جسيم

الموسوعة الحرة
يحتاج لحامو القوس الكهربائي إلى حماية أنفسهم من شرارات اللحام ، وهي عبارة عن جزيئات معدنية ساخنة تتطاير من سطح اللحام.

في العلوم الفيزيائية ، تُعرَّف الجسيمات (أو الحُبيبات في النصوص القديمة) بأنها جزء منفصل من نظام أكبر. وتختلف هذه الجسيمات اختلافًا كبيرًا في الحجم أو الكمية تبعًا للنظام، بدءًا من الجسيمات دون الذرية كالإلكترون ، مرورًا بالجسيمات المجهرية كالذرات والجزيئات ، وصولًا إلى الجسيمات العيانية كالمساحيق والمواد الحبيبية الأخرى . كما يمكن استخدام الجسيمات لإنشاء نماذج علمية لأجسام كبيرة ضمن أنظمة ضخمة جدًا، مثل حركة البشر في حشد من الناس، أو الأجرام السماوية في مداراتها ، أو المجرات في توسع الكون .

في بعض المجالات، تُعرَّف الجسيمات بأنها أجسام صغيرة موضعية يمكن وصفها بعدة خصائص فيزيائية أو كيميائية ، مثل الحجم أو الكثافة أو الكتلة . [ 1 ] [ 2 ] ويُعدّ مصطلح "جسيم" مصطلحًا عامًا نسبيًا، ويتمّ تحديده وتعديله حسب الحاجة في مختلف المجالات العلمية. ويمكن الإشارة إلى أي شيء مُكوَّن من جسيمات بأنه جسيمات. [ 3 ] ومع ذلك، يُستخدم مصطلح " جسيمات" في أغلب الأحيان للإشارة إلى الملوثات في الغلاف الجوي للأرض ، والتي تُعدّ عبارة عن جزيئات مُعلقة غير مُتصلة، وليست تجمعات جسيمات مُتصلة .

الفيزياء

غالباً ما تُمثل الجسيمات بنقاط. يمكن لهذا الشكل أن يمثل حركة الذرات في الغاز ، أو الناس في الحشود ، أو النجوم في سماء الليل .

في النماذج

في الفيزياء، يمكن استخدام مفهوم الجسيمات لوضع افتراضات مبسطة عند نمذجة الطبيعة . على سبيل المثال، لحساب موقع هبوط وسرعة كرة بيسبول مقذوفة في الهواء، يمكن اعتبار الكرة كرة صلبة ملساء ، مع تجاهل دورانها وقوة طفوها واحتكاكها ، مما يختزل المسألة إلى علم المقذوفات في الميكانيكا الكلاسيكية . [ 4 ]

مقاس

المجرات كبيرة جدًا لدرجة أن النجوم يمكن اعتبارها جسيمات بالنسبة لها.

يُستخدم مصطلح "الجسيم" عادةً بشكل مختلف للإشارة إلى ثلاثة أنواع من الأحجام. يشير مصطلح "الجسيم العياني" عادةً إلى الجسيمات الأكبر بكثير من الذرات والجزيئات . تُصوَّر هذه الجسيمات عادةً على أنها نقاط ، على الرغم من امتلاكها أحجامًا وأشكالًا وبنىً، وما إلى ذلك . تشمل أمثلة الجسيمات العيانية المسحوق والغبار والرمل وقطع الحطام الناتجة عن حوادث السيارات ، أو حتى أجسام بحجم نجوم المجرة . [ 5 ] [ 6 ]

أما النوع الآخر، وهو الجسيمات المجهرية، فيشير عادةً إلى جسيمات تتراوح أحجامها من الذرات إلى الجزيئات ، مثل ثاني أكسيد الكربون ، والجسيمات النانوية ، والجسيمات الغروية . وتُدرس هذه الجسيمات في الكيمياء ، وكذلك في الفيزياء الذرية والجزيئية .

أصغر الجسيمات هي الجسيمات دون الذرية ، وهي جسيمات أصغر من الذرات. [ 7 ] وتشمل هذه الجسيمات مكونات الذرات - البروتونات والنيوترونات والإلكترونات - بالإضافة إلى أنواع أخرى من الجسيمات التي لا يمكن إنتاجها إلا في مسرعات الجسيمات أو الأشعة الكونية . وتُدرس هذه الجسيمات في فيزياء الجسيمات .

نظراً لصغر حجمها الشديد، يندرج دراسة الجسيمات المجهرية ودون الذرية ضمن نطاق ميكانيكا الكم . وتُظهر هذه الجسيمات ظواهر مُوضحة في نموذج الجسيم في صندوق ، [ 8 ] [ 9 ] بما في ذلك ازدواجية الموجة والجسيم ، [ 10 ] [ 11 ] ويُعدّ تحديد ما إذا كان يُمكن اعتبار الجسيمات مُختلفة أم مُتطابقة [ 12 ] [ 13 ] سؤالاً هاماً في العديد من الحالات.

فيزياء الجسيمات

كتلة

في فيزياء الجسيمات، الجسيم ذو الكتلة هو جسيم أولي له كتلة سكون غير صفرية، بينما الجسيم عديم الكتلة له كتلة سكون صفرية. [14]: 436 الفوتون والغلوون عديما الكتلة . من المتوقع أن يكون الجرافيتون الافتراضي عديم الكتلة . جميع الجسيمات الأولية الأخرى المعروفة لها كتلة. [ 15 ] [ 16 ]

تتركز كتلة الذرات بشكل كبير في نواتها، المكونة من البروتونات والنيوترونات، والتي تزيد كتلة كل منها عن كتلة الإلكترونات بأكثر من 1800 مرة. ولأن البروتونات والنيوترونات تتكون من الكواركات والغلوونات، فإن هذه الكتلة تُعزى في المقام الأول إلى تفاعلات الكواركات والغلوونات. وتضيف الإلكترونات والترابط الكهرومغناطيسي للإلكترونات بالبروتونات كتلة إضافية. [ 15 ]

يجب أن تتحرك الجسيمات ذات الكتلة بسرعة أقل من سرعة الضوء . أما الجسيمات عديمة الكتلة، على النقيض من ذلك، فيجب أن تتحرك بسرعة الضوء. [ 16 ]

الكتلة السكونية ، وهي الكتلة المرصودة في إطار مرجعي ساكن مع جسيم، لا تُحفظ في تفاعلات الجسيمات. يمكن للجسيم ذي الكتلة أن يتحلل إلى جسيمات عديمة الكتلة، ويمكن للجسيمات عديمة الكتلة أن تتحد لتكوين جسيمات ذات كتلة. على سبيل المثال، البيون المتعادل ذو كتلة، ولكنه يتحلل إلى فوتونين في حوالي 10⁻¹⁶ ثانية . [ 14 ] : 436

تعبير

يتكون البروتون من ثلاثة كواركات ويرتبط معًا بالتفاعل القوي .

قد تكون الجسيمات أولية أو مركبة. تتكون الجسيمات المركبة من جسيمات أخرى. [ 17 ] على سبيل المثال، يتكون البروتون من الكواركات . في المقابل، لا تتكون الجسيمات الأولية (وتسمى أيضًا الجسيمات الأساسية ) من جسيمات أخرى. [ 18 ] وفقًا لمعرفتنا الحالية ، يوجد عدد قليل جدًا منها، مثل اللبتونات والكواركات والغلوونات ، على الرغم من أنه من المحتمل أن يكون بعضها مركبًا بطرق غير معروفة حاليًا. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] في حين يمكن اعتبار الجسيمات المركبة في كثير من الأحيان نقطية الشكل ، على الرغم من امتلاكها بنية داخلية، فقد وُجد حتى الآن أن الجسيمات الأولية لا تمتلك بنية. [ 22 ]

استقرار

من المعروف أن الجسيمات الأولية (مثل الميونات ) والجسيمات المركبة (مثل نوى اليورانيوم ) تخضع لتحلل الجسيمات . أما الجسيمات التي لا تخضع لهذا التحلل فتُسمى جسيمات مستقرة، مثل الإلكترونات ونوى الهيليوم -4 . قد يكون عمر الجسيمات المستقرة لانهائيًا أو طويلًا بما يكفي لعرقلة محاولات رصد هذا التحلل. في الحالة الأخيرة، تُسمى هذه الجسيمات " مستقرة رصديًا ". بشكل عام، يتحلل الجسيم من حالة طاقة عالية إلى حالة طاقة منخفضة عن طريق انبعاث نوع من الإشعاع ، مثل انبعاث الفوتونات .

جسيم عديم الكتلة

في فيزياء الجسيمات ، الجسيم عديم الكتلة هو جسيم أولي كتلته الثابتة تساوي صفرًا. وحتى الآن، الجسيم الوحيد المؤكد عديم الكتلة هو الفوتون .

الميكانيكا الإحصائية

في الأنظمة الفيزيائية التي تحتوي على أعداد هائلة من الجسيمات المتفاعلة، يصبح تحليل الحركات الفردية غير عملي. على سبيل المثال، يحتوي غرام واحد من الأكسجين (O2 ) على2×1022{\displaystyle 2\times 10^{22}}الجزيئات. في هذه الحالات، طُوِّرت مناهج إحصائية تسمح بالتنبؤ بالكميات المتوسطة، مثل الطاقة، انطلاقًا من خصائص الجسيمات. [ 23 ] يوفر هذا المنهج أساسًا نظريًا للديناميكا الحرارية ، وقوانين الغاز المثالي ، وفهم الحركة البراونية . [ 24 ]

الفيزياء الفلكية

يستخدم علم الفيزياء الفلكية مفهوم "الجسيمات" على مستويات عديدة. فالإشعاع الجسيمي ينبعث من النجوم، والأشعة الكونية عبارة عن جسيمات عالية الطاقة (تتكون أساسًا من نوى ذرية عارية)، ومكونات في حلقات الكواكب ، ومكونات الرياح الشمسية ، والنيازك ، ونوى الهيدروجين داخل الشمس ، وجزيئات الغبار التي تتجمع لتكوين الكواكب ، والغاز بين النجوم الذي ينهار لتكوين نجم . [ 25 ] تُستخدم أنظمة الجسيمات النقطية ذاتية الجاذبية التي تمثل النجوم لنمذجة تكوين المجرات . [ 26 ] : 85

محاكاة الأجسام المتعددة

في الفيزياء الحاسوبية ، تُعدّ محاكاة الأجسام المتعددة (وتُسمى أيضًا محاكاة الجسيمات المتعددة ) محاكاةً للأنظمة الديناميكية للجسيمات تحت تأثير ظروف معينة، مثل خضوعها للجاذبية . [ 27 ] وتُعدّ هذه المحاكاة شائعة في علم الكونيات وديناميكا الموائع الحاسوبية .

يشير N إلى عدد الجسيمات التي يتم أخذها في الاعتبار. ونظرًا لأن عمليات المحاكاة ذات N الأعلى تتطلب موارد حسابية أكبر، فغالبًا ما يتم تقريب الأنظمة التي تحتوي على أعداد كبيرة من الجسيمات الفعلية إلى عدد أقل من الجسيمات، وتحتاج خوارزميات المحاكاة إلى التحسين من خلال طرق مختلفة . [ 27 ]

علوم الغلاف الجوي

في علم الغلاف الجوي، الجسيم هو جسم صغير موضعي يمكن وصفه بعدة خصائص فيزيائية أو كيميائية ، مثل الحجم أو الكثافة أو الكتلة . [ 1 ] الغبار والسخام والدخان هي أشكال أكبر من الجسيمات، بينما الأشكال الأصغر هي الذرات والجزيئات. [ 28 ]

علم التربة

تُعتبر التربة مكونة من جزيئات. هذه الجزيئات المنفصلة صلبة، ولا يمكنها الحركة بالنسبة لبعضها البعض بسهولة كما هو الحال في السوائل. تنتقل القوة المؤثرة على التربة عبر نقاط التلامس بين جزيئاتها، حيث يؤدي جزء من هذه القوة إلى تشويه الجزيئات. وتنزلق الجزيئات فوق بعضها البعض استجابةً لهذه القوة. [ 29 ]

توزيع الجسيمات

أمثلة على التشتت الغرواني المستقر وغير المستقر.

الجسيمات الغروية هي مكونات الغرواني. والغرواني مادة منتشرة مجهريًا وبشكل متجانس في مادة أخرى. [ 30 ] يمكن أن يكون هذا النظام الغرواني صلبًا أو سائلًا أو غازيًا ، كما يمكن أن يكون متصلًا أو منتشرًا. يتراوح قطر جسيمات الطور المنتشر بين 5 و200 نانومتر تقريبًا . [ 31 ] تشكل الجسيمات الذائبة الأصغر من ذلك محلولًا بدلًا من الغرواني. تُعد الأنظمة الغروية (وتسمى أيضًا المحاليل الغروية أو المعلقات الغروية) موضوعًا لعلم الأسطح البينية والغروانيات . يمكن أن تبقى المواد الصلبة المعلقة في سائل، بينما تشكل الجسيمات الصلبة أو السائلة المعلقة في غاز معًا رذاذًا . يمكن أيضًا أن تكون الجسيمات معلقة على شكل جسيمات دقيقة في الغلاف الجوي ، والتي قد تُشكل تلوثًا للهواء . وبالمثل، يمكن أن تُشكل الجسيمات الأكبر حجمًا حطامًا بحريًا أو حطامًا فضائيًا . يمكن وصف تكتل الجسيمات الصلبة المنفصلة ذات الحجم العياني بأنها مادة حبيبية .

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 "جسيم - معجم الأرصاد الجوية" . glossary.ametsoc.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2026-03-09 .
  2. ↑ "جسيم" . قاموس أكسفورد الإنجليزي ( الطبعة الثالثة). مطبعة جامعة أكسفورد . سبتمبر 2005. 
  3. ↑ لامب ، تي دبليو؛ ويتمان، آر في (1969). ميكانيكا التربة . جون وايلي وأولاده . ص 18. ISBN  978-0-471-51192-2كلمة "جسيمي" تعني "متعلق بنظام الجسيمات أو به" .
  4. ↑ إف دبليو سيرز؛ إم دبليو زيمانسكي (1964). "اتزان الجسيم". فيزياء الجامعة ( الطبعة الثالثة). أديسون-ويسلي . ص 27. LCCN 63015265. يُطلق على الجسم الذي يُهمل دورانه لعدم أهميته اسم الجسيم. قد يكون الجسيم صغيرًا جدًا لدرجة أنه يُقارب نقطة، أو قد يكون بأي حجم، شريطة أن تتقاطع خطوط تأثير جميع القوى المؤثرة عليه في نقطة واحدة.   
  5. ↑ دوبينسكي، ج. (2003). "ديناميكيات المجرات وعلم الكونيات على مرصد ماكنزي" . المعهد الكندي للفيزياء الفلكية النظرية . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2021-11-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2011-02-24 .
  6. ↑ كوبولا، ج.؛ لا باربيرا، ف.؛ كاباتشيولي، م. (2009). "نماذج المجرات السيرسيكية ذات الهالة السيرسيكية للمجرات المبكرة: أداة لمحاكاة الأجسام المتعددة" . منشورات الجمعية الفلكية للمحيط الهادئ . 121 (879): 437. arXiv : 0903.4758 . Bibcode : 2009PASP..121..437C . doi : 10.1086/599288 .
  7. ↑ "جسيم دون ذري" . YourDictionary.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2011-03-05 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-02-08 .
  8. ↑ إيزبرغ، ر.؛ ريسنيك، ر. (1985). "حلول معادلات شرودنغر غير المعتمدة على الزمن" . فيزياء الكم للذرات والجزيئات والمواد الصلبة والنوى والأيونات والمركبات والجسيمات ( الطبعة الثانية). جون وايلي وأولاده . الصفحات 214-226 . ISBN   978-0-471-87373-0.
  9. ↑ ريف، ف. (1965). "الإحصاء الكمي للغازات المثالية - الحالات الكمية لجسيم واحد". أساسيات الفيزياء الإحصائية والحرارية . ماكجرو هيل . الصفحات من 7 إلى 10. ISBN  978-0-07-051800-1.
  10. ↑ إيزبرغ، ر.؛ ريسنيك، ر. (1985). "الفوتونات - خصائص الإشعاع الشبيهة بالجسيمات" . فيزياء الكم للذرات والجزيئات والمواد الصلبة والنوى والجسيمات (الطبعة الثانية ). جون وايلي وأولاده . الصفحات 26-54 . ISBN   978-0-471-87373-0.
  11. ↑ إيزبرغ، ر.؛ ريسنيك، ر. (1985). "مسلمة دي برولي - الخصائص الموجية للجسيمات" . فيزياء الكم للذرات والجزيئات والمواد الصلبة والنوى والجسيمات (الطبعة الثانية ). جون وايلي وأولاده . الصفحات 55-84 . ISBN   978-0-471-87373-0.
  12. ↑ ريف، ف. (1965). "الإحصاء الكمي للغازات المثالية - الجسيمات المتطابقة ومتطلبات التناظر" . أساسيات الديناميكا الإحصائية والحرارية . ماكجرو هيل . ص 331 وما بعدها . ISBN  978-0-07-051800-1.
  13. ↑ ريف، ف. (1965). "الإحصاء الكمي للغازات المثالية - الآثار الفيزيائية للعد الكمي للحالات" . أساسيات الديناميكا الإحصائية والحرارية . ماكجرو هيل . ص 353-360 . ISBN  978-0-07-051800-1.
  14. 1 2 بنروز، روجر (2005). الطريق إلى الواقع: دليل شامل لقوانين الكون ( الطبعة الأولى). نيويورك: إيه إيه كنوبف. ISBN  978-0-679-45443-4.
  15. 1 2 ويلكزك، فرانك (2003). "أصل الكتلة" (ملف PDF) . حولية الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . الصفحات 24-35 . 
  16. 1 2 أوكيف، مادلين (23 يوليو 2019). "لا يمكن إيقاف الجسيمات عديمة الكتلة" . مجلة التناظر .
  17. ↑ "جسيم مركب" . YourDictionary.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 15-11-2010 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-02-2010 .
  18. ↑ "الجسيم الأولي" . YourDictionary.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 14-10-2010 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-02-2010 .
  19. ↑ ديسوزا، آي إيه؛ كالمان، سي إس (1992). البريونات: نماذج من اللبتونات والكواركات وبوزونات القياس كأجسام مركبة . وورلد ساينتيفيك . ISBN 978-981-02-1019-9.
  20. ↑ واينبرغ، ستيفن (1997). "ما هو الجسيم الأولي؟" . خط الحزمة . 27 (1): 17-21 .
  21. ↑ كويغ، كريس (1997). "الجسيمات الأولية: الأمس واليوم والغد" . خط الحزمة . 27 (1): 22-29 .
  22. ↑ المجلس الوطني الأمريكي للبحوث (1990). "ما هو الجسيم الأولي؟" . فيزياء الجسيمات الأولية . المجلس الوطني الأمريكي للبحوث . ص 19. ISBN  0-309-03576-7.
  23. ↑ ساكس، إيفو؛ سين، سيدهارتا؛ سيكستون، جيمس (11 مايو 2006). عناصر الميكانيكا الإحصائية: مع مقدمة في نظرية الحقل الكمومي والمحاكاة العددية ( الطبعة الأولى). مطبعة جامعة كامبريدج. doi : 10.1017/cbo9780511755620 . ISBN  978-0-521-84198-6.
  24. ↑ ريف، ف. (1965). "الوصف الإحصائي لأنظمة الجسيمات" . أساسيات الفيزياء الإحصائية والحرارية . ماكجرو هيل . ص 47 وما بعدها . ISBN  978-0-07-051800-1.
  25. ↑ ديمترودر، فولفغانغ (2024). الفيزياء الفلكية . محاضرات جامعية في الفيزياء. تشام: سبرينغر. ISBN 978-3-031-22135-4.
  26. ↑ لونغ إير، مالكولم س. (2023). "تكوين المجرات" . مكتبة علم الفلك والفيزياء الفلكية . doi : 10.1007/978-3-662-65891-8 . ISBN 978-3-662-65890-1ISSN 0941-7834​​ 
  27. 1 2 غرابز، أ. (20 مارس 2000). "طرق محاكاة الجسيمات/الأجسام المتعددة" . مؤرشف من الأصل في 5 أبريل 2001. تم الاسترجاع في 18 أبريل 2019 .
  28. ↑ وكالة حماية البيئة الأمريكية، مكتب البحوث الزراعية (19 أبريل 2016). "أساسيات الجسيمات العالقة" . www.epa.gov . تاريخ الاطلاع: 9 مارس 2016 .
  29. ↑ لامب ، تي دبليو؛ ويتمان، آر في (1969). ميكانيكا التربة . جون وايلي وأولاده . ص 18. ISBN  978-0-471-51192-2كلمة "جسيمي" تعني "متعلق بنظام الجسيمات أو به" .
  30. ↑ "الغرواني" . موسوعة بريتانيكا . 1 يوليو 2014. تم الاسترجاع في 19 فبراير 2026 .
  31. ↑ ليفين ، إن (2001). الكيمياء الفيزيائية ( الطبعة الخامسة). ماكجرو هيل . ص 955. ISBN   978-0-07-231808-1.

للمزيد من القراءة

  • "ما هي الجسيمات؟" . جامعة فلوريدا ، مركز أبحاث هندسة الجسيمات. 23 يوليو 2010. مؤرشف من الأصل في 23 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه في 10 سبتمبر 2015 .
  • غريفيث، دي جيه (2008). مقدمة في فيزياء الجسيمات (  الطبعة الثانية). وايلي-في سي إتش . رقم ISBN 978-3-527-40601-2.
  • ألونسو، م.؛ فين، إي جيه (1967). "ديناميكا الجسيم". الفيزياء الجامعية الأساسية، المجلد 1. أديسون -ويسلي . LCCN 66010828 . 
  • ألونسو، م.؛ فين، إي جيه (1967). "ديناميكيات نظام الجسيمات". الفيزياء الجامعية الأساسية، المجلد 1. أديسون -ويسلي . LCCN 66010828 . 
  • سيغال، س. (بدون تاريخ). "ما هي الجسيمات؟ - التعريف والنظرية" . كيمياء المرحلة الثانوية: مساعدة ومراجعة . Study.com. الفصل 4، الدرس 6.
  • "دليل أساسي لتوصيف الجسيمات" (ملف PDF) . شركة مالفيرن للأجهزة . 2015. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 20 سبتمبر 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 نوفمبر 2016 .