جسيمات المادة وضديد المادة توجد في أزواج. - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

يمكن حساب كمية الطاقة التي تتولد نتيجة فناء جسيم باستخدام معادلة أينشتاين لتكافؤ الطاقة والكتلة E = mc² . إن كتلة الإلكترون 9.11 × 10⁻³¹ kg وتساوي كتلة البوزترون. لذلك فإن الطاقة المكافئة للبوزترون والإلكترون معاً يمكن حسابها كما يلي:

E = 2 (9.11 × 10⁻³¹ kg) (3.00 × 10⁸ m/s)²

E = (1.64 × 10⁻¹³ J) (1 eV/1.60 × 10⁻¹⁹ J)

E = 1.02 × 10⁶ eV أو 1.02 MeV

عندما يكون كل من البوزترون والإلكترون في حالة سكون فإن كلاً منهما يفنى الآخر. و يمكن أن تحدث أيضاً انعكاسات أو أشعة جاما المنبعثة هو 1.02 MeV. فإذا عبر شعاع جاما طاقة 1.02 MeV على الأقل بالقرب من نواة فقد ينتج زوج من البوزترون والإلكترون.

γ → e⁻ + e⁺

يسمى تحول الطاقة إلى زوج الجسيمات "مادة وضديد المادة" إنتاج الزوج. ولا يمكن أن تحدث منفردة مثل تفاعل e⁻ + γ و γ → e⁻ + e⁺ لأن هذه التفاعلات لا تحقق قانون حفظ الشحنة. وكذلك تفاعلات p + e⁻ → γ ولا تحدث أيضاً. فالزوج جسيم وضديد الجسيم الخاص به.

الشكل 17-9 إنتاج زوج بوزترون - إلكترون؛ حيث يعمل المجال المغناطيسي حول حجرة الفقاعة على ثني مسارات الجسيمات المتعاكسة. و لا تتبع أشعة جاما المنتجة المسار. وإذا كانت طاقة أشعة جاما أكبر من 1.02 MeV فإن الفائض في الطاقة يظهر على شكل طاقة حركية للبوزترون والإلكترون، فيتصادم البوزترون في الحال مع إلكترون آخر، ويفنى كل منهما الآخر، وينتج إشعاعان أو ثلاثة إشعاعات جاما أكبر من 1.02 MeV، ويبقى إشعاعان أو ثلاثة إشعاعات جاما طاقة كل منها أقل من 1.02 MeV.

كل كوارك وكل لبتون أيضاً له جسيمات إلا في نوع الشحنة؛ حيث تكون الشحنتان متعاكستين. فالكوارك العلوي u مثلاً شحنته +2/3 ، بينما ضديد الكوارك العلوي ū شحنته -2/3 ، وشحنة ضديد البروتون d̄ هي +1 ، وشحنة ضديد الجسم المضاد له هي -1 ، uūd = 1 - 1 = 0. وعندما يصطدم جسيم وضديده فإن كلاً منهما يفنى، ويتحولان إلى فوتونات أو إلى زوج من جسيم وضديد جسيم أخف وإلى طاقة. العدد الكلي للكواركات واللبتونات في الكون ثابتة؛ حيث إن الكواركات واللبتونات توجد أو تفنى فقط بوصفها زوج جسيم وضديد جسيم. ومن جهة أخرى فإن حاملات القوى ومنها الجرافيتونات والفوتونات والجلوونات والبوزونات الضعيفة قد توجد أو تفنى إذا كان هناك طاقة كافية.

وُجد ضديد للبروتونات أيضاً. فضديد البروتون كتلة تساوي كتلة إلكترون 1836. وكتلة البروتون تساوي كتلة 1836 إلكتروناً. وهكذا فإن الطاقة اللازمة لتكوين زوج من البروتون وضديد البروتون كبيرة نسبياً. وقد تم إنتاج وإملاح زوج من البروتون وضديد البروتون أول مرة في باركلي، في كاليفورنيا عام 1955م.

وزارة التعليم 2025 - 1447

يمكن حساب كمية الطاقة التي تتولد نتيجة فناء جسيم باستخدام معادلة أينشتاين لتكافؤ الطاقة والكتلة E = mc² . إن كتلة الإلكترون 9.11 × 10⁻³¹ kg وتساوي كتلة البوزترون. لذلك فإن الطاقة المكافئة للبوزترون والإلكترون معاً يمكن حسابها كما يلي: E = 2 (9.11 × 10⁻³¹ kg) (3.00 × 10⁸ m/s)² E = (1.64 × 10⁻¹³ J) (1 eV/1.60 × 10⁻¹⁹ J) E = 1.02 × 10⁶ eV أو 1.02 MeV عندما يكون كل من البوزترون والإلكترون في حالة سكون فإن كلاً منهما يفنى الآخر. و يمكن أن تحدث أيضاً انعكاسات أو أشعة جاما المنبعثة هو 1.02 MeV. فإذا عبر شعاع جاما طاقة 1.02 MeV على الأقل بالقرب من نواة فقد ينتج زوج من البوزترون والإلكترون. γ → e⁻ + e⁺ يسمى تحول الطاقة إلى زوج الجسيمات "مادة وضديد المادة" إنتاج الزوج. ولا يمكن أن تحدث منفردة مثل تفاعل e⁻ + γ و γ → e⁻ + e⁺ لأن هذه التفاعلات لا تحقق قانون حفظ الشحنة. وكذلك تفاعلات p + e⁻ → γ ولا تحدث أيضاً. فالزوج جسيم وضديد الجسيم الخاص به. --- SECTION: جسيمات المادة وضديد المادة توجد في أزواج. --- الشكل 17-9 إنتاج زوج بوزترون - إلكترون؛ حيث يعمل المجال المغناطيسي حول حجرة الفقاعة على ثني مسارات الجسيمات المتعاكسة. و لا تتبع أشعة جاما المنتجة المسار. وإذا كانت طاقة أشعة جاما أكبر من 1.02 MeV فإن الفائض في الطاقة يظهر على شكل طاقة حركية للبوزترون والإلكترون، فيتصادم البوزترون في الحال مع إلكترون آخر، ويفنى كل منهما الآخر، وينتج إشعاعان أو ثلاثة إشعاعات جاما أكبر من 1.02 MeV، ويبقى إشعاعان أو ثلاثة إشعاعات جاما طاقة كل منها أقل من 1.02 MeV. --- SECTION: حفظ الجسم: --- كل كوارك وكل لبتون أيضاً له جسيمات إلا في نوع الشحنة؛ حيث تكون الشحنتان متعاكستين. فالكوارك العلوي u مثلاً شحنته +2/3 ، بينما ضديد الكوارك العلوي ū شحنته -2/3 ، وشحنة ضديد البروتون d̄ هي +1 ، وشحنة ضديد الجسم المضاد له هي -1 ، uūd = 1 - 1 = 0. وعندما يصطدم جسيم وضديده فإن كلاً منهما يفنى، ويتحولان إلى فوتونات أو إلى زوج من جسيم وضديد جسيم أخف وإلى طاقة. العدد الكلي للكواركات واللبتونات في الكون ثابتة؛ حيث إن الكواركات واللبتونات توجد أو تفنى فقط بوصفها زوج جسيم وضديد جسيم. ومن جهة أخرى فإن حاملات القوى ومنها الجرافيتونات والفوتونات والجلوونات والبوزونات الضعيفة قد توجد أو تفنى إذا كان هناك طاقة كافية. وُجد ضديد للبروتونات أيضاً. فضديد البروتون كتلة تساوي كتلة إلكترون 1836. وكتلة البروتون تساوي كتلة 1836 إلكتروناً. وهكذا فإن الطاقة اللازمة لتكوين زوج من البروتون وضديد البروتون كبيرة نسبياً. وقد تم إنتاج وإملاح زوج من البروتون وضديد البروتون أول مرة في باركلي، في كاليفورنيا عام 1955م. وزارة التعليم 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: إنتاج زوج بوزترون - إلكترون Description: A visual representation of a particle collision event, likely showing particle tracks and possibly energy deposition. Features include curved tracks, possibly indicating charged particles in a magnetic field, and circular patterns that might represent energy release or secondary particle interactions. Context: Illustrates the production of a positron-electron pair, a key concept in particle physics and the conversion of energy into mass.