the reflection of ultra cold rubidium atoms from a double potential barrier in one dimension. The vertical axis represents position, and the horizontal axis represents time. The two potential barriers are located where the interference fringes appear.

لینک دانلــود؛ سمینار کلاسی

با موضوع: مدل استاندارد؛ حیرت انگیزترین تئوری موفق تاریخ علم

                                            لینک دانلـــود

اينكه اجسام جرم خود را از كجا به دست مي‌آورند يكي از عميق‌ترين اسرار طبيعت است. اكنون يك گروه از محققان فرضيه اي پيشنهاد كرده‌اند كه بر مبناي آن جرم محصول تعامل ميان ماده و خلا كوانتومي در كيهان است

 اين نظريه در گذشته براي توضيح جرم حالت سكون مورد استفاده قرار گرفته بود. مقصود از جرم حالت سكون خاصيت مقاومت اجسام در مقابل تغيير سرعت (شتاب) است

اما اكنون اين نظريه براي تعريف جرم گرانشي نيز مورد استفاده قرار گرفته است. مقصود از جرم گرانشي نيرويي است كه ماده يا يك جسم مادي در درون يك ميدان جاذبه احساس مي‌كند

سالهاي سال نظر متعارف در ميان دانشمندان داير بر آن بود كه چيزي كه از آن با عنوان ميدان هيگز ياد مي‌كردند و معتقد بودند به وسيله ذره‌اي موسوم به بوزون هيگز توليد مي‌شود مسئول بروز جرم در اجسام است

اما مشكلي كه وجود دارد آن است كه به رغم هزينه و زمان زيادي كه صرف شده و استفاده زيادي كه از دستگاههاي شتاب‌دهنده به عمل آمده هنوز هيچكس بوزون هيگز را در آزمايشگاه يا در عرصه كيهان رديابي نكرده است.

ماده تاریک

اطلاعات دریافتی بسیارزیادی حاکی ازآنست که 90 در صد جهان از ماده غیرقابل مشاهده ای تشکیل شده که خصوصیا ت عجیبی دارد و کلا" نمیتواند از ماده مرئی معمولی باشد .

ماده تاریک برای ما نا شنا خته است وذراتی هستند که برهمکنش ضعیف دارند و در مراحل بسیار اولیه تحول عالم، بمقدار خیلی زیادی تولید شده اند و بر دینامیک عالم حاکم میباشد .

یکی از بزرگترین دستآ وردها ی علم در قرن بیستم، تشخیص عناصر شیمیائی بود. با کمی بیش از یکصد عنصر، دانشمندان توانستند ترلیونها ترلیون امکان شکل گیری ماده ، ازDNA تا جانوران و ستاره هائی را که منفجر میشوند توضیح  دهند. عناصر گوناگونی که زمین را تشکیل میدهند و ما با آنها آشنا هستیم  ما نند کربن ، اکسیژن و آهن . اینها همان عناصری هستند  که کهکشا نها ی دور را تشکیل میدهند . با تحلیل نوری  که از ستارگان درخشنده ، با  فاصله چند میلیارد  سال  نوری ، از کهکشانها  به ما رسید ،  دانشمندان  دقیقا"  همان عناصری را که در اطراف خود با آنها آشنا هستیم پیدا کردند . درواقع هیچ عنصر اسرار آمیزی در تمام عالم پیدا نشده که ما در روی زمین با آن آشنا نباشیم .

جهان از اتمها و ساختارهای زیر اتمی تشکیل شده، این آخرین کلام فیزیک است.

این احتمال اندک وجود دارد که ذرات از میان موانع نفوذ ناپذیر «تونل» بزنند یا یک جهش کوانتومی انجام بدهند.

این یکی از حیرت آورترین پیشگویی های تئوری کوانتوم است. در سطح اتمی این پیش بینی چیزی از یکموفقیت فوق العــاده، کم نداشته است. «تونل زنی» یا جهش های کوانتومی از زوی موانع، از تمامی امتحانات تجربی صورت گرفته سر بلند بیرون آمده است. در واقع حال دیگر، دنیای بدون تونل زنی قابل تصور نیست.

میدانها، برای اولین بار توسط مایکل فاراده دانشمند بزرگ انگلیسی در قرن نوزدهم، معرفی شد. فارادی نابغه ای خود آموخته بود که آزمایش های دشواری را در زمینه الکتریسته و مغناطیس انجام داد. وی «خطوط نیـــرو» را ابداع نمود که از بارهای الکتریکی و مغناطیسی در تمام جهات صادر شده و فضای اطراف را اشغال می کنند. فارادی به کمک ابزار در دسترس خود، توانست شدت این خطوط نیروی ناشی از یک بار مغناطیسی یا الکتریکی را در هر نقط از آزمایشگاهش اندازه گیری کند. بدین ترتیب توانست یک سری اعداد (شدت و جهت نیرو) برای آن نقطه ( و هر نقطه دیگر در فضا) نسبت دهد. فاراده؛ مجموعه این اعداد را در هر نقطه از فضا، به عنوان یک مفهوم واحد، یعنی میــــدان نام نهاد.

توضیح: دوستان عزیز عکس را کپی کنید و آنـــرا با بزرگنمایی بالا مشـــاهده نمائیــد ...... با تشکــر

Quantum chromodynamics theory (QCD) describes the interactions between quarks in high energy physics. QCD was constructed on analogy to quantum electrodynamics (QED), the quantum theory of the electromagnetic force. In QED, the electromagnetic interactions of charged particles are described through the emission and subsequent absorption of massless photons. by analogy with QED, quantum chromodynamics has been built upon the concept that quarks interact via the strong force because they carry a form of "strong charge," which has been given the name of color; other particles, such as the electron, which do not carry the color charge, do not interact in this way.

بازدید کننده ی گـرامی: برای مشـاهده متن کامل مقاله فوق می توانید بر روی ادامه مطالب کلیک کنید .... با تشکر از شمــا

گرچه نظر اصلي دانشمندان در مورد ضد مواد مشخص نيست اما تعدادي از آنها بر اين تاكيد دارند كه ذرات پاد زير اتمي مانند پوزيترون مي توانند از ضد مواد باشند. بعضي ديگر هم اعتقاد دارند ضد مواد در سياه چاله ها ايجاد مي شوند. اما حقيقت چيست؟

عقيده ي VMR-PCR بر اين است كه اگر خلا عامل اصلي گرانش و ايجاد كننده ي نيروي دافعه باشد بايد از ذراتي غير مادي تشكيل شده باشد.

براي آسان تر كردن كار ابتدا فرض مي كنيم اين ذرات دقيقا مخالف مواد هستند.

طبق تعاريف گفته شده در VMR-PCR شتاب گرانشي حاصل از برآيند نيروهاي دفع خلا و ماده است كه اين نشان مي دهد دو نيروي دافعه ي ماده و خلا برابر نيستند.

در همين جا متوجه مي شويم كه قانون سوم نيوتن براي اين ذرات آنچنان درست نيست.

زيرا عمل (دافعه ي خلا) را اگر در اين فرآيند F = C فرض كنيم دافعه ي ماده F < C خواهد بود كه اين نشان مي دهد عكس العمل در جهت عكس وارد مي شود اما دقيقا برابر نيروي وارده نيست.

بنابراين قانون اول VMR-PCR در مورد ضد مواد: عمل و عكس العمل ضد مواد:

1) نيروي عمل ضد ماده هميشه از نيروي عكس العمل ماده بيشتر است.  

اما در اينجا يك استثنا بوجود مي آيد:

مي دانيم كه جهان در حال انبساط است. پس طبق قوانين گفته شده اجرام از آن نقطه شتاب مي گيرند كه در آن دفع ماده از خلا بيشتر باشد تا دافعه اي در عكس العمل ايجاد شود.

بنابراين تنها يك مورد استثنا وجود دارد و آن سفيد چاله اي در مركز دنياست.

با اين فرض متوجه مي شويم نه كرم چاله اي وجود دارد و نه سفيد چاله اي به اندازه ي اين همه سياه چاله!

تنها يك و يك سفيد چاله در مركز عالم وجود دارد زيرا در جاي ديگر نمي بينيم اجرام به جز اين سو به سوي ديگري منبسط شوند.

اين مطلب معماي سفيد چاله ي استفان هاوكينگ را حل مي كند. سالها بود كه اين دانشمند مي گفت پديده اي بايد در مقابل سياه چاله وجود داشته باشد و اثباتي رياضي براي آن داشت. اما با اين همه تلاش كسي موفق به ديدن اين مورد نشد. از آنجا كه هاوكينگ سياه چاله ها را با كرم چاله ها به سفيد چاله ها متصل كرده بود منطقي به نظر مي رسيد كه با رصد سياه چاله ها در نقطه اي كه ديگر كرم چاله اي نبود قسمت دوم نظريه ي هاوكينگ را رد مي شد.

اما حال مي فهميم كه تنها يك سفيد چاله در مركز عالم وجود دارد و به همين دليل است كه ما عاجز از

رصد اين مورد هستيم.

اما حال چرا كرم چاله از سياه چاله ها به مركز دنيا متصل نباشد؟

طبق تعاريف گفته شده اگر جرم در سياه چاله ساكن نبود چنين گرانشي در اطراف آن ايجاد نمي شد. زيرا گفته بوديم كه دافعه ي خلا متناسب با دافعه ي ماده است. (به جز مورد سفيد چاله)!

از آنجا كه جرم بيشتر متناسب با دافعه ي بيشتر ماده است پس بايد جرم در سياه چاله ساكن باشد.

كه البته اين رابطه دو طرفه نيست كه بگوييم هرچه خلا بيشتر دافعه ي ماده بيشتر زيرا خلا بدون ماده فعال نيست.

حال آيا مي توان گفت اگر سياه چاله اي آنقدر بزرگ شود كه بر دافعه ي خلا غلبه كند تبديل به سفيد چاله خواهد شد؟

خير. اولين دليل آن است كه همچنين موضوعي مشاهده نشده است. دوم اينكه پيش بيني مي كنيم يك سياه چاله در حالت ايده آل كه بعيد است دافعه اي برابر با خلا داشته باشد و به همين دليل ثابت بدون هيچ گرانشي در فضا قرار گيرد به اين دليل كه هيچ سياه چاله اي در مركزيت دفع خلا نيست. آن سفيد چاله اي كه ما از آن صحبت مي كنيم در مركز دنيا وجود دارد كه اين خواص براي آن برقرار مي شود.

بنابراين خيلي دقيق مي توان گفت اگر سياه چاله به حجم عظيمي از اين قابت دست پيدا كنند (تقريبا 50 درصد) گرانش آنها به جاي اينكه زياد شود كاهش خواهد يافت.

اما اين ديدگاه چگونه نظريه ي جهان تپنده را توجيه مي كند؟

همانطور كه خوانديد گفتيم سفيد چاله ي مركزي در حال دفع است.

در قوانين ضد ماده داريم كه در هنگام ايجاد گرانش ذرات خلا خود متاثر از اين برآيند دفع نيستند و ساكن باقي مي مانند. همچنين فرض كرديم كه ضد مواد خواص مقابل مواد را داشته باشند. پس مواد سفيد چاله بايد تاثير پذير از اين دفع خود نيز از مركز با سرعتي خاص جدا شوند. (با همان سرعت منقبض شدن دنيا).

بنابراين بعد از مدتي (برابر با طول زمان انبساط جهان) مواد داخل سفيد چاله طوري تخليه مي شوند كه ديگر قادر به مقاومت در مقابل دافعه ي خلا نخواهند بود. به همين دليل دوباره بعد از انبساط دنيا شروع به انقباض مي كند و سفيد چاله ي مركزي به سياه چاله تبديل خواهد شد.  

(ضد ماده از آن جا خود متاثر از دافعه نيست كه اين دافعه توليدي ذرات ديگر خلا هست و گفتيم كه خلا بدون ماده تاثيري ندارد).

بنابراين قانون دوم ضدماده را بيان مي كنيم: تعريف نيرو براي ضد مواد:

2) نيرو (از قبيل جاذبه و دافعه) بر ضد مواد تاثيري ندارد.

از اين موضوع كه بگذريم ديديم كه در تعاريف طبق مثال پاكت آبميوه و جاروبرقي با ايجاد توده اي از مواد در فضا ذرات خلا در اطراف آن چگال تر شده و از آنجاييكه مي خواهند به جاي خود برگردند به ماده دافعه وارد مي كنند.

بنابر اين تعريف داريم: كميت هاي وجودي ضد مواد:

3) ضد مواد حجم اشغال مي كنند اما جرم ندارند.

طبق همان مثال ها هم ديديم كه در اين فرآيند ذرات خلا جابه جا نمي شوند و با حتي با مواد يا با خود تركيب نمي شوند. تنها از برخورد نيروهاي آنها به يكديگر يك ذره ي پر انرژي با سرعت بيشتر از C ايجاد مي شود. اين ذرات تجزيه نمي شوند و يا از بين نمي روند.

بر طبق اين موضوع و استناد به قانون پايستگي انرژي – ماده قانون چهارم را اينگونه بيان مي كنيم: پايستگي ضد مواد:

4) ضد مواد نه بوجود مي آيند و نه از بين مي روند. اما ممكن است عاملي مانند انرژي داشته باشند كه به آن تبديل شوند. (انرژي عامل ماده است. عامل اين ذرات بايد نوعي مستقل باشند).

اين قانون نشان مي دهد كه در هر جهان مقدار مساوي و ثابتي ضد ماده (خلا) و ماده وجود دارد كه اين مدل استاندارد را نيز توجيه مي كند.

قانون پنجم را استوار بر اي مطلب بيان مي كنيم: مقدار نيروي ضد مواد:

5) نيرويي كه خلا به ماده وارد مي كند به حجم آن بستگي دارد زيرا آنها جرم ندارند. نيروي وارده از ماده بر خلا نيز به جرم ماده بستگي دارد.

نكته: از آنجا كه در مواد حجم بيشتر معني جرم بيشتر را الزاما نمي دهد پس نيروي مواد را تنها به جرم نسبت مي دهيم.  

6) ضد مواد مفهومي به نام چگالي ندارند. زيرا در هر دنيا تنها اين مواد هستند كه منبسط و منقبض مي شوند و همانطور كه گفتيم ذرات خلا ساكن هستند. به همين دليل چگالي اين ذرات تنها در اطراف اجرام تعريف مي شوند. جرم بيشتر جسم چگال تر شدن ذرات خلا در اطراف آنرا بيان مي كند.

نتايج زيادي از اين قانون مي توان گرفت كه چند نمونه از آنها را در غالب قانون هاي مجزا بيان مي كنيم:

7) دو ضد ماده بر هم نيرويي وارد نمي كنند زيرا:

الف) تنها در حضور ماده فعال و داراي اثر مي گردند.

ب) در پديده هاي انبساط  و انقباض نيروي ضد مواد (ذرات خلا) تحت تاثير اين فرآيندها قرار نمي گيرد.

8) ضد مواد هيچ گاه عاملي مانند انرژي ندارند و مطلقا پايسته هستند. زيرا تبديل آنها به عاملي مانند انرژي آنها را مستلزم به حركت مي كند.

9) ذره ي ايجاد شده از برخورد دو نيروي دافعه ي خلا و ماده از آنجا كه سرعت آن C^2 كاملا انرژي و در واقع مادي مي باشد و از ضد ماده نخواهد بود.

حال تنها مطالب در مورد ضد مواد مربوط به گسيل امواج و بارهاي آنها است.

در مورد طيف و گسيل امواج كه قبلا اشارتي كرده بوديم مبني بر اينكه از آنجا كه ضد مواد خواص مقابل مواد را دارند نه طيف خواهند داشت و نه موج گسيل خواهند كرد.

البته فرضي را نيز بيان كرديم كه ممكن است طيف سياه براي ضد مواد باشد و اين رنگ سياه همانند سفيد براي ماده از چندين رنگ ضد مادي تشكيل شده باشد.

اما در مورد بار:

اگر توجه كرده باشيد مدلي كه براي انتشار تاكيون ها مشخص كرديم خيلي شبيه به دفع دو بار هم نام بود.  

اگر هر دو دفع را منشايي از ذرات با بار همنام و تقريبا مساوي بيان كنيم اين شباهت بيشتر نيز مشخص مي شود. اما تا به جال باري براي خلا مشخص نشده است.

بنابراين قانون آخر را اينگونه بيان مي كنيم:

10) ضد مواد در فرآيند گرانش باري همنام با بار مواد و تقريبا مساوي از نظر مقدار خواهند داشت.

به همين دليل پيش بيني مي كنيم كه اولين لايه هاي خلا بعد از جو داراي بار همنام با آخرين لايه هاي جو باشد.

اما آيا قطب هاي مغناطيسي تاثيري در اين ذرات و خواص آنها دارند؟

خير. با تجزيه ي مطالب گفته شده خود در مي يابيد كه تمام خواص بيان شده از فرآيند گرانش و بررسي آن بدست آمده اند و ارتباطي با مغناطيس ندارند.

آنگاه مغناطيس مواد از كجا آمده است؟

VMR-PCR عامل عالم را در دو چيز مي داند. خلايي كه فضا را پر كرده و ماده اي كه ذره ي بنيادين عالم است.

همانطور كه مي دانيم مغناطيس اجرام سماوي بعد از چندين سال رو به كاهش مي رود كه دليل آن نا مشخص است.

نظري كه VMR-PCR دارد اين است كه بعد از بيگ بنگ مواد داراي بالاترين قدرت در ميدان مغناطيسي خود هستند. با گذشت زمان و ظاهر شدن سناريوي جهان تپنده آنها اين قدرت را به آهستگي از دست مي دهند و بعد از انقباض در نقطه ي مركزي عالم عاملي مغناطيس آنها را دوباره شارژ مي كند.

بر همين مبنا پيش بيني مي كند كه مغناطيس از دست رفته عمدتا تا روز انقباض در فضا پخش خواهد بود و بوسيله ي اين عمل در نقطه ي مركزي جمع خواهد شد تا مواد جمع شده را شارژ مغناطيسي كند.

عمل اين انقباض بستگي به دفع خلا خواهد داشت. به صورت تقريبي خلا در شرايط ايده آل به يك جسم متمركز 5.98 تني 1 تقسيم بر 10^24 نيوتن نيرو وارد مي كند. براي بدست آوردن نيروي انقباض مي توانيد جرم دنيا را در اين تناسب قرار داده تا مقدار تقريبي آن را بدست آوريد.

بحث تقريبا در اينجا تمام است. زيرا از آنجاييكه چگالي براي ذرات معني اي ندارد پس در كل ترموديناميكي ندارند.

به همين دليل كار خود را با اين 10 ويژگي از ضد مواد (ذرات خلا) به پايان مي بريم.

                               اطلاعات اوليه از اين تئوري

                               با تشكر از : عليرضا يعقوبي

بيت‌هاي كوانتومي يا كيوبيت‌هاي معادل كوانتومي ترانزيستورهايي‌اند كه رايانه‌هاي امروزي را تشكيل داده‌اند. وجه مشترك تمام كيوبيت‌ها آن است كه مي‌توانند از وضعيتي به وضعيت ديگر سوئيچ شوند تغيير وضعيتي که مي‌توان از آن براي نشان دادن دوتايي (صفر و يك) اطلاعات استفاده نمود.
كيوبيت‌ها داراي يكي از چهار نوع ذره كوانتومي فوتون، الكترون، اتم و يون مي‌باشند. فوتون‌ها با يكديگر برهم‌كنش خوبي ندارند، اما مي‌توانند به آساني از نقطه‌اي به نقطه ديگر جابه‌جا شوند و اين خاصيت آنها را به گزينه‌اي مناسب جهت انتقال اطلاعات كوانتومي تبديل مي‌كند؛ الكترون‌ها، اتم‌ها و يون‌ها بر خلاف فوتون‌ها، به آساني با هم برهم‌كنش دارند، اما جابه‌جايي خوبي ندارند و به همين دليل براي پردازش و ذخيره اطلاعات كوانتومي بسيار مناسب مي‌باشند.

فوتون‌ها

ميدان الكتريكيِ فوتون‌هاي غير قطبي، در صفحه‌اي عمود بر جهت حركت فوتون به ارتعاش درمي‌آيد. اما ميدان‌هاي الكتريكي فوتون‌هاي قطبي، تنها در يكي از چهار جهت داخل صفحه (عمودي، افقي و در جهت دياگونال) مرتعش مي‌شود و اين دو جفت قطبش به ترتيب نشان‌دهنده وضعيت‌هاي صفر و يك هستند.
فوتون‌ها را مي‌توان با آينه و فيلترهاي قطبي‌كننده كنترل نمود. اين فيلترها تمام فوتون‌ها به غير از فوتون‌هاي با يك جهت قطبش معين را در خود نگه مي‌دارند. همچنين مي‌توان از چرخه موج يا فاز فوتون‌ها و نيز زمان رسيدن آنها، به جاي كيوبيت استفاده نمود.

الكترون‌ها

الكترون‌ها داراي دو جهت اسپين بالا و پايين، همانند دوقطب يك آهنربا، مي‌باشند و مي‌توان با استفاده از ميدان‌هاي الكتريكي مغناطيسي يا نوري، آنها را در يكي از اين دو وضعيت قرار داد. همچنين مي‌توان از موقعيت الكترون در يك نقطه كوانتومي براي نمايش يك عدد دوتايي (صفر يا يك) استفاده نمود.

اتم‌ها و يون‌ها

اتم‌ها و يون‌ها از الكترون‌ها پيچيده‌تر مي‌باشد و به روش‌هاي متعددي مي‌توان از آنها براي نمايش اطلاعات استفاده كرد. يون‌ها؛ در واقع؛ اتم‌هاي باردار هستند كه بار آنها ناشي از دريافت کردن و يا از دست دادن الكترون مي‌باشد.
اتم‌ها نيز همانند الكترون‌ها داراي جهت اسپيني هستند كه مي‌توان از آن براي نمايش يك رقم دوتايي در يك كيوبيت استفاده نمود. همچنين از موقعيت الكترون لايه خارجي اتم- در سطح انرژي پايين‌تر يا بالاتر- هم مي‌توان براي نمايش صفر و يك‌ها استفاده نمود. همچنين اتم‌هايي كه به دام انداخته شده و ثابت مي‌شوند داراي ارتعاشات كوانتومي گسسته‌اي خواهند بود كه از آن نيز مي‌توان در كيوبيت‌ها استفاده نمود.
نوع چهارم كيوبيت‌هاي‌ اتمي، مبتني بر سطوح فوق ظريف يا ارتعاشات بسيار ريز سطوح اربيتال‌هاي الكتروني است كه حاصل برهم‌كنش‌هاي مغناطيسي بين هسته و الكترون است.

كيوبيت‌ها

كيوبيت‌ها از ذرات كنترل شده‌اي تشكيل شده‌اند و در واقع ابزارهاي به دام اندازي دارند. اين كيوبيت‌ها چهار نوع مي‌باشند:
دام‌هاي يوني، نقاط كوانتومي، ناخالص‌هاي نيمه‌رسانا و مدارهاي ابررسانا.

دام‌هاي يوني

دام‌هاي يوني براي نگهداشتن هر كدام از يون‌ها از ميدان‌هاي مغناطيسي و يا نوري استفاده مي‌كنند. محققان تاكنون توانسته‌اند شش يون را دريك تك دام يوني نگه دارند. فناوري دام يوني به خوبي جا افتاده و احتمال دارد كه بتوان با استفاده از آن در سطح انبوه به توليد كيوبيت‌ها پرداخت. به دليل باردار بودن يون‌ها، آنها در برابر نويز زيست محيطي آسيب‌پذيري بيشتري نسبت به اتم‌هاي خنثا دارند.

نقاط كوانتومي

نقاط كوانتومي در واقع بيت‌هايي از مواد نيمه‌رسانا شامل يك يا چند الكترون است. اين نقاط كوانتومي را مي‌توان با الكترون‌هاي منفرد بارگذاري نمود و به آساني آنها را در ابزارها و تجهيزات الكترونيكي جاي داد در عين حال نمونه‌هاي اوليه نقاط كوانتومي تنها در دماهاي فوق‌العاده پايين كار مي‌كنند.

ناخالص‌هاي نيمه‌رسانا

اتم‌هاي قرار داده شده در مواد نيمه‌رسانا معمولاً ناخالصي يا نقص تراشه‌هاي رايانه‌اي به حساب مي‌آيند. ساخت تراشه خالص بسيار دشوار است و علي‌رغم تمام تلاش‌هاي انجام شده، در هر چند ميليارد اتم نيمه‌رسانا يك اتم ناخواسته وجود خواهد داشت.
كيوبيت‌هاي از جنس ناخالصي نيمه‌رسانا، از الكترون موجود در اتم‌هاي فسفر يا ديگر اتم‌هايي كه به طور مصنوعي در ماده نيمه‌رسانا قرار داده شده‌اند استفاده مي‌كنند و حالت اين الكترون‌ها را مي‌توان با استفاده از ليزر يا ميدان الكتريكي كنترل نمود.

مدارهاي ابررسانا

مدارهاي ابررسانا، مدارهايي الكتريكي هستند كه از مواد ابررسانا تشكيل شده‌اند در اين مواد امكان حركت الكترون‌ها تقريباً بدون هيچ‌گونه مقاومتي در دماي پايين فراهم مي‌شود. اين مدارها به چندين روش مي‌توانند كيوبيت‌ها را تشكل دهند. از جمله اين روش‌ها حرکت جريان الكتريكي است كه مي‌توان آن را در يك لحظه در دوجهت و در يك وضعيت كوانتومي ابرمكاني حرکت داد.
الكترون‌ها از طريق ابررسانا با جريان جفت مي‌شوند و ميلياردها از اين جفت‌ها،‌ ماده‌اي را تشكيل مي‌دهند كه وقتي ابررسانا يك شكاف بسيار ريز داشته باشد، به صورت يك ذره زيراتمي بزرگ عمل مي‌كند.
وقتي يكي از مدارها، از طريق اتصال Joseph son،‌ به منبعي از جفت الكترون‌ها متصل شود، تعداد اين جفت الكترون‌ها تغيير مي‌كند و اين تغيير قابل اندازه‌گيري است. مدارهاي ابررسانا را مي‌توان با استفاده از همان روش‌هاي توليد نيمه‌رسانا ساخت.
مزيت اساسي اين روش آن است كه از ميليون‌ها و يا ميلياردها الكترون استفاده مي‌شود و ديگر نيازي به كنترل تك‌تك ذرات نيست. البته عيب اين كار آن است كه انجام آن فقط در دماهاي بسيار پايين امكان‌پذير است.

دام‌هاي نوري

اتم‌هاي خنثاي به دام افتاده در دام‌هاي نوري، نوع ديگري از كيوبيت‌ها مي‌باشند که به علت قدرت كافي امواج نور در سطح اتمي براي به دام انداختن و كنترل ذرات، از آنها استفاده مي‌شود. كار اين دام‌ها بسيار شبيه آسياب بادي است. اتم‌ها آسيب‌پذيري كمتري در برابر نويز دارند، اما واداشتن آنها به هم‌‌كنش سخت‌تر است.

اگر يك شبح در فيزيك وجود داشته باشد، نوترونيو است. آتش‌هاي هسته‌اي ستاره‌ها تريليون ها ذره ريز اتمي را در هر ثانيه در فضا منتشر مي كند، و هنوز نوترونيونها در گيتي جاري هستند و حركتشان از ميان گيتي تقريباً با سرعت نور ادامه دارد. در حاليكه عبورشان از ميان سيارات و مردم تقريباً بطور كامل ناديد‌ه گرفته مي‌شود . در طي دهه گذشته، فيزيكدانان ذره اي، آزمايشهايي تدبير كرده‌اند كه معلوم مي‌كند كه نترونيو يك ذره بنيادي تر از گذشته است.

از طرف ديگر همان موقع، اختر شناسان فهميدند كه انبساط جهان با شتاب صورت مي‌گيرد و نيز اينكه قسمت بزرگ انرژي جهان، انرژي تاريك، از يك نوع نامعين است.

آيا همه اين چيزها مي‌توانند پيوند يابند؟ سه نفر از فيزيك‌دانان دانشگاه واشنگتن، فكر مي‌كنند آنها توانسته‌اند اين موضوعات را پيوند دهند. فيزيكدان، آن نيلسون و تيمش اعلام كرده‌اند كه قطعه گمشده اين پازل يك ذره ريز اتمي است كه هنوز اين ذره كشف نشده است آنها آن را Acceleron ناميده اند.

حتي بي ميل تر از نوترونيونها هستند و براي همين در فعل و انفعالات شركت نمي‌كنند بنابراين آنها آشكار نمي‌شوند. اما نيلسون حدس مي‌زند كه نوترونيو قبلاً يك عامل مهم در اطراف جهان بوده است كه مي توانسته اثر دقيق آنها آشكار شود. در سناريو اين تيم، فعل و انفعال Acceleron با اثر نوترونيونها در بين يك نيروي جديد است در انبساط جهان Acceleron متقابلاً اثر مي‌كنند و روي نوترونيونها به واسطه يك نيروي قوي تأثير مي‌گذارند. اين نيروي جديد باعث بوجود آمدن يك قوه انبساط مي‌شود  كه سوخت سريعتر انبساط جهان را تأمين مي‌كند. فيزيكدانان بحث مي‌كنند كه همه Acceleron و هم نروينون ها اجزاء انرژي تاريك هستند انرژي تاريك امروزه بيش از 65 درصد انرژي جهان را تشكيل مي‌دهد اما در روزهاي اخير گيتي اين انرژي با مشكل مواجه شده است (شايد منظور توجيه انرژي تاريك باشد) مدل هاي زيادي براي انرژي تاريك وجود دارد اما آزمايشات مربوط به اين انرژي اساساً محدود به اندازه‌گيري هاي ويژه سرعت انبساط جهان در كيهان شناسي است. زيرا اين مشاهدات اجسام خيلي دور را نيز دخيل مي‌كنند و اندازه‌گيري دقيق آنها مشكل مي‌باشد. نيلسون گفت: اين فقط يك مدل است كه به ما راه با معني براي انجام آزمايشات در زمين مي‌دهد تا بفهميم چه نيرويي انرژي تاريك را بالا مي‌برد.

نوع ديگري از حالت عجيب نوترونيو اين است كه جرم آن مي‌تواند بر اساس محيطي كه از آن گذشته است تغيير كند، بر طبق مشاهدات نيلسون، سرانجام نوترونيونها مي‌توانند از هم بسيار جدا شوند و خيلي پر جرم شده و انرژي سوخت جهان را تأمين كنند. نيلسون مي‌گويد: «جهان مي‌تواند به انبساطش ادامه دهد اما هميشه آهسته تر.»

Whilst science fiction toys effortlessly with anti-matter, in reality it can be very hard to produce, so researchers around the world are celebrating a new break through in this area. For the first time, scientists using the BaBar experiment at the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) have observed the transition of one type of particle, the neutral D-meson, into its antimatter particle - a process known as 'mixing'. The new observation will be used as a test of the Standard Model, the current theory that best describes the entire universe's luminous matter and its associated forces.

UK BaBar spokesman, Fergus Wilson of the Rutherford Appleton Lab said 'D-meson mixing was first predicted over three decades ago but it is such an elusive phenomenon that it has taken until today to see it. The observation of D-meson mixing is yet another outstanding achievement for the BaBar experiment. The BaBar collaboration continues to make ground-breaking measurements that challenge our understanding of how elementary particles behave.'

'Achieving the large number of collisions needed to observe D-meson mixing is a testament to the tremendous capabilities of the laboratory's accelerator team,' said SLAC Director Jonathan Dorfan. 'The discovery of this long-sought-after process is yet another step along the way to a better understanding of the Standard Model and the physics beyond.'

The PEP-II accelerator complex at SLAC, also known as the B Factory, allows the BaBar collaboration to study not only B-mesons but also several other types of particles including the D-meson. Mesons, of which there are about 140 types, are made up of fundamental particles called quarks, which can be produced when particles collide at high energy. A flurry of particles in a variety of combinations is produced when electrons and positrons smash together at high energy in the PEP-II collider facility. One of the most elusive results of this flurry is the transformation of one particle into its anti-particle in a process physicists call 'mixing'. Neutral K-mesons, observed more than 50 years ago, were the first elementary particles to demonstrate this phenomenon. About 20 years ago, scientists observed mixing with the B-meson. Now, for the first time, the BaBar experimenters have seen the D-meson transform into its anti-particle, and vice versa.

Silicon Vertex Tracker.

The SVT is the heart of the BABAR experiment at SLAC-in the photo,

physicists are putting the finishing touches on improvements to the detector.

'This is a very exciting moment for us, having found the missing puzzle piece for particle-antiparticle mixing,' said BaBar Spokesman Hassan Jawahery, a physics professor at the University of Maryland.

D-meson mixing is remarkably rare. Of the BaBar experiment's several billion recorded collisions, this study focuses on about a million events containing a D-meson decay that are candidates for this effect. The experimenters found about 500 events in which a D-meson had changed into an anti-D-meson before decaying.

By observing the rare process of D-meson mixing, BaBar collaborators can test the intricacies of the Standard Model. To switch from matter to antimatter, the D-meson must interact with 'virtual particles,' which through quantum fluctuations pop into existence for a brief moment before disappearing again. Their momentary existence is enough to spark the D-meson's transformation into an anti-D-meson. Although the BaBar detector cannot directly see these virtual particles, researchers can identify their effect by measuring the frequency of the D-meson to anti-D-meson transformation. Knowing that quantity will help determine whether the Standard Model is sufficient or whether it must be expanded to incorporate new physics processes.

'It's too soon to know if the Standard Model is capable of fully accounting for this effect, or if new physics is required to explain the observation,' said Jawahery. 'But in the coming weeks and months we are likely to see an abundance of new theoretical work to interpret what we've observed.'

Some 600 scientists and engineers from 77 institutions in Canada, France, Germany, Italy, the Netherlands, Norway, Russia, Spain, the United Kingdom and the United States work on BaBar. SLAC is funded by the US Department of Energy's Office of Science. UK involvement is funded by PPARC.

جان ویلر و همکارانش نظریه " کف کوانتومی " را ارائه کردند. ویلر و دیگران چنین تصور کردند که فضا – زمـان در کوچکترین مقیاس ، به چیزی تجزیه میشود که برای داشتن تصویری بهتر ، میتوان آنرا به کفی پر از حباب تشبیه کرد. در واقع این مقیاس ؛ کوچکترین بخش زمـان و باریکترین قطعه قابل تصور فضاست. اگر بتوانید یک ثانیه را دو نیم کرده یکی را نگه داشته و دیگری را دور بیندازید و این فرآیند را 150 بار تکرار کنید، به کوچکترین لخظه زمان که فیزیکدانان درباره ی آن صحبت می کنند می رسید. این لحظه زمانی را کرونن می نامند. به علاوه ، اگر همین عمل را با یک سانتی متر انجام دهید و عمل تقسیک کردن را تا 110 بار تکرا کنید به کوچکترین قطعه فضا که مورد نظر فیزیکدانان است ، دست خواهید یافت. برخی فیزیکدانان معتقدند ، در چنین مقیاس کوچکی ، فیزیک کوانتومی و نظریه نسیبت عام اینشتین که گرانش را هم در بر دارد ، با هم آمیخته شده حفره های سیاه کوانتومی را تشکیل می دهند. این حفره های ، حباب پیوسته ای را در فضا- زمان تشکیل می دهند که خود به خود شکل می گیرد. در چنین مقیاس کوچکی ، اصل عدم قطعیت که از جایگزیدگی ماده ، جلوگیری می کند با میدانهای بسیار قوی گرانشی موجود در این فواصل به مقابله می پردازد. نتیجه این تقابل چیست ؟ تشکیل همـان کف کوانتومی و حتی شاید تمـامی جهان.

برگرفته از کتاب : متا فیزیک از نگاه فیزیک

نویسنده : فرد آلن ولف – باب توبن

In almost every science fiction movie ever made, you are bound to hear about antimatter –– matter-antimatter propulsion drives, whole galaxies made of antimatter, and so on. Antimatter has been used in science fiction so much that some of us are not even sure if it is real or just imaginary. Here's a hint: antimatter is real and it was discovered a long time ago.

It all started with Paul Dirac, a British physicist, who in 1930 devised the first relativistic theory of the electron. Quantum mechanics had been worked out a couple of years earlier (by Dirac and by Heisenberg, independently), but Dirac’s 1930 theory contained math that exactly modeled electron behavior, both from the quantum mechanical and from the relativistic point of view (electrons moving at close to light speeds). His theory also predicted the existence of an anti-electron; a particle just like an electron, with the same mass but opposite charge (i.e. positive) and opposite magnetic momentum. If you fire such a particle into a magnetic field which is perpendicular to the particle’s trajectory, its path would curve opposite to that of an electron.

In 1932, Carl Anderson, a US physicist, while examining tracks of particles produced by cosmic rays, noticed one track whose curvature was identical to that of an electron but was flipped. Instead of curving to the right, it curved to the left. He named this positively charged electron a positron, the first antimatter particle discovered. Many anti-particles have been discovered since. The anti-proton was discovered in 1955 by E. Segre and his coworkers at the Lawrence Berkeley Laboratory using a high-energy particle accelerator. Most other anti-particles have been discovered at particle accelerators under carefully designed conditions. Many experimental groups have also reported constructing bigger entities than just anti-particles. In fact, whole anti-nuclei have been constructed, for example anti-hydrogen nuclei and an isotope of anti-helium.

Every time you switch on a light bulb, 10 to the power of 15 (a million times a billion) visible photons, the elementary particles of light, are illuminating the room in every second. If that is too many for you, light a candle. If that is still too many, and say, you just want one and not more than one photon every time you press the button, you will have to work a little harder. A team of physicists in the group of Professor Gerhard Rempe at the Max Planck Institute of Quantum Optics in Garching near Munich, Germany, have now built a single-photon server based on a single trapped neutral atom. The high quality of the single photons and their ready availability are important for future quantum information processing experiments with single photons. In the relatively new field of quantum information processing the goal is to make use of quantum mechanics to compute certain tasks much more efficiently than with a classical computer. (Nature Physics online, March 11th, 2007)
 

A single atom trapped in a cavity generates a

single photon after being triggered by a laser pulse.

After the source is characterised, the subsequent

photons can be distributed to a user

A single atom, by its nature, can only emit one photon at a time. A single photon can be generated at will by applying a laser pulse to a trapped atom. By putting a single atom between two highly reflective mirrors, a so called cavity, all of these photons are sent in the same direction. Compared with other methods of single-photon generation the photons are of a very high quality, i.e. their energy varies very little, and the properties of the photons can be controlled. They can for instance be made indistinguishable, a property necessary for quantum computation. On the other hand, up to now, it was not possible to trap a neutral atom in a cavity and at the same time generate single photons for a sufficiently long time to make practical usage of the photons.

In 2005 the team around Prof. Rempe was able to increase the trapping times of single atoms in a cavity significantly by using three dimensional cavity cooling. In the present article they report on results where they have been able to combine this cavity cooling with the generation of single photons in a way that a single atom can generate up to 300,000 photons. In their current system the time the atom is available is much longer than the time needed to cool and trap the atom. Because the system can therefore run with a large duty cycle, distribution of the photons to a user has become possible: The system operates as a single-photon server.

The experiment uses a magneto-optical trap to prepare ultracold Rubidium atoms inside a vacuum chamber. These atoms are then trapped inside the cavity in the dipole potential of a focused laser beam. By applying a sequence of laser pulses from the side, a stream of single photons is emitted from the cavity. Between each emission of a single photon the atom is cooled, preventing it from leaving the trap. To show that not more than one photon was produced per pulse, the photon stream was directed onto a beam splitter, which directed 50% of the photons to a detector, and the other 50% to a second detector. A single photon will be detected either by detector 1 or by detector 2. If detections of both detectors coincide, more than one photon must have been present in the pulse. It is thus the absence of these coincidences that proves that one and not more than one photon is produced at the same time, which is demonstrated convincingly in the work presented.

With the progress reported now, quantum information processing with photons has come one step closer. With the single-photon server operating, Gerhard Rempe and his team are now ready to take on the next challenges such as deterministic atom-photon and atom-atom entanglement experiments.

An electron in an atom could jump up from one fixed orbit to an orbit of higher energy, but only if it absorbed energy precisely equal to the difference of energy between the orbits. Likewise, an electron could jump down to an open lower-energy orbit by giving off energy precisely equal to the energy drop. These two events are the origins of the so-called absorption and emission spectra of the elements--their characteristic colors.

The quantum behavior of electrons in atoms contradicted not only the "classical" mechanics of Sir Isaac Newton, but also the classical electromagnetic theory, which was developed in the nineteenth century and was spectacularly successful for describing light and radio waves. Even worse, while an electron orbited in a quantum energy state, it did not radiate away its energy as the electromagnetic theory required. Instead, as Bohr postulated but could not explain, each quantum orbit could be considered a "stationary state," with energy losses or gains occurring only when the electrons jumped between the stationary states.

In 1916, Sommerfeld enhanced the Bohr theory of the atom by introducing non-circular orbits, by allowing quantized orientations of the orbits in space, and by taking into account the relativistic variation in the mass of the electron as it orbited the nucleus at high speed.

The Bohr-Sommerfeld quantum theory of the atom proved remarkably successful for the simplest case, a hydrogen atom (one electron orbiting a nucleus). Difficulties began to arise, however, for more complicated atoms in the early 1920s.

اصل عدم قطعيت هايزنبرگ ديدگاه ما را نسبت به رويدادهاي آينده و نحوه پيش گويي رويدادها از طريق قوانين علمي به كلي دگر گون ساخت. اين مطلب در دهه بيست، هايزنبرگ‏، اروين شرودينگر و پل ديراك را بر آن داشت تا مكانيك را بازسازي نمايند. آنها براساس اصل عدم قطعيت، نظريه جديدي بنام مکانيک کوانتومي تدوين نمودند.

در اين نظريه، ذرات داراي وضعيت و سرعت مجزا و در عين حال مشاهده ناپذير نيستند. بلکه آنها داراي حالت کوانتومي اند که ترکيبي از وضعيت و سرعت مي باشد.
به طور کلي مکانيک کوانتومي، براي يک مشاهده، نتيجه اي واحد را پيش بيني نمي کند. بلکه مجموعه اي از احتمالات را مطرح مي سازد و درجه احتمال هريک را مشخص مي کند. اين بدين معني است که اگر سيستمهاي مشابه بسياري را در شرايط مساوي اندازه گيري کنيم، در مي يابيم که تعداد معيني سيستم در حالت A و تعدادي ديگر در حالت B و... قرار دارند. اما براي يک سيستم منفرد هيچگاه نمي توان گفت که اين سيستم پس از اندازه گيري در کدام حالت قرار خواهد گرفت. مکانيک کوانتومي به اين ترتيب عنصر پيش بيني ناپذيري يا تصادف و احتمال را وارد علم مي کند. انشتين برغم نقش مهمي که در تدوين مکانيک کوانتومي داشت قويا به اين امر اعتراض داشت. او به خاطر آزمايش فوتوالکتريک که يکي از پايه هاي شکل گيري مکانيک کوانتومي به حساب مي آيد، جايزه نوبل دريافت کرد اما با اين همه هرگز نپذيرفت که جهان بر حسب تصادف اداره مي شود. اين جمله معروف او احساساتش را به خوبي بيان مي کند: « خداوند در اداره جهان تاس نمي ريزد.»
 در اينجا به يکي از پارادوکسهاي مطرح شده توسط شرودينگر اشاره مي کنيم.
 فرض کنيد گربه اي در جعبه اي در بسته زنداني است. در اين جعبه يک شيشه گاز سيانور، يک چکش، يک سنسور راديو اکتيو و يک منبع راديو اکتيو نيز وجود دارد. همانطور که مي دانيد ذرات راديو اکتيو بصورت نامنظم تابش مي کنند و به همين دليل براي آنها نيمه عمر در نظر مي گيرند. حال فرض کنيد سنسور و چکش طوري تنظيم شده باشند که در صورت تابش موج راديو اکتيو بين ساعت 12 و 12:01، چکش شيشه حاوي گاز را شکسته و گربه بميرد. اگر شما در ساعت 12:30 درب جعبه را باز کنيد چه خواهيد ديد؟ اگر از طريق فرمول نيمه عمر منبع، احتمال تابش بين ساعت 12 و 12:01 را 90% پيش بيني کنيد. گربه داخل جعبه در هنگام برداشن درب جعبه 90% مرده است و 10% زنده است. اما وقتي درب جعبه را بر مي داريد خواهيد ديد که گربه يا مرده و يا زنده است. نمي توان گفت 90% سلولهاي بدن گربه مرده اند و 10% آنها زنده اند. در فاصله يک لحظه، احتمال به يقين تبديل خواهد شد. اين امر کاملا متضاد با مکانيک کوانتومي مي باشد. همانطور که گفتيم هيچگاه نمي توان موقعيت يک سيستم را به دقت اندازه گيري نمود. اما در اين مثال کاملا اين امر ممکن شده است.
 اين گونه پارادوکسها در مکانيک کوانتومي بسيار زياد است. اما با اين همه مکانيک کوانتومي در پيش بيني نتايج بسياري از آزمايشها به طور درخشاني موفق بوده است و زمينه تقريبا تمامي علم و فن نوين است. بر رفتار ترانزيستورها و مدارهاي مجتمع که جزء اساسي وسائلي نظير تلوزيون و کامپيوترند، فرمان مي راند و نيز بنياد شيمي و زيست شناسي نوين مي باشد.
 تنها مسائل فيزيکي که مکانيک کوانتومي هنوز موفق به يکپارچگي و وحدت آنها نشده است، عبارنتد از: گرانش و ساختمان کلان جهان.

تهيه و گرد آوري مقاله : امير مولايي

شتاب دادن ذرات باردار

اگر ذره بارداری از ناحیه ای که در آن میدان الکتریکی برقرار است بگذرد ، به آن نیرویی وارد می شود. ذارتی که بار مثبت دارند ، مانند پروتونها ، در جهت میدان شتاب می گیرند ؛ و سرعت آنها در آن جهت افزایش می یابد. ذراتی که بار الکتریکی آنها منفی است ، مانند الکترونها ، در جهت مخالف با جهت میدان الکتریکی شتاب می گیرند ؛ و سرعت آنها در جهت مخالف افزایش پیدا می کند. این افزایش سرعت ذره سبب افزایش انرژی (جنبشی) ذره می شود که همان هدف اصلی شتابدهنده هاست ؛ یعنی شتابدهنده در واقع انرژی ذره را افزایش می دهد. این افزایش انرژی ، امکان مطالعه واکنشهای بسیار جالبی را برای ذرات فراهم می آورد.

ذراتی که در فیزیک انرژیهای زیاد شتاب داده می شوند عبارتند از : پروتون ، پادپروتون ، الکترون و پزیترون. این ذرات ، تنها به دلیل اینکه پایدارند و بار الکتریکی دارند مورد استفاده قرار می گیرند.

شتابدهنده های خطی

شتابدهنده خطی ، ساده ترین نوع شتابدهنده هاست. ذرات از یک سر به درون شتابدهنده وارد می شوند ، در داخل شتابدهنده به وسیله میدان الکتریکی شتاب می گیرند ، و با انرژی بیشتری از سر دیگر آن خارج می شوند. هر چه طول شتابدهنده خطی بیشتر باشد ، انرژی ذره خروجی بیشتر است. آزمایشهای مهمی در آزمایشگاه اسلک (مرکز شتابدهنده خطی استانفورد) در ایالت کالیفرنیا انجام شده است. طول شتابدهنده خطی اسلک اندکی بیش از 3 کیلومتر است و می تواند الکترون و پوزیترون را تا 50 Gev شتاب دهد. سرعت الکترونهایی که از شتابدهنده خطی خارج می شود ، خیلی نزدیک به سرعت نور است. پروتون و پادپروتون را نیز می توان در شتابدهنده خطی شتاب داد ، ولی چون این ذرات جرم خیلی بیشتری دارند (تقریبا ً 2000 برابر جرم الکترون) ، فرآیند شتابدهی هم پیچیده تر و هم پرهزینه تر است.

برخورددهنده های خطی

در سال 1989 در مرکز شتابدهنده خطی استانفورد ، شتابدهنده جدیدی به نام برخورددهنده خطی استانفورد راه اندازی شد. از شتابدهنده های خطی موجود به منظور شتاب دادن یک باریکه پوزیترونی و یک باریکه الکترونی ، در کنار هم ، استفاده می شود. سپس جهت خم کردن ذرات در امتداد دالانهای تازه تاسیسی که امکان برخورد باریکه ها را فراهم می آورند ، از میدانهای مغناطیسی استفاده می شود. در آوریل 1989 ، اولین برخورد میان باریکه الکترونی و پوزیترونی با انرژی 100 Gev به تحقق پیوست. این برخوردها مورد مطالعه قرار گرفتند و فیزیکدانان توانستند جرم ذره Z (یکی از حاملهای نیروی ضعیف) را با دقت بیشتری اندازه گیری کنند. این نوع شتابدهنده یک برخورددهنده تک گذر است ؛ یعنی ، باریکه های ذرات فقط یکبار شانس برخورد دارند ، آنگاه باید با باریکه های جدید همه چیز را از نو شروع کرد.

سنکروترونها

سنکروترون ابزرای است که ذرات را ، با استفاده از یدان الکتریکی در مسیری دایره ای مکررا ً  شتاب می دهد. برای خم کردن مسیر ذرات و حفظ آنها در مسیرهای دایره ای از میدانهای مغناطیسی استفاده می شود. از نظر علمی ، دسترسی به انرژیهای زیادتر برای سنکروترونهای پروتونی بیشتر از سنکروترونهای الکترونی است. هرگاه الکترونها یا پوزیترونها را در یک سنکروترون شتاب بدهیم ، افت انرژی این ذرات در گردش در مسیرها آنچنان زیاد است که قسمت عمده ای از انرژی شتابدهنده در این عمل تلف می شود و صرف شتاب دادن به ذره نمی شود. برای شتاب دادن الکترون و پوزیترون به انرژیهای بیشتر از 10 یا 20 Gev  احتیاج نیست ؛ شتابدهنده های خطی اقتصادی ترین نوع شتابدهنده ها هستند. هر ذره بارداری که در مسیر دایره ای شتاب پیدا کند ، انرژی تابش می کند. مقدار اتلاف انرژی ، بستگی دارد به این که انحنای مسیر دایره ای چه قدر است و نیز اینکه جرم ذره چه قدر است. ذرات سبکتر انرژی بیشتری را از دست می دهند و بنابراین این اتلاف انرژی در مورد الکترون (یا پوزیترون) مشکل جدی تری ایجاد می کند تا در مورد پروتون(یا پادپروتون). همچنین اگر محیط مسیر شتابدهنده خیلی بزرگ باشد ، مشکل کمتری ایجاد می کند. پادپروتونها را می توان به این صورت شتاب داد ، ولی در مورد ای ذرات مشکل اصلی در درجه اول در تولید و انبوه سازی آنهاست. سنکروترون پروتونی به نام شتابدهنده های با هدف ثابت نیز خوانده می شوند ، زیرا باریکه ذرات متحرک به محض اینکه از شتادهنده خارج شوند ، به هدف ساکن برخورد می کنند. عملکرد چنین شتابدهنده ای را می توان شامل سه مرحله دانست :

*  پروتونهای شتاب یافته در شتابدهنده ای خطی به داخل حلقه تزریق می شوند.

*  این ذرات در داخل حلقه آن قدر می جرخند تا به انرژی مورد نظر برسند.

*  این ذرات به صورت باریکه (یا باریکه هایی) از شتابدهنده خارج و به سوی هدف یا آشکارساز روانه می شوند.

یکی از جنبه های بسیار مفید دستگاههای با هدف ثابت توانایی آنها در تولید باریکه های ثانوی است. وقتی پروتونهای باریکه اولیه به هدف ثابت برخورد می کنند ، انواع مختلفی از ذرات تولید می شوند. اگر میدان مغناطیسی را در مسیر این ذرات قرار بدهیم ، ذرات مثبت به یک سو منحرف می شوند ، ذرات منفی به سویی دیگر و ذرات خنثی مسیری مستقیم را طی می کنند. به این ترتیب ، می توانیم باریکه های با بارهای متفاوت را از هم جدا کنیم. با استفاده از روشهای دیگری می توان ذرات را بیشتر جداسازی کرد و باریکه ای یکنواخت از ذرات به دست آورد. برای اینکه چند تایی از سنکروترونهای پروتونی را نام ببریم ، می توانیم از شتابدهنده های مستقر در آزمایشگاه های ملی بروکهاون ، آزمایشگاه فرمی و سرن (CERN) یاد کنیم.

برخورددهنده ها

نوع دیگر شتابدهنده دایره ای که در تحقیقات فیزیک انرژیهای زیاد مورد استفاده قرار می گیرد ، برخورددهنده است. در این نوع ماشین دو باریکه ذرات در جهتهای مخالف شتاب می گیرند. وقتی ذرات به انرژیهای مطلوب رسیدند ، امکان تلاقی مسیرها و برخورد باریکه ها فراهم می شود. در حال حاضر قدرتمندترین شتابدهنده های فرآیندهای انرژیهای زیاد از نوع برخورددهنده ها هستند. بزرگترین برخورددهنده الکترون ـ پوزیترون در جهان LEP  نام دارد. این دستگاه در تابستان 1989 در ژنو راه اندازی شد. آزمایشهای انجام شده در آنجا ، در تعیین سقف مستحکمی برای تعداد نوترینوها و تعیین دقیقتر جرم ذره تبادلی Z موفق بوده اند. احتمالا ً این آخرین برخورددهنده دایره ای الکترون ـ پوزیترون خواهد بود که ساخته شده است ، زیرا برای افزایش انرژی به میزان زیاد به ماشین بسیار بزرگتری نیاز خواهیم داشت ، و می دانیم که طول مسیر پیرامونLEP هم اکنون بالغ بر 27 کیلومتر است. برخورددهنده های الکترون ـ پوزیترون با انرژیهای زیادتر ممکن است با ماشینهایی مانند SLC ، که در آنها از دو شتابدهنده خطی با باریکه های ذره ای شاخ به شاخ استفاده می شود ، قابل حصول باشد. یکی از این انواع برخورددهنده شاخ به شاخ ممکن است تا اواخر دهه جاری ، در روسیه ساخته شود. قرار است که انرژیهای برخوردها در این شتابدهنده حداقل ده برابر LEP باشد. ابر برخورددهنده ابررسانا (SSC) که در تگزاس ساخته خواهد شد ، یک برخورددهنده پروتون ـ پروتون است که در طول مسیر پیرامون دایره ای آن بیش از 80 کیلومتر است. انتظار می رود که از آزمایشهایی که در SSC و LHC (برخورددهنده بزرگ هادرون در سرن ، ژنو) انجام حواهد شد ، مقدار زیادی اطلاعات جالب در مورد ساختار فیزیکی ذرات به دست آید. این آزمایشگاه ها قرار است که در حدود سالهای پایانی این قرن آغاز به کار کنند.

یکی از امتیازات بزرگ برخورددهنده ها عبارت است از مقدار زیاد انرژی قابل حصول در برخورد ها. اتومبیلی را در نظر بگیرید که با سرعت 50 کیلومتر در ساعت در حرکت است و با اتومبیل ساکنی برخورد می کند. خسارت ناشی از این برخورد را برآورد کنید. حال تصور کنید دو اتومبیل که هر دو با سرعت 50 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند با هم به صورت شاخ به شاخ برخورد کنند ، خسارت ناشی از این برخورد مسلما ً بیشتر از حالت قبلی است. همین اصول را می توان در مورد شتابدهنده های با هدف ثابت و برخورددهنده ها به کار برد. در برخورددهنده انرژی خیلی بیشتری برای تولید ذرات جدید در اختیار خواهید داشت ؛ بعلاوه دو برابر کردن انرژی باریکه در برخورد دهنده ، انرژی قابل حصول برای تولید ذرات جدید را دو برابر خواهد کرد ، که در کورد ابزارهای با هدف ثابت چنین نیست.

جدول زیر برخی از شتابدهنده های ساخته شده را نشان می دهد ؛