ثابت البناء الدقيق

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

ثابت البناء الدقيق في الفيزياء (بالإنجليزية: fine-structure constant ) هو أحد الثوابت الرئيسية في الفيزياء حيث أنه ثابت ربط يعين شدة التآثر الضعيف أو التآثر الكهرومغناطيسي. ويرمز لثابت البناء الدقيق عادة α حيث أنها كمية مطلقة ليس لها وحدات. وقد أدخل العالم الألماني أرنولد سومرفيلد ثابت البناء الدقيق في الفيزياء الذرية عام 1916 ، وبواسطته أمكن تفسير طيف المواد حيث يلعب دورا هاما في حركة الإلكترون حول نواة الذرة .


تعريف[عدل]

يعرف ثابت البناء الدقيق α بالمعادلة:

\alpha = \frac{e^2}{(4 \pi \varepsilon_0)\hbar c} = \frac{e^2 c \mu_0}{2 h} = \frac{k_\mathrm{e} e^2}{\hbar c},

حيث:

وطبقا لنظام وحدات سنتيمتر-جرام-ثانية cgs تعرف وحدة الشحنة الكهربية بثابت كولوم ke وكذلك معامل السماحية الكهربائية 4πε0 يكون كل منهما مساويا 1 وبذلك تكون عددا مطلقا (ليس له وحدات) .

وعلى ذلك نحصل على معادلة ثابت البناء الدقيق في صورته المختصرة:

\alpha = \frac{e^2}{\hbar c}

وهو ثابت يكثر استخدامه في الفيزياء.

تاريخه[عدل]

أدخل أرنولد سومرفيلد ثابت البناء الدقيق في معادلاته عام 1916 لتكملة نظريته عن حيود خطوط الطيف للذرات عن تقديرات نموذج بور لبناء الذرة الناتجة عن تأثيرات النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين. وكان أول تفسير لهذا الثابت هو أنه النسبة بين سرعة الإلكترون في المدار الأول في نموذج بوهر إلى سرعة الضوء في الفراغ . [1]

وبالتالي فكان ثابت البناء الدقيق يعتبر النسبة بين الزخم الزاوي الأقصي التي تسمح به النظرية النسبية لمدار الإلكترون في الذرة وبين أقل زخم زاوي طبقا لحسابات ميكانيكا الكم . ويظهر هذا الثابت طبيعيا في تحليل سومرفيلد عند تعيين سعة انشقاق خطوط لايمان في طيف الهيدروجين.

كما توجد عدة تفسيرات أخرى ، ولكنها جميعا تعود على البناء الدقيق للذرات وتأثيره على الإلكترونات . [2]

مقداره[عدل]

طبقا لبيانات لجنة بيانات العلوم والتكنولوجيا الصادرة عام 2006 ، فقد سجلت قيمة الثابت α كالآتي: [3]

 \alpha = \frac{e^2}{\hbar c \ 4 \pi \varepsilon_0} = 7.297\,352\,5376(50) \times 10^{-3} = \frac{1}{137.035\,999\,679(94)}.

أو بالتقريب:

 \alpha  = \frac{1}{137}

وقد توصل العلماء إلى ثابت البنية الدقيقة من دراستهم لأطياف العناصر الكيميائية و على الأخص الهيدروجين (حيث أنه أبسط الذرات ) ، فعن طريق ثابت البنية الدقيقة يمكن حساب مقدار انفصال مستويات الطاقة في الذرة ، وما ينتج منها من أشعة عندما يقفز الإلكترون من مستوى عالي في الذرة إلى مستوى منخفض . كذلك نجح العلماء في تفسير خطوط الطيف المختلفة التي يدل كل منها على عنصر كيميائي بعينه بالحساب النظري الذي يستخدم ميكانيكا الكم .

اقرأ أيضا[عدل]

المراجع[عدل]

  1. ^ "Introduction to the Constants for Nonexperts – Current Advances: The Fine-Structure Constant and Quantum Hall Effect". The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. اطلع عليه بتاريخ 2009-04-11. 
  2. ^ P. Varlaki, L. Nadai, J. Bokor (2009). "Number Archetypes and Background Control Theory Concerning the Fine Structure Constant". Acta Polytechnica Hungarica 5 (2): 71. 
  3. ^ "Fine Structure Constant". The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 2006. اطلع عليه بتاريخ 2009-09-11.