دانلود مقاله کنش بین گرانش و فوتون

چکیده:

در اینجا فرایند تولید ذرات باردار توسط هیگز بوزونها تشریح می شود. اما قبل از آن ساختمان فوتون با دقت مورد بررسی قرار می گیرد و طی آن تعریف جدیدی از ذرات هیگز تحت عنوان بار-رنگ و مغناطیس-رنگ داده خواهد شد

مقدمه:

از هنگامیکه کرومودینامیک کوانتومی مطرح و توسعه یافت، نظرات مختلفی نیز در مورد خواص و خصوصیات هیگز بوزونها مطرح و به بحث گذاشته شده است. در مقالاتی که سالهای اخیر منتشر شده توجه زیادی به هیگز باردار بویژه در ارتباط با بوزونهای الکترویک مشاهده می شود. اما تا بحال توجه چندانی به ارتباط بین هیگز و گرانش نشده است.  [6],[4],[5].[3].[2].[1]

در این مقاله تلاش می شود با توجه به جابجایی بسمت آبی گرانش (اثر موسبوئر و آزمایش پوند و ربکا) کنش بین گرانش و فوتون از نقطه نظر میدان هیگز مورد بررسی قرار گیرد. [8], [7]

جابجایی بسمت آبی گرانش و اثر موسبوئر بخوبی نشان می دهد که سه ذره موجب افزایش جرم (انرژی) فوتون در میدان گرانشی می شوند و هر سه نیز خواص الکترومغناطیسی دارند. این سه ذره را بار-رنگ مثبت، بار-رنگ منفی و مغناطیس-رنگ نامیده می شوند که در ادامه توضیح داده خواهد شد.

نگاه تکاملی به امواج الکترومغناطیس

فوتون بسته ی انرژی در حال چرخش است. کاملاً واضح است که میدانهای الکترومغناطیسی اطراف پرتو نوری، ایستا نیستند. همچنین میدانهای الکترومغناطیسی که توسط فوتون ایجاد می شود، بمراتب قوی تر از میدان گرانشی آمیخته با آن است. علاوه بر آن تا بحال مشخص نشده که میدان گرانشی این بسته ی انرژی (فوتون)، حالت ایستایی یا نوسانی دارد و چگونه فوتون این مجموعه میدانها (الکترومغناطیسی و گرانشی) را که از نظر شدت بسیار متفاوت هستند، تولید می کند. این واقعاً یک معما است.

اجازه بدهید یک نگاه جدید و متفاوت به رفتار امواج الکترومغناطیسی در میدان گرانشی بیندازیم. چنین نگرشی می تواند کمک کند تا به حل این معما نزدیک شویم. همچنانکه نسبیت عام بطور نظری پیشگویی کرده بود که فرکانس فوتون در میدان گرانشی تغییر می کند، در آزمایش نیز این تغییر فرکانس مشاهده شد و به تایید رسید. [8]

هنگامیکه فوتون در میدان گرانشی سقوط می کند، انرژی(جرم) آن افزایش می یابد. با توجه به رابطه ی

 W=dmc2

نیروی گرانش روی فوتون کار انجام می دهد و جرم(انرژی) فوتون افزایش می یابد. اما انرژی فوتون وابسته میدانهای الکتریکی و مغناطیسی آن است. بنابراین یک قسمت از کار نیروی گرانش به انرژی الکتریکی و قسمت دیگر به انرژی مغناطیسی فوتون تبدیل می شود.

با توجه به اینکه نحوه کسب جرم توسط ذرات بوسیله ی میدان هیگز توجیه می شود، اما این پدیده را چگونه می توانیم با میدان هیگز توضیح دهیم؟ همچنین با توجه به هیگز بوزون، در جابجایی بسمت انتقال به قرمز چه اتفاقی می افتد که انرژی (جرم) فوتون افزایش می یابد؟

مکانیزم هیگز

مکانیزم هیگز، مکانیزمی است که طی آن همه ی ذرات بنیادی جرم کسب می کنند. برای نمونه از شکست خود  [9]بخود تقارن، فرض کنید یک میدان اسکالر به هر نقطه از فضا اندازه ی زیر را نسبت می دهد:

           (1)

توجه کنید که میدان انرژی پتانسیل بشکل:

                 (2)

از انتگرال روی فضا به دست می آید که در آن

انرژی پتانسیل

V(x, y, z)

 میدان غیر صفر هیگز است     

   H(x, y, z)    

است. در اینجا یک مانیفلد کمینه در شرط زیر خواهیم داشت.

    (3)

این نشان دهنده ی کمترین مقدار چگالی انرژی در این تکنیک تابع 

[11]است که مانند انتهای یک بطری است که در اطراف آن برآمدگی وجود دارد.

با توجه به روابط (1) و (2) در هر بخش هر اندازه کوچک از فضا، یک ذره ی هیگز وجود دارد که آن را تولید  ذرات از هیگز یا  

Creative Particle of Higgs or CPH.

می نامیم.

تولید ذرات از هیگز

Creative Particles of Higgs (CPH)

تعریف: فرض کنیم یک ذره وجود دارد (کوچکتر از فوتون که می تواند در فوتون قرار گیرد) که دارای جرم و سرعت:

 سرعت نور  c     

   VCPH > c    و

 VCPH مقدار سرعت ثابت  

 m ثابت  جرم

است که آن را سی. پی. اچ. یا:

Creative Particles of Higgs (CPH)

است.

p=mVCPH

می نامیم. بنابراین سی. پی. اچ. دارای اندازه ی حرکت    

سی. پی. اچ. را با هیگز

نشان می دهیم. هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، گراویتون نامیده می شود. با توجه به اینکه فضا انباشته از گراویتون (اثر گرانشی) است، بنابراین فضا انباشته از سی. پی. اچ. است. 

اصل سی. پی. اچ.

Principle of CPH

سی. پی. اچ. ذره ای با جرم ثابت است که با مقدار سرعت ثابت حرکت می کند و دارای لختی دورانی است. در هر کنش بین سی. پی. اچ. و سایر ذرات موجود، مقدار این سرعت تغییر نمی کند( جدول1 ) بطوریکه:

grad VCPH = 0 in all inertial reference frames in any space

جدول1

جرم سی. پی. اچ.

mCPH

مقدار سرعت سی. پی. اچ.

VCPH

لختی دورانی (اسپینی) سی. پی. اچ

I

توضیح:

بنابر اصل سی. پی. اچ. چون سی. پی. اچ. همواره با مقدار سرعت ثابت حرکت می کند در کنش با سایر ذرات دارای اسپین خواهد شد.

مقدار سرعت سی. پی. اچ.=مقدار ثابت

VCPH=constant

در حالت کلی سی. پی. اچ. دارای دو نوع حرکت می باشد، یکی حرکت انتقالی و دیگری حرکت اسپینی.

شکل 1- سی. پی. اچ. همواره دارای دو نوع حرکت انتقالی و اسپینی است. در شکل بالا حرکت های مختلف سی. پی. اچ. و اسپین آن نشان داده شده است.

لازم به تذکر است که در اینجا و در اصل سی. پی. اچ.، منظور از سرعت مقدار اسکالر آن است و به خواص برداری آن توجه نشده است.

با توجه به اصل سی. پی. اچ.و توضیح بالا برای هر  سی. پی. اچ. و در هر مکانی خواهیم داشت: (شکل 2)

VCPH = speed of transfer motion + speed of spin.

VCPH = Vs + Vt      (4)

 مقدار سرعت انتقالیVt

 مقدار سرعت اسپینیVs

شکل 2- هر نقطه ی سطحی سی. پی. اچ. در فضا یک منحنی رسم می کند مسافت طی شده ناشی از اسپین تقسیم بر زمان را سرعت اسپینی نامیده می شود

در حالت کلی هرگاه مقدار سرعت انتقالی افزایش یابد، مقدار اسپین کاهش می یابد و بالعکس. (شکل 3)

شکل 3- رابطه ی بین سرعت انتقالی و اسپین در حالت های مختلف

توجه شود که قبلاً گفته شد، هرگاه سی. پی. اچ. دارای اسپین باشد، گراویتون نامیده می شود. اما طبق مکانیک کوانتوم و مدل استاندارد ذرات بنیادی، اسپین گراویتون عدد صحیح و برابر 2 است. در حالیکه در اینجا اسپین سی. پی. اچ. متغییر است. این موضوع با اسپین 2 گراویتون ایجاد تناقض نمی کند. در ادامه خواهیم دید همه ذرات (فرمیونها و بوزونها) از سی. پی. اچ. ساخته شده اند و دارای اسپین های مختلفی هستند که ناشی از ویژگیهای  آنها است. اما سی. پی. اچ. که سنگ اولیه بنای همه چیز است، دارای اسپین متغییر است.

حال با توجه به رابطه ی (4) می توان رابطه ی زیر را به دست آورد:

ax+ay+az+as=0 in all inertial reference frames  (5)

 شتاب اسپینیas

x, y, and z

شتاب روی محورهای

 ax, ay, and az

معادله ی اخیر نشان می دهد که حرکت انتقالی سی. پی. اچ. به حرکت اسپینی و بالعکس تبدیل می شود.

فصل 82: تابع زمان و قضیه کار انرژی

 بازگشت به فهرست کتاب

منابع:

 http://resources.emb.gov.hk

http://apartments.uchicago.edu

http://www.physics.umd.edu

  بنابراین انرژی

نیز ثابت است و تنها انرژی انتقالی آن به انرژی دورانی یا بالعکس                تبدیل می شود

با توجه با خصوصیات سی. پی. اچ. بخوبی می توان توضیح داد که فوتون چگونه در میدان گرانشی جرم کسب می کند. اما قبل از هر چیز تعریف و توضیح موارد زیر ضروری به نظر می رسد.

بار-رنگ و مغناطیس رنگ

هنگامیکه فوتون در یک میدان گرانشی سقوط می کند، گرانش روی آن کار انجام می دهد. آنگاه انرژی فوتون افزایش می یابد. اما انرژی فوتون وابسته به دو انرژی مجزا، یکی انرژی میدان الکتریکی و دیگری انرژی میدان مغناطیسی وابسته به فوتون است. برای شناخت و بررسی بیشتر این پدیده رابطه نسبیتی زیر قابل تعمق به نظر می رسد.  

   )(6)(   

 برای فوتون در حال سقوط مثبت است و فوتون افزایش جرم خواهد داشت

cp= Dmc2

cp

در رابطه ی (6) جمله ی

این افزایش جرم فوتون، به دلیل ذرات هیگز موجود در مسیر حرکت فوتون در میدان گرانشی است.  همچنین

برابر است با مجموع انرژی هایی که میدانهای الکتریکی و مغناطیسی فوتون کسب می کنند.

E=dmc2

انرژی که فوتون کسب می کند

اما میدان الکتریکی فوتون فاقد اثر الکتریکی است. بنابراین تنها گزینه مورد قبول در مورد نحوه ی کسب انرژی توسط فوتون این است که بپذیریم افزایش انرژی

E=dmc2

شامل سه قسمت است. یک قسمت نظیر میدان مغناطیسی رفتار می کند، یک قسمت دیگر نظیر میدان الکتریکی مثبت رفتار می کند و قسمت سوم رفتاری شبیه میدان الکتریکی منفی دارد که خواص الکتریکی یکدیگر را در ساختمان فوتون خنثی می کنند