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.

يستعرض هذا التقرير واحدة من أكثر التجارب تأثيرا في تاريخ العلم وهي تجربة تشتت أشعة ألفا (𝑨𝒍𝒑𝒉𝒂 𝑺𝒄𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈 𝑬𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕) التي أجراها إرنست رذرفورد عام 𝟏𝟗𝟏𝟏. كما نوضح كيف أدت النتائج غير المتوقعة إلى هدم نموذج طومسون والكشف عن وجود نواة مركزية كثيفة وموجبة الشحنة مما أعاد تعريف الذرة كفراغ شاسع يضم مركزاً متناهي الصغر.

اعتمد رذرفورد بالتعاون مع جيجر وماريسدن على قذف رقاقة رقيقة جداً من الذهب بقذائف من جسيمات ألفا (𝜶) عالية السرعة (وهي نوى هيليوم موجبة الشحنة).
التوقعات الكلاسيكية: وفقاً لنموذج طومسون، كانت الشحنة الموجبة موزعة بشكل مخفف في الذرة لذا كان من المتوقع أن تمر جميع جسيمات ألفا عبر الرقاقة بانحرافات بسيطة جداً.
النتائج:
𝟏. معظم الجسيمات مرت كما هو متوقع دون انحراف.
𝟐. بعض الجسيمات انحرفت بزوايا حادة.
𝟑. الصدمة الكبرى أن جسيم واحد من كل 8000 جسيم ارتد للخلف تماماً!

[ كان ذلك مذهلاً كما لو أنك أطلقت قذيفة عيار 15 بوصة على ورقة مناديل ثم ارتدت إليك وأصابتك.]←إرنست رذرفورد.

أدرك رذرفورد أن القوة اللازمة لرد جسيم ألفا السريع يجب أن تكون هائلة ومتركزة مما قاده للآتي:
• النواة (𝑻𝒉𝒆 𝑵𝒖𝒄𝒍𝒆𝒖𝒔): الذرة تحتوي على مركز صغير جداً كثيف جداً ويحمل كل الشحنة الموجبة ومعظم كتلة الذرة.
• الفراغ الذري: بما أن معظم الجسيمات مرت دون عائق فإن الذرة عبارة عن فراغ هائل والإلكترونات تدور حول النواة على مسافات شاسعة مقارنة بحجم النواة نفسها.

استخدم رذرفورد قوانين الميكانيكا الكلاسيكية وقانون كولوم لاشتقاق معادلة التشتت.
𝟏. طاقة كولوم الكامنة (𝑪𝒐𝒖𝒍𝒐𝒎𝒃 𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒕𝒊𝒂𝒍):
بفرض أن النواة نقطية فإن القوة بين جسيم ألفا (𝐙₁ = 𝟐) ونواة الذهب (𝐙₂ = 𝟕𝟗) هي:
𝐅 = 𝟏/𝟒𝝅𝜺₀ × 𝐙₁ 𝐙₂ 𝒆²/𝐫²

𝟐. معلم التصادم (𝑰𝒎𝒑𝒂𝒄𝒕 𝑷𝒂𝒓𝒂𝒎𝒆𝒕𝒆𝒓):
العلاقة بين المسافة العمودية بين مسار الجسيم والنواة (𝒃) وزاوية الانحراف (𝜽):
𝒃= 𝐙₁ 𝐙₂ 𝒆²/ 𝟖𝝅𝜺₀𝑲 × 𝑐𝑜𝑡(𝜽/𝟐)

𝟑. حساب حجم النواة:
من خلال تحديد أقرب مسافة يمكن لجسيم ألفا أن يقترب فيها من النواة قبل أن يرتد (𝐝_𝐦𝐢𝐧) وجد رذرفورد أن قطر النواة في حدود ¹⁴-𝟏𝟎 متر بينما قطر الذرة حوالي ¹⁰-𝟏𝟎 متر. وهذا يعني أن النواة أصغر ب 10000 مرة من الذرة نفسها.

رغم نجاح نموذج رذرفورد إلا أنه واجه انهياراً نظرياً من وجهة نظر الكهرومغناطيسية الكلاسيكية:
الإلكترون المشحون الذي يدور في مسار دائري يجب أن يطلق إشعاعاً كهرومغناطيسياً ليفقد طاقة.
فقدان الطاقة يعني أن الإلكترون يجب أن ينهار لولبياً نحو النواة في أقل من ¹⁰-𝟏𝟎 ثانية.
←هذه الفجوة هي التي مهدت الطريق لاحقاً لنيلز بور لإدخال ميكانيكا الكم في بنية الذرة.

1. 𝑅𝑢𝑡ℎ𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑑, 𝐸. (1911). 𝑇ℎ𝑒 𝑆𝑐𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑜𝑓 𝛼 𝑎𝑛𝑑 𝛽 𝑃𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑙𝑒𝑠 𝑏𝑦 𝑀𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟 𝑎𝑛𝑑 𝑡ℎ𝑒 𝑆𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑒 𝑜𝑓 𝑡ℎ𝑒 𝐴𝑡𝑜𝑚. 𝑃ℎ𝑖𝑙𝑜𝑠𝑜𝑝ℎ𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑀𝑎𝑔𝑎𝑧𝑖𝑛𝑒, 21, 669-688.
2. 𝐺𝑒𝑖𝑔𝑒𝑟, 𝐻., & 𝑀𝑎𝑟𝑠𝑑𝑒𝑛, 𝐸. (1909). 𝑂𝑛 𝑎 𝐷𝑖𝑓𝑢𝑠𝑒 𝑅𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑜𝑓 𝑡ℎ𝑒 𝛼-𝑃𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑙𝑒𝑠. 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑒𝑑𝑖𝑛𝑔𝑠 𝑜𝑓 𝑡ℎ𝑒 𝑅𝑜𝑦𝑎𝑙 𝑆𝑜𝑐𝑖𝑒𝑡𝑦.
3. 𝐸𝑖𝑠𝑏𝑒𝑟𝑔, 𝑅., & 𝑅𝑒𝑠𝑛𝑖𝑐𝑘, 𝑅. (1985). 𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑢𝑚 𝑃ℎ𝑦𝑠𝑖𝑐𝑠 𝑜𝑓 𝐴𝑡𝑜𝑚𝑠, 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑒𝑠, 𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑠, 𝑁𝑢𝑐𝑙𝑒𝑖, 𝑎𝑛𝑑 𝑃𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑙𝑒𝑠. 𝑊𝑖𝑙𝑒𝑦.

وتواصل الجهات المختصة دراسة وتحليل هذه الحالات ضمن التقارير الأمنية والفنية المتعلقة بظواهر UAP التي أثارت جدلًا عالميًا خلال السنوات الأخير