1451-سلسلة ‫#‏فيزياء_الجسيمات | الحلقة 12: عالم الذرة: ما هو الإلكترون وكيف تم اكتشافه ؟

توقفنا في الحلقة السابقة عند سؤال ، ما هو الإلكترون وكيف تم اكتشافه ؟

كلنا يعلم حاليا أن الذرة ليست أصغر جزء من المادة، فهي تحتوي على إلكترونات وبروتونات ونيوترونات ؛ ولكن كيف تم اكتشاف كل مكون من مكونات الذرة ؟

لم يكن لمفهوم الإلكترون أن يظهر لولا إعلان “أليساندرو فولتا Allesandro Volta” في العشرين من مارس عام 1800 عند اختراعه لعمود فولتا، وهو الصورة البدائية للعمود الجاف (البطارية)، عندما جمع بين معدنين مختلفين هما الخارصين والفضة ، بعد أن فصل بينهما بقطعة من قماش بللها في محلول من ملح، وربط هذا الزوج بمثله ثم بمثله ، فلما تسلسلت ، أعطت السلسلة تياراً كهربائياً ضعيفاً ، تزداد قوته بزيادة طول السلسلة .

أوقد هذا الاختراع شعلة في رأس “جونز برزيليوس Jons Berzelius” ، وأخذ يعمل على إمرار الكهرباء القادمة من عمود فولتا خلال محاليل المركبات ، وأعلن بعد عامين من اختراع عمود فولتا أن العناصر المعدنية (الأيونات الموجبة من محلول المركب بالمفهوم الحديث) تذهب دائماً الى القطب السالب المربوط بعمود فولتا ، بينما العناصر غير المعدنية (الأيونات السالبة من محلول المركب بالمفهوم الحديث) تذهب دائماً الى القطب الموجب …

قام الفيزيائي الألماني “يوهان فيلهلم هتورف” بدراسة التوصيل الكهربائي على الغازات المتخلخلة، فاكتشف سنة 1869 وهج منبعث من مهبط يزداد بالحجم عند تقليل ضغط الغاز.
وفي سنة 1876 أظهر الفيزيائي الألماني “يوجين غولدشتاين” أن أشعة هذا الوهج له ظل، فأطلق عليه اسم لهم أشعة الكاثود.
وفي السبعينات من نفس القرن طور الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي السير “وليام كروكس” أول أنبوب أشعة الكاثود مفرغة بالداخل. ثم أظهر بعد ذلك بأن أشعة التلألؤ التي تظهر داخل أنبوب تحمل طاقة وتنتقل من القطب السالب إلى القطب الموجب. بالإضافة إلى أنه كان قادرا على تحريك الأشعة عند تطبيق مجال مغناطيسي عليها، مما يدل على أن الشعاع تصرف كما لو كان سالب الشحنة، فاقترح سنة 1879 أنه بالإمكان تفسير تلك الخصائص من خلال ما أسماه مادة مشعة، وألمح إلى أن قد تكون هذه الحالة الرابعة للمادة التي تتكون من جزيئات سالبة الشحنة تنطلق بسرعة عالية من الكاثود.

في عام 1896، قرر “طومسون” أن يصمم بعض التجارب التي ستضع بدورها حدا لتلك الجدالات، فصمم أنبوب الأشعة المهبطية Cathode Ray Tube، وبدأ باكتشافاته واحداً تلو آخر، حيث استنتج من تجاربه بدايةً أنها أشعة ذات شحنة سالبة، ومن ثم توصل إلى أنها تتأثر بالحقل المغناطيسي الذي يحرفها عن مسارها المستقيم، وأخيراً، توصل إلى أنها تتأثر بالحقل الكهربائي الذي حرفها عن مسارها عند وصل بطارية على طرفي الأنبوب.

جاءت تسمية “إلكترون electron” بواسطة العالم الفيزيائي “جورج ستوني” عام 1891 كأصغر جسيم كهربائي، واستمرت بعد ذلك تسمية الجسيمات باللاحقة on، فمثلاً، جسيم الضوء سُمي فوتون، وجسيم الصوت سُمي فونون … وهكذا.

لقد اكتشف الفيزيائيون فى وقت ما أن المادة تتكون من ذرات ، فتم اعتبار الذرات عبارة عن جسيمات أولية ، ثم سرعان ما تم تفتيت الذرة ووجد انها تتكون من نواة موجبة الشحنة و الكترونات سالبة الشحنة تدو حول النواة ، واكتشف ايضاً ان النواة نفسها تتكون من جسيمات صغيرة و هى البرتونات والنيوترونات وهى تسمى بنُويدات (النُويدة تصغير لكلمة نواة وتعني إما البرتون او النيوترون) ..

وهكذا تم التخلى عن مفهوم الذرة كجسيم اولي واعُتبرت الالكترونات والنويدات عبارة عن جسيمات أولية.
ولكن لاحقاً وجد ان النُويدة بدورها تتكون من جسيمات اصغر وابسط منها, وهذه الجسيمات تسمى بالكواركات ، و لهذا السبب نحن الان نعتبر الالكترونات والكوركات عبارة عن جسيمات أولية .

فهل يا تُرى سوف ياتى يوم نستطيع فيه ان نقسم الكوارك او الالكترون الى جسيمات اصغر وابسط؟ وهل سوف يستمر هذا المسلسل من التقسيمات الى الأبد؟
هذا ما سيجيب عنه العلم مستقبلا، ولكن يحضرنا الآن سؤال وهو كيف نستطيع ان نُحدد ما اذا كان الجسيم (أ) اولياً أم لا؟

لمعرفة ذلك تابعونا في الحلقة القادمة إن شاء الله..
‫#‏الباحثون_المسلمون