يستعرض هذا التقرير نموذج المادة المظلمة ذاتية التفاعل (𝑺𝑰𝑫𝑴) كبديل واعد للنموذج القياسي للمادة المظلمة الباردة (𝑪𝑫𝑴) موضحاً كيف يمكن للتفاعلات بين جسيمات المادة المظلمة نفسها أن تحل التناقضات المرصودة في توزيع الكثافة داخل المجرات، مما يفتح آفاقا جديدة لفهم الطبيعة الجسيمية لهذا المكون الغامض من الكون.

افترض النموذج القياسي (𝜦 𝑪𝑫𝑴) أن المادة المظلمة بلا اصطدام (𝑪𝒐𝒍𝒊𝒔𝒊𝒐𝒏𝒍𝒆𝒔𝒔) أي أنها لا تتفاعل إلا عبر الجاذبية. ومع ذلك واجه هذا النموذج تحديات رصدية على المقاييس الصغيرة (حجم المجرات) مما استدعى اقتراح نموذج (𝑺𝑰𝑫𝑴) الذي يفترض وجود قوى تبادلية بين جسيمات المادة المظلمة تماثل في قوتها التفاعلات القوية بين البروتونات والنيوترونات.

تعتمد فكرة (𝑺𝑰𝑫𝑴) على أن جسيمات المادة المظلمة يمكنها الاصطدام ببعضها البعض وتبادل الزخم الزاوي مما يغير من هيكلية توزيعها في مراكز المجرات.
• نقل الطاقة الحرارية: في النموذج التقليدي، تتراكم المادة المظلمة بكثافة عالية جداً في مراكز المجرات (𝑪𝒖𝒔𝒑𝒔). لكن في نموذج (𝑺𝑰𝑫𝑴)، تؤدي التصادمات إلى نقل الطاقة من المناطق الخارجية الساخنة إلى المركز البارد، مما يعمل على تسطيح توزيع الكثافة وتحويل المركز من شكل مدبب (𝑪𝒖𝒔𝒑) إلى قلب مستوٍ (𝑪𝒐𝒓𝒆).
• المقطع العرضي للتفاعل (𝝈/𝒎): لكي يكون النموذج فعالاً، يجب أن يكون المقطع العرضي للتفاعل (𝑪𝒓𝒐𝒔𝒔-𝒔𝒆𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏) لكل وحدة كتلة كبيراً بما يكفي للتأثير على ديناميكا المجرات ولكن صغيراً بما يكفي لعدم تعارضها مع أرصاد عناقيد المجرات الكبرى.

جاء نموذج (𝑺𝑰𝑫𝑴) ليعالج فجوات فشل النموذج التقليدي في تفسيرها:
• مشكلة المركز المدبب (𝑪𝒖𝒔𝒑 𝑪𝒐𝒓𝒆 𝑷𝒓𝒐𝒃𝒍𝒆𝒎): حيث تتوقع المحاكاة كثافة هائلة في مراكز المجرات القزمة بينما تظهر الأرصاد توزيعاً أكثر تجانساً.
• مشكلة الكثافة الزائدة (𝑻𝒐𝒐 𝑩𝒊𝒈 𝒕𝒐 𝑭𝒂𝒊𝒍): حيث يتوقع النموذج التقليدي وجود أقمار مجرية ضخمة بكثافة عالية لا نجد لها أثراً في الواقع و التفاعل الذاتي يقلل من هذه الكثافة المركزية ويجعلها تتوافق مع الأرصاد.

يُعرف معدل التفاعل (𝜞) لجسيم المادة المظلمة في هالة المجرة بالمعادلة:

𝜞 = 𝝆 (𝝈/𝒎) 𝒗_𝒓𝒆𝒍

حيث:
𝝆:
كثافة المادة المظلمة في الموقع المحدد.
𝝈/𝒎:
المقطع العرضي للتفاعل لكل وحدة كتلة (عادة ما يقاس بـ 𝒄𝒎²/𝒈 ).

تعتبر القيمة المثالية ل 𝝈/𝒎 التي تحل مشاكل المجرات هي حوالي 0.1 إلى 10 𝒄𝒎²/𝒈.

ومن المثير للاهتمام أن هذا التفاعل يمكن وصفه عبر جهد يوكاوا (𝒀𝒖𝒌𝒂𝒘𝒂 𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒕𝒊𝒂𝒍) الناتج عن تبادل جسيم وسيط خفيف (𝒎𝒆𝒅):

𝑽(𝒓) = ± 𝜶_𝑫 𝒆^(−𝒎_𝒎𝒆𝒅 𝒓) / 𝒓

حيث 𝜶_𝑫 هو ثابت الاقتران للمادة المظلمة، و 𝒎_𝒎𝒆𝒅 هي كتلة الجسيم الوسيط.

تشير (𝑺𝑰𝑫𝑴) إلى احتمال وجود قطاع خفي (𝑯𝒊𝒅𝒅𝒆𝒏 𝑺𝒆𝒄𝒕𝒐𝒓) من الجسيمات والقوى التي لا نشعر بها. تماماً كما تمتلك المادة العادية فوتونات وغلونات قد تمتلك المادة المظلمة فوتونات مظلمة (𝑫𝒂𝒓𝒌 𝑷𝒉𝒐𝒕𝒐𝒏𝒔) تتوسط هذه التفاعلات الذاتية. هذا يعني أن المادة المظلمة قد تكون معقدة وغنية بالفيزياء مثل المادة المرئية وليست مجرد جسيمات خاملة.

يعد رصد عنقود الطلقة (𝑩𝒖𝒍𝒍𝒆𝒕 𝑪𝒍𝒖𝒔𝒕𝒆𝒓) المختبر الحقيقي لاختبار حدود هذا النموذج فعند اصطدام عنقودين من المجرات تنفصل المادة المظلمة عن الغاز الساخن الذي يتباطأ بسبب التفاعلات الكهرومغناطيسية. في نموذج (𝑺𝑰𝑫𝑴) إذا كان التفاعل الذاتي قوياً جداً وثابتاً ستتباطأ المادة المظلمة وتتخلف عن مجراتها المرئية بشكل ملحوظ.
القيود الحالية المستمدة من هذه الاصطدامات تضع حداً أعلى صارماً للمقطع العرضي (حوالي 1𝒄𝒎²/𝒈 عند السرعات العالية) ولتجاوز هذا التعارض ابتكر الفيزيائيون نماذج يكون فيها المقطع العرضي معتمداً على السرعة (𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒕𝒚-𝒅𝒆𝒑𝒆𝒏𝒅𝒆𝒏𝒕 𝒄𝒓𝒐𝒔𝒔 𝒔𝒆𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏).
تكمن أهمية هذه الآلية في أن السرعة النسبية (𝒗_𝒓𝒆𝒍) تعمل كمفتاح لضبط قوة التأثير:

• في المجرات القزمة (سرعات منخفضة): يكون التفاعل رنينياً أو قوياً جداً، مما يحل معضلة المركز المدبب بنجاح.
• في العناقيد الكبرى (سرعات عالية): يضعف التفاعل بشكل تلقائي مما يجعله متوافقاً مع أرصاد عنقود الطلقة وعدم وجود تفاوت (𝑶𝒇𝒇𝒔𝒆𝒕) ملحوظ.

تمثل المادة المظلمة ذاتية التفاعل جسراً بين علم الكونيات المرصود وفيزياء الجسيمات النظرية. فهي لا تكتفي بتفسير السؤال أين توجد المادة المظلمة، بل تعطينا تلميحات جوهرية حول ما هي هذه المادة وكيف تتحدث مع نفسها بعيداً عن أعيننا.

1. 𝑺𝒑𝒆𝒓𝒈𝒆𝒍, 𝑫. 𝑵., & 𝑺𝒕𝒆𝒊𝒏𝒉𝒂𝒓𝒅𝒕, 𝑷. 𝑱. (𝟐𝟎𝟎𝟎). 𝑶𝒃𝒔𝒆𝒓𝒗𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏𝒂𝒍 𝑬𝒗𝒊𝒅𝒆𝒏𝒄𝒆 𝒇𝒐𝒓 𝑺𝒆𝒍𝒇-𝑰𝒏𝒕𝒆𝒓𝒂𝒄𝒕𝒊𝒏𝒈 𝑪𝒐𝒍𝒅 𝑫𝒂𝒓𝒌 𝑴𝒂𝒕𝒕𝒆𝒓. 𝑷𝒉𝒚𝒔𝒊𝒄𝒂𝒍 𝑹𝒆𝒗𝒊𝒆𝒘 𝑳𝒆𝒕𝒕𝒆𝒓𝒔, 𝟖𝟒(𝟏𝟕), 𝟑𝟕𝟔𝟎.

2. 𝑻𝒖𝒍𝒊𝒏, 𝑺., & 𝒀𝒖, 𝑯. 𝑩. (𝟐𝟎𝟏𝟖). 𝑫𝒂𝒓𝒌 𝑴𝒂𝒕𝒕𝒆𝒓 𝑺𝒆𝒍𝒇-𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒂𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏𝒔 𝒂𝒏𝒅 𝑺𝒎𝒂𝒍𝒍 𝑺𝒄𝒂𝒍𝒆 𝑺𝒕𝒓𝒖𝒄𝒕𝒖𝒓𝒆. 𝑷𝒉𝒚𝒔𝒊𝒄𝒔 𝑹𝒆𝒑𝒐𝒓𝒕𝒔, 𝟕𝟑𝟎, 𝟏-𝟓𝟕.

يستعرض هذا التقرير تجربة الشق المزدوج، التي تُعد أجمل تجربة في الفيزياء وفقاً لاستطلاع مجلة 𝑷𝒉𝒚𝒔𝒊𝒄𝒔 𝑾𝒐𝒓𝒍𝒅 موضحاً كيف كشفت هذه التجربة عن الطبيعة المزدوجة للمادة والضوء وكيف أعادت صياغة مفهومنا للواقع الفيزيائي من خلال مبدأ التراكب الكمي وانهيار الدالة الموجية عند القياس.

عام 1801 كان توماس يونغ يحاول إثبات طبيعة الضوء الموجية لكنها تحولت في القرن العشرين إلى اساس لميكانيكا الكم عندما طُبقت على الإلكترونات والجسيمات المادية. أثبتت التجربة أن الجسيمات لا تسلك سلوكاً كلاسيكياً كما نتوقع بل تعيش في حالة من الاحتمالات حتى يتم رصدها.

تعتمد التجربة على إطلاق شعاع ضوء أو إلكترونات عبر حاجز يحتوي على شقين ضيقين مع وجود شاشة رصد في الخلف.

• نمط التداخل (𝑰𝒏𝒕𝒆𝒓𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒆 𝑷𝒂𝒕𝒕𝒆𝒓𝒏): بدلاً من ظهور خطين مستقيمين خلف الشقين (كما يُتوقع من الأجسام الكلاسيكية) يظهر نمط من الأهداب المضيئة والمظلمة، هذا النمط هو نتيجة تداخل الموجات حيث تقوي القمم بعضها البعض تداخل بناء أو تلغي بعضها تداخل هدام.
• إطلاق الجسيمات فرادى: المذهل حقاً هو أنه حتى عند إطلاق الإلكترونات واحداً تلو الآخر يظل نمط التداخل يظهر بمرور الوقت. هذا يعني أن كل إلكترون يمر عبر الشقين في آن واحد كتراكب موجي ويتداخل مع نفسه قبل أن يصطدم بالشاشة كجسيم نقطي.

هنا يظهر لغز الكم: ماذا يحدث لو حاولنا معرفة من أي شق مر الجسيم؟

• القياس (𝑴𝒆𝒂𝒔𝒖𝒓𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕): عند وضع كاشف عند الشقين لتحديد مسار الجسيم (𝑾𝒉𝒊𝒄𝒉-𝒘𝒂𝒚 𝒊𝒏𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏)، يختفي نمط التداخل فوراً ويظهر نمط الجسيمات الكلاسيكي المكون من خطين فقط.
• الانهيار وفك الترابط (𝑪𝒐𝒍𝒍𝒂𝒑𝒔𝒆 ـ 𝑫𝒆𝒄𝒐𝒉𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒆): فعل الملاحظة لا يشترط وجود مراقب بشري بل إن أي تفاعل فيزيائي بين المنظومة الكمية وجهاز القياس أو حتى البيئة المحيطة يؤدي إلى ظاهرة فك الترابط الكمي (𝑸𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 𝑫𝒆𝒄𝒐𝒉𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒆) هذا التفاعل يتسبب في تسرب المعلومات الكمية إلى الوسط المحيط مما يجبر المنظومة على ترك حالة التراكب واختيار مسار واحد محدد وهو ما يُعرف بانهيار الدالة الموجية.

توصَف المنظومة قبل القياس بالدالة الموجية (𝚿) التي تمثل تراكباً خطياً (𝑳𝒊𝒏𝒆𝒂𝒓 𝑺𝒖𝒑𝒆𝒓𝒑𝒐𝒔𝒊𝒕𝒊𝒐𝒏) لحالتين:

𝚿 = 𝝍_𝟏 + 𝝍_𝟐

حيث 𝝍_𝟏 هي الدالة الموجية للمرور من الشق الأول، و 𝝍_𝟐 من الشق الثاني.
أما كثافة الاحتمالية (𝑷) لرصد الجسيم على الشاشة فهي مربع القيمة المطلقة للدالة الموجية:

𝑷 = |𝚿|^𝟐 = |𝝍_𝟏 + 𝝍_𝟐|^𝟐 = |𝝍_𝟏|^𝟐 + |𝝍_𝟐|^𝟐 + 𝟐|𝝍_𝟏||𝝍_𝟐| 𝒄𝒐𝒔(𝝓)

الحد 𝟐|𝝍_𝟏||𝝍_𝟐| 𝒄𝒐𝒔(𝝓) هو حد التداخل (𝑰𝒏𝒕𝒆𝒓𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒆 𝑻𝒆𝒓𝒎)، وهو المسؤول عن ظهور الأهداب. إذا عرفنا المسار، يختفي هذا الحد رياضياً وتصبح
𝑷 = |𝝍_𝟏|²+|𝝍_𝟐|²

كما تحكم علاقة دي برولي (𝑫𝒆 𝑩𝒓𝒐𝒈𝒍𝒊𝒆) الطول الموجي للجسيمات المادية:
𝝀 = 𝒉/𝒑
حيث 𝒉 هو ثابت بلانك و 𝒑 هو زخم الجسيم.

• حدود العالم الكلاسيكي (𝑻𝒉𝒆 𝑪𝒍𝒂𝒔𝒔𝒊𝒄𝒂𝒍 𝑳𝒊𝒎𝒊𝒕): تفسر هذه العلاقة سبب غياب الظواهر الكمية في الأجسام الجهرية (𝑴𝒂𝒄𝒓𝒐) فعندما تكون كتلة الجسم وزخمه كبيرين جداً مقارنة بثابت بلانك الضئيل يصبح الطول الموجي مرافقاً للجسم صغيراً للغاية (أصغر من أبعاد أي شق في الواقع) مما يجعل رصد نمط التداخل مستحيلاً عملياً. وهذا هو السبب في أن أجساماً مثل كرة التنس تسلك سلوكاً جسيمياً بحتاً ولا تظهر أي خصائص موجية عند مرورها من فتحتين.

تعد تجربة الممحاة الكمية ذات الاختيار المؤجل (𝑸𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 𝑬𝒓𝒂𝒔𝒆𝒓) النسخة الأكثر تعقيداً حيث أثبتت أننا إذا قمنا بقياس مسار الجسيم ثم مسحنا تلك المعلومة لاحقاً فإن نمط التداخل يعود للظهور هذا يشير إلى أن الطبيعة لا تقرر كيف تتصرف (كموجة أو جسيم) إلا بناءً على توفر المعلومات بغض النظر عن الزمان.

أدت هذه التجربة إلى ظهور تفسير كوبنهاجن وتفسير العوالم المتعددة، حيث لا يزال الفيزيائيون يتساءلون: هل يخلق وعينا الواقع أم أن المنظومة تنهار بمجرد التفاعل مع البيئة (𝑫𝒆𝒄𝒐𝒉𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒆)؟

1. 𝑭𝒆𝒚𝒏𝒎𝒂𝒏, 𝑹. 𝑷., 𝑳𝒆𝒊𝒈𝒉𝒕𝒐𝒏, 𝑹. 𝑩., & 𝑺𝒂𝒏𝒅𝒔, 𝑴. (𝟏𝟗𝟔𝟓). 𝑻𝒉𝒆 𝑭𝒆𝒚𝒏𝒎𝒂𝒏 𝑳𝒆𝒄𝒕𝒖𝒓𝒆𝒔 𝒐𝒏 𝑷𝒉𝒚𝒔𝒊𝒄𝒔, 𝑽𝒐𝒍. 𝑰𝑰𝑰. 𝑨𝒅𝒅𝒊𝒔𝒐𝒏-𝑾𝒆𝒔𝒍𝒆𝒚.
2. 𝑻𝒐𝒏𝒐𝒎𝒖𝒓𝒂, 𝑨., 𝒆𝒕 𝒂𝒍. (𝟏𝟗𝟖𝟗). 𝑫𝒆𝒎𝒐𝒏𝒔𝒕𝒓𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 𝒐𝒇 𝒔𝒊𝒏𝒈𝒍𝒆-𝒆𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐𝒏 𝒃𝒖𝒊𝒍𝒅-𝒖𝒑 𝒐𝒇 𝒂𝒏 𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒆 𝒑𝒂𝒕𝒕𝒆𝒓𝒏. 𝑨𝒎𝒆𝒓𝒊𝒄𝒂𝒏 𝑱𝒐𝒖𝒓𝒏𝒂𝒍 𝒐𝒇 𝑷𝒉𝒚𝒔𝒊𝒄𝒔.
3. 𝒀𝒐𝒖𝒏𝒈, 𝑻. (𝟏𝟖𝟎𝟒). 𝑶𝒏 𝒕𝒉𝒆 𝒏𝒂𝒕𝒖𝒓𝒆 𝒐𝒇 𝒍𝒊𝒈𝒉𝒕 𝒂𝒏𝒅 𝒄𝒐𝒍𝒐𝒖𝒓𝒔. 𝑷𝒉𝒊𝒍𝒐𝒔𝒐𝒑𝒉𝒊𝒄𝒂𝒍 𝑻𝒓𝒂𝒏𝒔𝒂𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏𝒔 𝒐𝒇 𝒕𝒉𝒆 𝑹𝒐𝒚𝒂𝒍 𝑺𝒐𝒄𝒊𝒆𝒕𝒚.

خنفساء الجوهرة

التصنيف العلمي

الشكل والخصائص

الموطن والانتشار (في العراق)

دورة الحياة

كشفت دراسة أُجريت من قبل باحثين في جامعة برلين (ومنهم الباحثة كارولينسكا ديميترش ) على نوع من الضفادع يعرف بالضفدع الشائع (Rana temporaria) أن إناث هذا النوع طوّرت عدة سلوكيات دفاعية لتفادي إزعاج الذكور خلال موسم التزاوج
أحد أبرز هذه السلوكيات هو التصلب الدفاعي (Thanatosis) ويعرف أيضاً بـ”التظاهر بالموت” حيث تقوم الأنثى بمد أطرافها وتبقى ساكنة تماماً وكأنها ميتة لعدة دقائق مما يؤدي إلى فقدان الذكر اهتمامه وابتعاده عنها
كما لوحظ أن الإناث قد تصدر أصواتاً خفيفة أو نقرات تشبه أصوات الذكور بهدف إرباك الذكر ودفعه للاعتقاد بأنها ليست أنثى مناسبة للتزاوج
وفي بعض الحالات تلجأ الأنثى إلى الحركة العنيفة أو الدوران والتدحرج لمحاولة الإفلات من قبضة الذكر
لماذا يحدث هذا السلوك؟
الأمر لا يتعلق بالرفض بالمعنى البشري بل هو آلية بقاء ففي موسم التكاثر قد يحيط عدد كبير من الذكور بالأنثى ويحاولون التزاوج معها بشكل متكرر مما قد يسبب لها إجهاداً أو إصابات لذلك تلجأ هذه السلوكيات لتقليل الضغط عليها وتحسين فرصها في اختيار شريك مناسب لاحقاً وبالتالي زيادة نجاح التكاثر

يستعرض هذا التقرير رحلة الكشف عن أول جسيم دون ذري في تاريخ الفيزياء الإلكترون، من خلال دراسة أشعة الكاثود (أشعة المهبط).
كما يوضح التقرير كيف انتقل العلم من فكرة الذرة المصمتة غير القابلة للانقسام إلى فهم البنية الداخلية للمادة معتمداً على عبقرية جوزيف جون طومسون (J.J. Thomson) في دمج الميكانيكا الكلاسيكية مع الكهرومغناطيسية.

في أواخر القرن التاسع عشر كان الغموض يلف الأنابيب المفرغة التي ينبعث منها توهج غريب عند تطبيق جهد عالي حيث تساءل العلماء: هل هذه الأشعة موجات كهرومغناطيسية (مثل الضوء) أم أنها جسيمات مادية؟
في عام 1897 حسم طومسون الجدل بتجربته الشهيرة التي أثبتت أن هذه الأشعة تتكون من جسيمات مشحونة بشحنة سالبة وأصغر بآلاف المرات من ذرة الهيدروجين.

تتولد أشعة الكاثود داخل أنبوب زجاجي مفرغ جزئياً من الهواء يحتوي على قطبين معدنيين: الكاثود (المهبط) والأنود (المصعد).

• الانبعاث الحراري: عند تطبيق فرق جهد عال تنطلق الجسيمات من القطب السالب (الكاثود) نحو القطب الموجب (الأنود).

• الخصائص الجوهرية: اكتشف العلماء أن هذه الأشعة تسير في خطوط مستقيمة وتسبب توهجاً للمواد الفلورية ولها تأثير حراري والأهم من ذلك أنها تنحرف بتأثير المجالات الكهربائية والمغناطيسية.

• الطبيعة الجسيمية: أثبت انحراف الأشعة نحو القطب الموجب أنها تحمل شحنة سالبة بينما أثبتت قدرتها على تحريك عجلة مروحية صغيرة داخل الأنبوب أن لها كتلة وزخماً (Momentum).

لم يستطع طومسون قياس كتلة الإلكترون أو شحنته بشكل منفرد في البداية لكنه استطاع قياس النسبة بينهما من الشحنة إلى الكتلة وهي القيمة التي أثبتت أن هذا الجسيم عالمي ويوجد في كل المواد.
قام طومسون بتعريض الأشعة لمجالين متعامدين كهربائي E ومغناطيسي B بحيث تلغي القوة الكهربائية أثر القوة المغناطيسية مما يسمح للأشعة بالمرور دون انحراف.

تعتمد الحسابات على توازن القوى المؤثرة على الجسيم المشحون:
أولاً: قوة لورنتز (𝑳𝒐𝒓𝒆𝒏𝒕𝒿 𝑭𝒐𝒓𝒄𝒆):
عند مرور الإلكترون في مجالين متعامدين، تكون القوة الكهربائية 𝑭_𝒆 والمغناطيسية 𝑭_𝒎:

𝑭_𝒆 = 𝒒𝑬

𝑭_𝒎 = 𝒒𝒗𝑩

عند حدوث الاتزان اي عند مرور الشعاع مستقيماً:
𝒒𝑬 = 𝒒𝒗𝑩 ⟹ 𝒗 = 𝑬/𝑩

وهنا استطاع طومسون حساب سرعة الإلكترونات (𝒗).

ثانياً: حساب النسبة (𝒆/𝒎):
بإزالة المجال الكهربائي وترك المجال المغناطيسي فقط، يتحرك الإلكترون في مسار دائري بنصف قطر (r) تحت تأثير القوة المركزية:
𝒎𝒗²/𝒓 = 𝒆𝒗𝑩

وبتعويض قيمة السرعة (𝒗) نصل للمعادلة النهائية للنسبة النوعية:

𝒆/𝒎 = 𝑬/(𝑩²𝒓)

القيم الثابتة:
• شحنة الإلكترون (𝒆): 𝟏.𝟔𝟎𝟐 × 𝟏𝟎⁻¹⁹ 𝐂(قاسها ميليكان لاحقاً).
• كتلة الإلكترون (𝒎_𝒆): 𝟗.𝟏𝟎𝟗 × 𝟏𝟎⁻³¹ 𝒌𝒈
• النسبة النوعية (𝒆/𝒎): تقريبا 𝟏.𝟕𝟓𝟖 × 𝟏𝟎¹¹ 𝑪/𝒌𝒈

بعد هذا الاكتشاف وضع طومسون أول نموذج ذري حديث. اقترح أن الذرة عبارة عن كرة متجانسة من الشحنات الموجبة وتغرس داخلها الإلكترونات السالبة، ورغم أن هذا النموذج تم تصحيحه لاحقاً بواسطة رذرفورد إلا أنه كان الخطوة الأولى لكسر مفهوم الذرة المصمتة.

𝟏. 𝐓𝐡𝐨𝐦𝐬𝐨𝐧, 𝐉. 𝐉. (𝟏𝟖𝟗𝟕). 𝐂𝐚𝐭𝐡𝐨𝐝𝐞 𝐑𝐚𝐲𝐬. 𝐏𝐡𝐢𝐥𝐨𝐬𝐨𝐩𝐡𝐢𝐜𝐚𝐥 𝐌𝐚𝐠𝐚𝐳𝐢𝐧𝐞, 𝟒𝟒(𝟐𝟔𝟗), 𝟐𝟗𝟑-𝟑𝟏𝟔.
𝟐. 𝐅𝐚𝐥𝐜𝐨𝐧𝐞𝐫, 𝐈. (𝟏𝟗𝟗𝟕). 𝐂𝐨𝐫𝐩𝐮𝐬𝐜𝐥𝐞𝐬 𝐭𝐨 𝐞𝐥𝐞𝐜𝐭𝐫𝐨𝐧𝐬: 𝐉. 𝐉. 𝐓𝐡𝐨𝐦𝐬𝐨𝐧 𝐚𝐧𝐝 𝐭𝐡𝐞 𝐞𝐥𝐞𝐜𝐭𝐫𝐨𝐧. 𝐏𝐡𝐲𝐬𝐢𝐜𝐬 𝐄𝐝𝐮𝐜𝐚𝐭𝐢𝐨𝐧.
𝟑. 𝐌𝐢𝐥𝐥𝐢𝐤𝐚𝐧, 𝐑. 𝐀. (𝟏𝟗𝟏𝟑). 𝐎𝐧 𝐭𝐡𝐞 𝐄𝐥𝐞𝐦𝐞𝐧𝐭𝐚𝐫𝐲 𝐄𝐥𝐞𝐜𝐭𝐫𝐢𝐜𝐚𝐥 𝐂𝐡𝐚𝐫𝐠𝐞 𝐚𝐧𝐝 𝐭𝐡𝐞 𝐀𝐯𝐨𝐠𝐚𝐝𝐫𝐨 𝐂𝐨𝐧𝐬𝐭𝐚𝐧𝐭. 𝐏𝐡𝐲𝐬𝐢𝐜𝐚𝐥 𝐑𝐞𝐯𝐢𝐞𝐰.

يستعرض هذا التقرير اللحظة التاريخية التي كشفت أن الذرة ليست كيانا هادئا بل يمكنها إطلاق طاقة هائلة من تلقاء نفسها ،كما يوضح التقرير تجربة هنري بيكريل (𝑯𝒆𝒏𝒓𝒊 𝑩𝒆𝒄𝒒𝒖𝒆𝒓𝒆𝒍) عام 𝟏𝟖𝟗𝟔 وكيف مهدت الطريق لماري كوري (𝑴𝒂𝒓𝒊𝒆 𝑪𝒖𝒓𝒊𝒆) لصياغة مصطلح النشاط الإشعاعي مما فتح الباب أمام الفيزياء النووية الحديثة.
ساد الاعتقاد سابقا بأن العناصر الكيميائية ثابتة ولا تتغير ومع ذلك وبمحض الصدفة أثناء دراسة ظاهرة الفسفورية وجد بيكريل أن أملاح اليورانيوم تطلق أشعة تخترق الأجسام الصلبة وتؤثر على الألواح الفوتوغرافية دون الحاجة لمصدر خارجي للطاقة مثل ضوء الشمس وهو ما كان يتناقض مع قوانين حفظ الطاقة الكلاسيكية آنذاك.

النشاط الإشعاعي هو عملية تلقائية تتحلل فيها نواة الذرة غير المستقرة لتتحول إلى نواة أكثر استقراراً مطلقةً جسيمات أو موجات كهرومغناطيسية.
• وضع بيكريل عينة من اليورانيوم فوق لوح فوتوغرافي ملفوف بورق أسود في درج مظلم. بعد أيام وجد صورة واضحة للعينة على اللوح مما أثبت أن اليورانيوم يطلق إشعاعاً خاصاً به يخترق الورق.
• أنواع الإشعاع (𝑫𝒆𝒄𝒂𝒚 𝑻𝒚𝒑𝒆𝒔): لاحقاً ومن خلال تعريض هذه الأشعة لمجال مغناطيسي تبين أنها تنقسم إلى ثلاثة أنواع:
←أشعة ألفا (𝜶): جسيمات ثقيلة موجبة الشحنة، نوى الهيليوم.
←أشعة بيتا (𝜷): إلكترونات سريعة سالبة الشحنة وهي تشمل الإلكترونات (𝛽⁻) والبوزيترونات (𝛽⁺)
←أشعة غاما (𝜸): موجات كهرومغناطيسية عالية الطاقة لا تحمل شحنة.

اكتشف العلماء أن معدل تحلل النوى المشعة يتناسب طردياً مع عدد النوى الموجودة وهذا يؤدي إلى صياغة رياضية تعتمد على الدالة الأسية.

←توصف عملية التحلل بالمعادلة التفاضلية التالية:
𝑑𝑵/𝑑𝑡 = −𝜆 𝑵
• 𝑵:
عدد النوى المشعة المتبقية عند الزمن t.
• 𝜆:
ثابت التحلل (𝑫𝒆𝒄𝒂𝒚 𝑪𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕) وهو خاص بكل عنصر.
←المعادلة التكاملية للتحلل:
𝑵(𝑡) = 𝑵₀ 𝑒^(-𝜆 𝑡)
حيث 𝑵₀ هو عدد النوى في اللحظة الزمنية صفر.
←الزمن اللازم لتحلل نصف كمية المادة المشعة يحسب بالعلاقة التالية:
𝑡_(½) = 𝐼𝑛(𝟐)/𝜆 = 𝟎.𝟔𝟗𝟑/𝜆
←معادلة النشاط الإشعاعي (𝑨𝒄𝒕𝒊𝒗𝒊𝒕𝒚):
𝑨(𝒕) = 𝝀 𝑵(𝒕)
تقاس بوحدة البيكريل (𝐵𝑞) (تحلل واحد في الثانية).

لم يتوقف الأمر عند اليورانيوم فقد قامت ماري كوري وزوجها بيير بدراسة خامة اليورانيت ووجدا أنها أكثر إشعاعاً من اليورانيوم النقي مما أدى لاكتشاف عناصر جديدة أقوى بكثير:
←البولونيوم 𝑃𝑜𝑙𝑜𝑛𝑖𝑢𝑚 : سمي نسبة لوطنها بولندا.
←الراديوم 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑢𝑚 : العنصر الذي أذهل العالم بتوهجه المستمر وقدرته على تدمير الخلايا السرطانية.
صاغت ماري كوري مصطلح 𝑹𝒂𝒅𝒊𝒐𝒂𝒄𝒕𝒊𝒗𝒊𝒕𝒚 وأثبتت أن الإشعاع هو خاصية ذرية نووية لا تتأثر بالظروف الكيميائية أو الفيزيائية المحيطة.

←التأريخ الإشعاعي: استخدام الكربون𝟏𝟒 واليورانيوم لتقدير عمر الصخور والآثار بدقة مذهلة.
←الطب النووي: استخدام النظائر المشعة في تشخيص وعلاج الأورام.
←الطاقة النووية: استغلال الطاقة الناتجة عن التحلل أو الانشطار لتوليد الكهرباء.
←فيزياء الجسيمات: كان النشاط الإشعاعي هو الأداة التي استخدمها رذرفورد لاحقاً لاكتشاف نواة الذرة عبر تجربة رقاقة الذهب.

𝟏. 𝐁𝐞𝐜𝐪𝐮𝐞𝐫𝐞𝐥, 𝐇. (𝟏𝟖𝟗𝟔). 𝐒𝐮𝐫 𝐥𝐞𝐬 𝐫𝐚𝐝𝐢𝐚𝐭𝐢𝐨𝐧𝐬 𝐞́𝐦𝐢𝐬𝐞𝐬 𝐩𝐚𝐫 𝐩𝐡𝐨𝐬𝐩𝐡𝐨𝐫𝐞𝐬𝐜𝐞𝐧𝐜𝐞. 𝐂𝐨𝐦𝐩𝐭𝐞𝐬 𝐑𝐞𝐧𝐝𝐮𝐬, 𝟏𝟐𝟐, 𝟒𝟐𝟎-𝟒𝟐𝟏.
𝟐. 𝐂𝐮𝐫𝐢𝐞, 𝐌. (𝟏𝟗𝟎𝟑). 𝐑𝐚𝐝𝐢𝐨𝐚𝐜𝐭𝐢𝐯𝐞 𝐒𝐮𝐛𝐬𝐭𝐚𝐧𝐜𝐞𝐬. 𝐂𝐡𝐞𝐦𝐢𝐜𝐚𝐥 𝐍𝐞𝐰𝐬.
𝟑. 𝐑𝐮𝐭𝐡𝐞𝐫𝐟𝐨𝐫𝐝, 𝐄. (𝟏𝟗𝟎𝟒). 𝐑𝐚𝐝𝐢𝐨-𝐚𝐜𝐭𝐢𝐯𝐢𝐭𝐲. 𝐂𝐚𝐦𝐛𝐫𝐢𝐝𝐠𝐞 𝐔𝐧𝐢𝐯𝐞𝐫𝐬𝐢𝐭𝐲 𝐏𝐫𝐞𝐬𝐬.
𝟒. 𝐊𝐫𝐚𝐧𝐞, 𝐊. 𝐒. (𝟏𝟗𝟖𝟖). 𝐈𝐧𝐭𝐫𝐨𝐝𝐮𝐜𝐭𝐨𝐫𝐲 𝐍𝐮𝐜𝐥𝐞𝐚𝐫 𝐏𝐡𝐲𝐬𝐢𝐜𝐬. 𝐉𝐨𝐡𝐧 𝐖𝐢𝐥𝐞𝐲 & 𝐒𝐨𝐧𝐬.