تکمیل نظریه‌ انيشتین؛ پیشرفتی در فیزیک ذرات

به گزارش خبرگزاری صداوسیما، دانشمندان انقباض نسبیتی میدان الکتریکی تولیدشده توسط ذرات باردار پرسرعت را نشان دادند که براساس نظریه اینشتین به پیشرفت تحقیقات درخصوص تابش و فیزیک ذرات کمک می‌کند.

از بیش از یک قرن پیش، یکی از فیزیکدانان مشهور، آلبرت اینشتین، نظریه پیشگامانه نسبیت خاص را ارائه کرد. تقریباً همه چیز‌هایی که درباره جهان می‌دانیم بر اساس این نظریه است؛ هرچند بخشی از آن تاکنون به صورت تجربی اثبات نشده است.

دانشمندان مؤسسه مهندسی لیزر دانشگاه اوزاکا برای اولین‌بار از اندازه‌گیری‌های الکترواپتیک فوق سریع برای تجسم انقباض میدان الکتریکی اطراف پرتو الکترونی که با سرعت نزدیک به نور حرکت می‌کند استفاده کردند و فرایند تولید را نشان دادند.

طبق نظریه نسبیت خاص اینشتین، برای توصیف دقیق حرکت اجسامی که با سرعت نزدیک به سرعت نور از ناظر (observer) عبور می‌کنند، باید از تحول لورِنتس استفاده کرد که مختصات مکان و زمان را ترکیب می‌کند.

اینشتین موفق شد، توضیح دهد که چگونه این تبدیل‌ها به معادلات خودسازگار برای میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی منجر می‌شوند.

تکمیل نظریه اینشتین؛ پیشرفتی در فیزیک ذرات تصویری از فرایند تشکیل انقباض میدان الکتریکی مسطح که همراه با انتشار یک پرتو الکترونی با سرعت نزدیک به نور است (به صورت بیضی در شکل نشان داده شده است).

اثرات مختلف نسبیت، بار‌ها با دقت تجربی زیاد ثابت شده است؛ اما هنوز بخش‌هایی از نسبیت باید با آزمایش‌ها آشکار شود. یکی از آن‌ها انقباض میدان الکتریکی است که به‌عنوان یک پدیده نسبیت خاص در الکترومغناطیس نشان داده می‌شود.

اکنون، برای اولین‌بار، تیم پژوهشی دانشگاه اوزاکا این اثر را به صورت تجربی نشان داده است. آن‌ها این کار مهم را با اندازه‌گیری نیمرخ (profile) میدان کولُنی در فضا و زمان در اطراف یک پرتو الکترونی پرانرژی تولیدشده توسط یک شتاب‌دهنده ذرات خطی انجام دادند. آن‌ها توانستند با استفاده از نمونه‌برداری الکترواپتیک فوق سریع، میدان الکتریکی را با وضوح زمانی بسیار بالا ثبت کنند.

تحولات لورِنتس زمان و مکان و همچنین تحولات انرژی و شتاب (momentum) به‌ترتیب با آزمایش‌های اتساع زمان و آزمایش‌های انرژی جرم نسبیتی نشان داده شده است.

در اینجا، تیم پژوهشی از یک اثر نسبیتی مشابه به نام انقباض میدان الکتریکی کمک گرفت که به تحول پتانسیل‌های الکترومغناطیسی لورنتس مربوط می‌شود.

محققان دانشگاه اوزاکا در ژاپن، انقباض نسبیتی میدان الکتریکی تولیدشده توسط ذرات باردار پرسرعت را نشان دادند که براساس نظریه اینشتین به پیشرفت تحقیقات درخصوص تابش و فیزیک ذرات کمک می‌کند.

پروفسور ماکوتو ناکاجیما (Makoto Nakajima)، سرپرست تیم پژوهشی، می‌گوید: ما انقباض میدان الکتریکی را در اطراف یک پرتو الکترونی که نزدیک به سرعت نور منتشر می‌شد، تجسم کردیم؛ علاوه بر این، این تیم فرایند انقباض میدان الکتریکی را درست پس از عبور پرتو الکترونی از یک مرز فلزی مشاهده کرد.

گفته می‌شود اینشتین هنگام طراحی نظریه نسبیت از آزمایش‌های فکری استفاده کرد تا تصور کند سوار شدن بر موج نور چگونه است.

پروفسور ناکاجیما می‌گوید: اثبات اثر نسبیتی میدان‌های الکتریکی بیش از ۱۰۰ سال پس از آنکه اینشتین آن را پیش‌بینی کرد، شاعرانه است. میدان‌های الکتریکی در وهله اول یک عنصر ضروری در شکل‌گیری نظریه نسبیت بودند.

بنا بر اعلام وبگاه سای‌تِک‌دِیلی (SciTechDaily)، مشاهدات این پژوهش با پیش‌بینی‌های اینشتین درخصوص نسبیت خاص در الکترومغناطیس مطابقت زیادی دارد و به همین دلیل می‌توان از آن به‌عنوان بستری برای اندازه‌گیری پرتو‌های ذرات پرانرژی و آزمایش‌های دیگر در فیزیک انرژی بالا استفاده کرد.