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

بين طيات هذا التقرير نستكشف كيف أعاد نيلز بور (𝑵𝒊𝒆𝒍𝒔 𝑩𝒐𝒉𝒓) صياغة مفهوم المادة وكيف نجح عام 1913 في حل معضلة انهيار الذرة التي واجهت رذرفورد من خلال إدخال مفهوم التكميم (𝑸𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒛𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏) لأول مرة في بنية الذرة، استطاع بور تفسير سبب عدم سقوط الإلكترونات في النواة وفسر بدقة مذهلة أطياف الانبعاث للذرات مما جعل هذا النموذج حجر الزاوية في الفيزياء الحديثة.

لمحاولة إنقاذ النموذج النووي وضع بور ثلاث فرضيات تكسر القواعد الكلاسيكية:
←المدارات المستقرة: يدور الإلكترون حول النواة في مدارات دائرية محددة تسمى مستويات الطاقة وفي هذه المدارات لا يشع الإلكترون طاقة على عكس ما تقوله الكهرومغناطيسية الكلاسيكية.
←شرط التكميم: لا يمكن للإلكترون أن يتواجد في أي مكان بل فقط في المدارات التي يكون فيها زخمه الزاوي (𝑳) مضاعفاً صحيحاً لثابت بلانك المختزل.
←قفزات الكم (𝑸𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 𝑳𝒆𝒂𝒑𝒔): لا يشع الإلكترون أو يمتص طاقة إلا عندما يقفز من مستوى طاقة إلى آخر وتكون طاقة الفوتون المنبعث مساوية للفرق بين طاقتي المستويين.

استخدم بور توازن القوى الكلاسيكي مع شرط التكميم الجديد:
1. تكميم الزخم الزاوي:
𝑳 = 𝒎ₑ𝒗𝒓 = 𝒏ℏ

حيث 𝒏 هو عدد كمي صحيح (1, 2, 3, ...).

2. نصف قطر المدار (𝑩𝒐𝒉𝒓 𝑹𝒂𝒅𝒊𝒖𝒔):
من خلال مساواة القوة الطاردة المركزية بقوة كولوم استنتج بور أن أنصاف أقطار المدارات المسموحة هي:
𝒓ₙ = 𝒏² (𝜺₀𝒉²/𝝅𝒎ₑ𝒆²)= 𝒏²𝒂₀

حيث 𝒂₀ ≈ 0.529 أنجستروم (نصف قطر بور الأول).

3. مستويات الطاقة:
الطاقة الكلية للإلكترون في المدار رقم 𝒏 تُعطى بالعلاقة:
𝑬ₙ = -(𝒎ₑ𝒆⁴/8𝜺₀²𝒉²)×(1/𝒏²)≈ -13.6 𝑒𝑉/𝒏²
هذه الإشارة السالبة تعني أن الإلكترون مرتبط بالنواة وكلما زاد 𝒏 اقتربت الطاقة من الصفر اي انها تتحرر.

كانت المعجزة الكبرى لنموذج بور هي قدرته على حساب الأطوال الموجية لسلاسل طيف الهيدروجين بدقة تامة باستخدام المعادلة:
Δ𝑬 = 𝑬ₕᵢ𝓰ₕ − 𝑬ₗₒ𝓌 = 𝒉𝒇 = 𝒉𝒄/𝝀
وبالتعويض، حصل بور على ثابت ريدبرج (𝑹𝒚𝒅𝒃𝒆𝒓𝒈 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕) نظريا وهو ما كان يمثل لغزا تجريبيا لسنوات.

رغم عبقريته، كان نموذج بور هجينا بين الكلاسيكية والكم واجه بعض القصور:
←نجح مع الهيدروجين وفشل في تفسير ذرات العناصر الأثقل.
←لم يستطع تفسير تأثير زيمان (انقسام الخطوط الطيفية في مجال مغناطيسي).
←اعتبر الإلكترون جسيما نقطياً يتحرك في مدارات محددة وهو ما نقضه دي برولي وهايزنبرغ لاحقاً.

تجاوزت أهمية نموذج بور كونه مجرد تفسير لبنية الذرة فقد مثل الشرارة الأولى لثورة الكم التي مهدت الطريق لاحقاً لميكانيكا الكم الموجية على يد شرودنجر، كما قدم الأساس الجوهري لفهم الجدول الدوري من خلال توضيح كيفية توزيع الإلكترونات مما فسر الخصائص الكيميائية للعناصر بعمق غير مسبوق.
واليوم، نجد أن أثر بور العلمي يتجسد في أدق تفاصيل حياتنا التقنية فكل ابتكار يعتمد على مستويات الطاقة والقفزات الإلكترونية بدءاً من أشعة الليزر وصولاً إلى الترانزستورات التي تشكل عصب الحواسب الحديثة يدين بالفضل لتلك الفرضيات الجريئة التي وضعت عام 1913.

𝟏• 𝑩𝒐𝒉𝒓, 𝑵. (𝟏𝟗𝟏𝟑). 𝑶𝒏 𝒕𝒉𝒆 𝑪𝒐𝒏𝒔𝒕𝒊𝒕𝒖𝒕𝒊𝒐𝒏 𝒐𝒇 𝑨𝒕𝒐𝒎𝒔 𝒂𝒏𝒅 𝑴𝒐𝒍𝒆𝒄𝒖𝒍𝒆𝒔. 𝑷𝒉𝒊𝒍𝒐𝒔𝒐𝒑𝒉𝒊𝒄𝒂𝒍 𝑴𝒂𝒈𝒂𝒛𝒊𝒏𝒆, 𝟐𝟔(𝟏𝟓𝟏), 𝟏-𝟐𝟓.

𝟐• 𝑺𝒆𝒓𝒘𝒂𝒚, 𝑹. 𝑨., 𝑴𝒐𝒔𝒆𝒔, 𝑪. 𝑱., & 𝑴𝒐𝒚𝒆𝒓, 𝑪. 𝑨. (𝟐𝟎𝟎𝟓). 𝑴𝒐𝒅𝒆𝒓𝒏 𝑷𝒉𝒚𝒔𝒊𝒄𝒔. 𝑪𝒆𝒏𝒈𝒂𝒈𝒆 𝑳𝒆𝒂𝒓𝒏𝒊𝒏𝒈.

كَيف تنسج العناكب خيوطها؟

كَيفَ يصبح الأيسر أيسر؟

استخدام اليد في الكتابة

من كتابة المبدعة بنين منير

تحية طيبة إلى جميع أعضاء قناة المختبر العلمي