الجسيمات الرنينية (Resonance Particles)

أن مجموعات من الجسيمات التي تتحلل في فترة زمنية زمنية تقدر بحوالي ^10-10 ثانية. ومن وجهة نظر فيزيائية معينة تعتبر هذه الجسيمات «مستقرة» إذ أن هذه الفترة الزمنية تعتبر كافية لتتحرك هذه الجسيمات مسافة معينة في المادة أو الكاشف ومن ثم يمكن تتبع مساراتها والكشف عنها بسهولة. ومع اقتراب الستينات (1960) بدأت في الظهور مجموعة جديدة من الجسيمات التي يقع عمر النصف لها في حدود ^23-10 ثانية. فهذه الفترة الزمنية ضئيلة جداً بحيث لا يمكن للجسيم أن يتحرك لأكثر من بضعة أنصاف أقطار نووية (^15-10m ) قبل أن يتحلل، ومن ثم لا يمكن تتبعه أو الكشف عنه مباشرة، ومن ثم فإن السبيل الوحيد للتعرف عليه هو نواتج تحلل. وهنا يظهر سؤال تصعب الإجابة عليه وهو هل هذه الجسيمات هي جسيمات حقيقية تتكون ثم تتحلل؟ أم أنها عبارة عن مجموعة من الجسيمات تتحرك سوية لفترة زمنية قبل أن تتفرق ويتحرك كل منها في اتجاه معين (فيما يبدو أنها تحلل لجسيم حقيقي)..؟

وللتهرب من الإجابة على هذا السؤال عمد الفيزيائيون لتسمية هذه الجسيمات بالجسيمات الرنينية. حيث تظهر قمة معينة عندما ترسم علاقة بين الكلة (أو الطاقة) وعدد الأحداث الناتجة.

وحيث أن عمر النصف لهذه الجسيمات صغير جداً ويقع في حدود التفاعلات القوية فإنه أحياناً تسمى هذه الجسيمات: الجسيمات قوية التحلل : Strongly decay Particles)). دعنا نوضح أولاً الأس النظرية لهذه التحللات (الجسيمات) وذلك باستنتاج ما تسمى بصيغة برايت - وجنر Breit - Wigner Formula:

إذا كان لدينا تفاعلاً نووياً ما فإننا نكتبه على الصورة العامة:

b + Y → a+X

حيث تنتج Y غالباً في حالة إثارة وتتحلل بعمر نصف قدره (τ).

ويعبر عن هذه الحالة بالدالة ψ_(t) وذات الطاقة (E₀) وتكتب على الصورة:

(1)    ............

حيث يمثل الحد الأول تكون الحالة ويمثل الحد الثاني تحللها حيث:

(2)     ............

حيث r تأخذ أبعاد الطاقة وتعرف أحياناً بالسمك الطبيعي للمنحني (λ) ثابت التحلل، (τ) عمر النصف.

والعلاقة الأخيرة ليست إلا مبداً عدم التحديد المشار إليه. يمكن الآن كتابة معادلة الحالة على الصورة:

(3)  ..............

تعبر (ψ_(t)) في الواقع عن حالة ساكنة (Stationar State).

ونحن نتوقع في الواقع أن يكون لدينا العديد من الحالات بطاقات مختلفة، وبالتالي يمكننا افتراض أن حالة التحلل تتركب من عدة حالات ساكنة حسب مبدا التركيب (Superposition Principle) ومن ثم فإنه يمكن كتابه ψ_(t) على الصورة:

(4)    ...............

حيث (A(E سعة الموجة لحالة ذات طاقة (E).

من معادلتي (3)، (4) نجد أن:

وبأخذ تحويل فورير Fourier Transformation للطرفين يمكننا استنتاج أن:

(5) ....................

وهذه هي صيغة برايت - وجنر.

حيث E0 طاقة الرنين، فعندما E0 = E نحصل على القمة

تعبر ²| (A(E| عن احتمال التفاعل. ويبين الشكل (1) احتمال التفاعل كدالة في الطاقة (E). ونبين في الشكل سمك المنحنى (r) أو ما يعرف بالاختصار (UM) أو Full Width - at - Half Maximum .

كما ويمكن أن تظهر هذه القمم عند قياس مساحة المقطع المستعرض (Cross - Section) أو (σ) لتفاعل معين ومن ثم تعرف هذه القمم الناتجة في (σ) بالرنينيات (Resonances).

وكان أول دليل على وجود هذه القمم قد شوهد بواسطة مجموعة من العلماء العاملة في معجل الكوزموترون ببروكهافن فيما بين عامي 1952، 1953،

الشكل (1)

حيث وجدت قمة رنينية عند حوالي 169 م . أ. ف. في تجارب تشتت البايونات الموجبة والسالبة عن البروتونات. حيث عاش الجسيم الرنيني لمدة تساوي حوالي ^23-10 ثانية قبل أن يتحلل. وقد أعقب ذلك رؤية الكثير من هذه الرنينيات.