الكيرالية (الفيزياء)

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 33 صور
الموسوعة الحرة

الظاهرة الكيرالية هي ظاهرة لا تتطابق مع صورتها المرآوية ( انظر مقالة الكيرالية الرياضية ). يمكن استخدام دوران الجسيم لتحديد اتجاه دورانه ، أو حلزونيته، وهو ما يُعرف بالكيرالية في حالة الجسيم عديم الكتلة. يُطلق على تحويل التناظر بينهما اسم تحويل التكافؤ . ويُسمى عدم التغير تحت تحويل التكافؤ بواسطة فرميون ديراك بالتناظر الكيرالي .

الكيرالية والحلزونية

تكون حلزونية الجسيم موجبة ("يمينية") إذا كان اتجاه دورانه هو نفسه اتجاه حركته. وتكون سالبة ("يسارية") إذا كان اتجاه الدوران والحركة متعاكسين. لذا، فإن الساعة القياسية ، التي يُحدد متجه دورانها بدوران عقاربها، تكون حلزونيتها يسارية إذا قُذفت ووجهها متجه للأمام. أما الساعة القياسية نفسها، إذا قُذفت للأعلى (ووجهها للأعلى)، فتُعتبر حلزونيتها يسارية أثناء الصعود، وحلزونيتها يمينية أثناء السقوط (ووجهها لا يزال للأعلى).

رياضياً، الحلزونية هي إشارة إسقاط متجه الدوران على متجه الزخم : "اليسار" سالب، "اليمين" موجب.

إن كيرالية الجسيم أكثر تجريدًا: فهي تتحدد بما إذا كان الجسيم يتحول في تمثيل يميني أو يساري لمجموعة بوانكاريه . [ أ ]

بالنسبة للجسيمات عديمة الكتلة - الفوتونات والغلوونات والجرافيتونات (الافتراضية) - فإن الكيرالية هي نفسها الحلزونية ؛ يبدو أن جسيمًا معينًا عديم الكتلة يدور في نفس الاتجاه على طول محور حركته بغض النظر عن وجهة نظر المراقب.

بالنسبة للجسيمات الضخمة - مثل الإلكترونات والكواركات والنيوترينوات - يجب التمييز بين الكيرالية والحلزونية : في حالة هذه الجسيمات، من الممكن للمراقب أن ينتقل إلى إطار مرجعي يتحرك أسرع من الجسيم الدوار، وفي هذه الحالة سيبدو الجسيم وكأنه يتحرك للخلف، وستنعكس حلزونيته (التي يمكن اعتبارها "كيرالية ظاهرية").

  • الحلزونية هي ثابت حركة ، [ 1 ] لكنها ليست ثابتة لورنتز . [ 2 ]
  • الكيرالية ثابتة لورنتز، [ 3 ] ولكنها ليست ثابتًا للحركة: فعندما ينتشر سبينور ضخم ذو يسار، فإنه سيتطور إلى سبينور ذو يمين بمرور الوقت، والعكس صحيح.

تتحرك الجسيمات عديمة الكتلة بسرعة الضوء ، لذا لا يمكن لأي مراقب حقيقي (الذي يتحرك دائمًا بسرعة أقل من سرعة الضوء ) أن يكون في أي إطار مرجعي يبدو فيه أن الجسيم يعكس اتجاه دورانه النسبي، مما يعني أن جميع المراقبين الحقيقيين يرون نفس الحلزونية. ولهذا السبب، لا يتأثر اتجاه دوران الجسيمات عديمة الكتلة بتغيير الإطار المرجعي العطالي ( تأثير لورنتز ) في اتجاه حركة الجسيم، وتبقى إشارة الإسقاط (الحلزونية) ثابتة لجميع الأطر المرجعية: حلزونية الجسيمات عديمة الكتلة هي ثابت نسبي (كمية لها نفس القيمة في جميع الأطر المرجعية العطالية) وتتوافق دائمًا مع كيرالية الجسيم عديم الكتلة.

يشير اكتشاف تذبذب النيوترينو إلى أن للنيوترينوات كتلة ، مما يجعل الفوتون الجسيم الوحيد المؤكد عديم الكتلة؛ ومن المتوقع أن تكون الغلوونات عديمة الكتلة أيضًا، على الرغم من أن هذا لم يُختبر بشكل قاطع. [ ب ] وبالتالي، فهذان هما الجسيمان الوحيدان المعروفان حاليًا اللذان يمكن أن تكون حلزونيتهما مطابقة للكيرالية، وقد تم تأكيد ذلك بالقياس للفوتون فقط . جميع الجسيمات الأخرى المرصودة لها كتلة، وبالتالي قد يكون لها حلزونيات مختلفة في أطر مرجعية مختلفة. [ ج ]

النظريات الكيرالية

لم يلاحظ علماء فيزياء الجسيمات أو يستنتجوا سوى تفاعلات ضعيفة مشحونة بين فرميونات ذات كيرالية يسارية وفرميونات مضادة ذات كيرالية يمينية . [ 4 ] في حالة التفاعل الضعيف، الذي يمكن من حيث المبدأ أن يتفاعل مع كل من الفرميونات ذات الكيرالية اليسارية واليمينية، يتفاعل فرميونان فقط ذوا كيرالية يسارية . لم يُثبت حدوث تفاعلات تشمل فرميونات ذات كيرالية يمينية أو معاكسة، مما يشير إلى أن الكون يُفضل الكيرالية اليسارية. هذا التفضيل لنوع من الكيرالية على آخر يُخالف مبدأ التكافؤ، كما لاحظته تشين شيونغ وو لأول مرة في تجربتها الشهيرة المعروفة بتجربة وو . هذه ملاحظة لافتة، لأن التكافؤ هو تناظر ينطبق على جميع التفاعلات الأساسية الأخرى .

تُعرَّف الكيرالية لفيرميون ديراك ψ من خلال المؤثر γ₅ ، الذي له قيم ذاتية ±1؛ إشارة القيمة الذاتية تساوي كيرالية الجسيم: +1 لليمينية، و-1 لليسارية. بالتالي، يمكن إسقاط أي حقل ديراك إلى مُركِّبته اليسرى أو اليمنى بتطبيق مُؤثري الإسقاط ½ ( 1 − γ₅ ) أو ½ ( 1 + γ₅ ) على ψ .

إن اقتران التفاعل الضعيف المشحون بالفيرميونات يتناسب مع عامل الإسقاط الأول، وهو المسؤول عن انتهاك تناظر التكافؤ لهذا التفاعل .

ينشأ الالتباس عادةً من الخلط بين مؤثر الكيرالية γ⁵ ومؤثر الحلزونية . ولأن حلزونية الجسيمات ذات الكتلة تعتمد على الإطار المرجعي، فقد يبدو أن الجسيم نفسه يتفاعل مع القوة الضعيفة وفقًا لإطار مرجعي معين، وليس وفقًا لإطار آخر. ويكمن حل هذه المفارقة في أن مؤثر الكيرالية يُكافئ الحلزونية للحقول عديمة الكتلة فقط ، حيث لا تعتمد الحلزونية على الإطار المرجعي. في المقابل، بالنسبة للجسيمات ذات الكتلة، لا تُعد الكيرالية مرادفةً للحلزونية، أو بعبارة أخرى، لا تكون الحلزونية ثابتة لورنتز، وبالتالي لا يوجد اعتماد للتفاعل الضعيف على الإطار المرجعي: فالجسيم الذي يقترن بالقوة الضعيفة في إطار مرجعي معين، يفعل ذلك في جميع الأطر المرجعية.

تُسمى النظرية غير المتناظرة فيما يتعلق بالكيرالية نظرية كيرالية ، بينما تُسمى النظرية غير الكيرالية (أي المتناظرة في التكافؤ) أحيانًا نظرية متجهة . العديد من عناصر النموذج القياسي للفيزياء غير كيرالية، ويعود ذلك إلى إلغاء الشذوذ في النظريات الكيرالية. يُعد علم الكروموديناميكا الكمومية مثالًا على النظرية المتجهة، حيث تظهر كلتا كيراليتي جميع الكواركات في النظرية، وتتفاعل مع الغلوونات بالطريقة نفسها.

تُعدّ نظرية التفاعل الكهروضعيف ، التي طُوّرت في منتصف القرن العشرين، مثالًا على النظريات الكيرالية. في الأصل، افترضت هذه النظرية أن النيوترينوات عديمة الكتلة ، وأن هناك نيوترينوات يسارية فقط، ونيوترينوات مضادة يمينية فقط. بعد رصد تذبذبات النيوترينو ، مما يشير إلى أن اثنين على الأقل من النيوترينوات الثلاثة لهما كتلة ، أصبحت النظريات المُعدّلة للتفاعل الكهروضعيف تشمل الآن كلاً من النيوترينوات اليمينية واليسارية . مع ذلك، لا تزال هذه النظرية كيرالية، لأنها لا تُراعي تناظر التكافؤ.

لا تزال الطبيعة الدقيقة للنيوترينو غير مستقرة، وبالتالي فإن النظريات الكهروضعيفة التي تم اقتراحها مختلفة إلى حد ما، لكن معظمها يستوعب كيرالية النيوترينوات بنفس الطريقة التي تم بها بالفعل لجميع الفرميونات الأخرى .

التناظر الكيرالي

تُظهر نظريات القياس المتجهة ذات حقول فرميون ديراك عديمة الكتلة ψ تناظرًا كيراليًا، أي أن تدوير المكونات اليسرى واليمنى بشكل مستقل لا يُحدث فرقًا في النظرية. ويمكننا كتابة ذلك على أنه تأثير الدوران على الحقول:

ψل→هـأناθلψل{\displaystyle \psi _{\rm {L}}\rightarrow e^{i\theta _{\rm {L}}}\psi _{\rm {L}}}  و  ψR→ψR{\displaystyle \psi _{\rm {R}}\rightarrow \psi _{\rm {R}}}

أو

ψل→ψل{\displaystyle \psi _{\rm {L}}\rightarrow \psi _{\rm {L}}}  و  ψR→هـأناθRψR.{\displaystyle \psi _{\rm {R}}\rightarrow e^{i\theta _{\rm {R}}}\psi _{\rm {R}}.}

مع N نكهة ، لدينا دورانات وحدوية بدلاً من ذلك: U( N ) L × U( N ) R .

بشكل أعم، نكتب حالتي اليد اليمنى واليد اليسرى كعامل إسقاط يعمل على سبينور. عاملي الإسقاط لليد اليمنى واليد اليسرى هما

PR=1+γ52{\displaystyle P_{\rm {R}}={\frac {1+\gamma ^{5}}{2}}}

و

Pل=1-γ52{\displaystyle P_{\rm {L}}={\frac {1-\gamma ^{5}}{2}}}

لا تُظهر الفرميونات الضخمة تناظرًا كيراليًا، حيث أن مصطلح الكتلة في لاغرانجيان ، m ψ ψ ، يكسر التناظر الكيرالي بشكل صريح.

قد يحدث كسر التناظر الكيرالي التلقائي أيضًا في بعض النظريات، كما هو الحال بشكل ملحوظ في الديناميكا اللونية الكمومية .

يمكن تقسيم تحويل التناظر الكيرالي إلى مكون يعامل الأجزاء اليسرى واليمنى على حد سواء، ويُعرف بالتناظر المتجهي ، ومكون آخر يعاملها بشكل مختلف، ويُعرف بالتناظر المحوري . [ 5 ] (انظر: الجبر الحالي ). يُعد نموذج الحقل القياسي الذي يُجسد التناظر الكيرالي وكسره هو النموذج الكيرالي .

يتم التعبير عن التطبيق الأكثر شيوعًا على أنه معاملة متساوية للدوران في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة من إطار مرجعي ثابت.

يُشار إلى المبدأ العام غالبًا باسم التناظر الكيرالي . هذه القاعدة صحيحة تمامًا في الميكانيكا الكلاسيكية لنيوتن وأينشتاين ، لكن نتائج التجارب الميكانيكية الكمومية تُظهر اختلافًا في سلوك الجسيمات دون الذرية ذات التناظر الكيرالي الأيسر مقابل الجسيمات دون الذرية ذات التناظر الكيرالي الأيمن .

مثال: الكواركات u و d في الديناميكا اللونية الكمومية

لنفترض وجود كروموديناميكا كمومية (QCD) مع كواركين عديمي الكتلة u و d (لا تُظهر الفرميونات ذات الكتلة تناظرًا كيراليًا). تكون لاغرانجيان على النحو التالي:

ل=u¯أنا⧸دu+د¯أنا⧸دد+لزلuoنs .{\displaystyle {\mathcal {L}}={\overline {u}}\,i\displaystyle {\not }D\,u+{\overline {d}}\,i\displaystyle {\not }D\,d+{\mathcal {L}}_{\mathrm {gluons} }~.}

فيما يتعلق باللاعبين الذين يستخدمون اليد اليسرى واليمنى، فإنه يقرأ

ل=u¯لأنا⧸دuل+u¯Rأنا⧸دuR+د¯لأنا⧸ددل+د¯Rأنا⧸ددR+لزلuoنs .{\displaystyle {\mathcal {L}}={\overline {u}}_{\rm {L}}\,i\displaystyle {\not }D\,u_{\rm {L}}+{\overline {u}}_{\rm {R}}\,i\displaystyle {\not }D\,u_{\rm {R}}+{\overline {d}}_{\rm {L}}\,i\displaystyle {\not }D\,d_{\rm {L}}+{\overline {d}}_{\rm {R}}\,i\displaystyle {\not }D\,d_{\rm {R}}+{\mathcal {L}}_{\mathrm {gluons} }~.}

(هنا، i هي الوحدة التخيلية و⧸د{\displaystyle \displaystyle {\not }D}( مؤثر ديراك .)

تعريف

q=[uد]،{\displaystyle q={\begin{bmatrix}u\\d\end{bmatrix}},}

يمكن كتابتها على النحو التالي

ل=q¯لأنا⧸دqل+q¯Rأنا⧸دqR+لزلuoنs .{\displaystyle {\mathcal {L}}={\overline {q}}_{\rm {L}}\,i\displaystyle {\not }D\,q_{\rm {L}}+{\overline {q}}_{\rm {R}}\,i\displaystyle {\not }D\,q_{\rm {R}}+{\mathcal {L}}_{\mathrm {gluons} }~.}

لا يتغير لاغرانجيان تحت دوران q L بواسطة أي مصفوفة وحدوية 2×2 L ، و q R بواسطة أي مصفوفة وحدوية 2× 2 R.

يُطلق على هذا التناظر في لاغرانجيان اسم التناظر الكيرالي للنكهة ، ويُرمز له بـ U(2) L × U(2) R . وهو يتحلل إلى

Sيو(2)ل×Sيو(2)R×يو(1)V×يو(1)أ .{\displaystyle \mathrm {SU} (2)_{\text{L}}\times \mathrm {SU} (2)_{\text{R}}\times \mathrm {U} (1)_{V}\times \mathrm {U} (1)_{A}~.}

يعمل تناظر المتجه الأحادي، U(1) V ، كـ

qل→هـأناθ(x)qلqR→هـأناθ(x)qR ،{\displaystyle q_{\text{L}}\rightarrow e^{i\theta (x)}q_{\text{L}}\qquad q_{\text{R}}\rightarrow e^{i\theta (x)}q_{\text{R}}~,}

وبالتالي فهي ثابتة تحت تناظر القياس U(1) . وهذا يتوافق مع حفظ عدد الباريونات .

تتحول المجموعة المحورية المفردة U(1) A على النحو التالي:

qل→هـأناθqلqR→هـ-أناθqR .{\displaystyle q_{\text{L}}\rightarrow e^{i\theta }q_{\text{L}}\qquad q_{\text{R}}\rightarrow e^{-i\theta }q_{\text{R}}~.}

ومع ذلك، لا يتوافق هذا مع كمية محفوظة، لأن التيار المحوري المرتبط به غير محفوظ. ويُنتهك هذا صراحةً بواسطة شذوذ كمي .

يتبين أن التناظر الكيرالي المتبقي SU(2) L × SU(2) R ينكسر تلقائيًا بواسطة مكثف الكواركات⟨q¯Rأqلب⟩=vدلتاأب{\displaystyle \textstyle \langle {\bar {q}}_{\text{R}}^{a}q_{\text{L}}^{b}\rangle =v\delta ^{ab}}تتشكل هذه الجسيمات من خلال التأثير غير الاضطرابي لغلوونات الكروموديناميكا الكمية، لتشكل المجموعة الفرعية المتجهة القطرية SU(2) V المعروفة باسم الإيزوسبين . بوزونات غولدستون المقابلة للمولدات الثلاثة المكسورة هي البيونات الثلاثة . ونتيجة لذلك، يجب أن تتضمن النظرية الفعالة لحالات الكروموديناميكا الكمية المرتبطة، مثل الباريونات، حدودًا كتلية لها، والتي يُفترض أنها غير مسموح بها بسبب التناظر الكيرالي غير المكسور. وهكذا، يُحدث كسر التناظر الكيرالي هذا الجزء الأكبر من كتل الهادرونات، مثل كتل النيوكليونات - أي الجزء الأكبر من كتلة جميع المادة المرئية.

في العالم الحقيقي، وبسبب الكتل غير الصفرية والمختلفة للكواركات، فإن التناظر SU(2) L × SU(2) R هو تناظر تقريبي فقط [ 6 ] في البداية، وبالتالي فإن البيونات ليست عديمة الكتلة، بل لها كتل صغيرة: إنها بوزونات غولدستون الزائفة . [ 7 ]

نكهات أكثر

بالنسبة لأنواع الكواركات "الخفيفة" بشكل عام ، فإن التناظرات الكيرالية المقابلة هي U( N ) L × U( N ) R′ ، والتي تتحلل إلى

Sيو(شمال)ل×Sيو(شمال)R×يو(1)V×يو(1)أ ،{\displaystyle \mathrm {SU} (N)_{\text{L}}\times \mathrm {SU} (N)_{\text{R}}\times \mathrm {U} (1)_{V}\times \mathrm {U} (1)_{A}~,}

ويُظهر نمطًا مشابهًا جدًا لكسر التناظر الكيرالي .

في أغلب الأحيان، يتم أخذ N = 3 ، حيث تعتبر الكواركات u و d و s خفيفة ( الطريقة الثمانية )، وبالتالي عديمة الكتلة تقريبًا لكي يكون التناظر ذا معنى لأدنى رتبة، بينما تكون الكواركات الثلاثة الأخرى ثقيلة بما يكفي بحيث بالكاد يكون لها تناظر كيرالي متبقي مرئي للأغراض العملية.

تطبيق في فيزياء الجسيمات

في الفيزياء النظرية ، يكسر النموذج الكهروضعيف التناظر إلى أقصى حد. جميع فرميوناته هي فرميونات فايل كيرالية ، مما يعني أن بوزونات القياس الضعيفة المشحونة W + و W- لا تقترن إلا بالكواركات واللبتونات اليسارية. [ د ]

وجد بعض المنظرين هذا الأمر مرفوضاً، ولذلك افترضوا امتداداً لنظرية التوحيد الكبرى للقوة الضعيفة التي تحتوي على بوزونات W′ و Z′ جديدة وعالية الطاقة ، والتي تقترن بالكواركات واللبتونات ذات اليد اليمنى:

Sيو(2)دبليو×يو(1)YZ2{\displaystyle {\frac {\mathrm {SU} (2)_{\text{W}}\times \mathrm {U} (1)_{Y}}{\mathbb {Z} _{2}}}}

ل

Sيو(2)ل×Sيو(2)R×يو(1)ب-لZ2.{\displaystyle {\frac {\mathrm {SU} (2)_{\text{L}}\times \mathrm {SU} (2)_{\text{R}}\times \mathrm {U} (1)_{B-L}}{\mathbb {Z} _{2}}}.}

هنا، SU(2) L (تُنطق " SU(2) اليسرى") هي SU(2) W من الأعلى، بينما B−L هو عدد الباريونات مطروحًا منه عدد الليبتونات . صيغة الشحنة الكهربائية في هذا النموذج تُعطى بواسطة

سؤال=تي3ل+تي3R+ب-ل2؛{\displaystyle Q=T_{\rm {3L}}+T_{\rm {3R}}+{\frac {B-L}{2}}\,;}

أين تي3ل {\displaystyle \ T_{\rm {3L}}\ }و تي3R {\displaystyle \ T_{\rm {3R}}\ }تمثل القيم اليسرى واليمنى للمجالات في النظرية قيم الدوران الضعيف .

يوجد أيضًا SU(3) C الكرومودناميكي . كانت الفكرة هي استعادة التكافؤ عن طريق إدخال تناظر يساري-يميني . هذا امتداد لمجموعةZ2{\displaystyle \mathbb {Z} _{2}}(التناظر بين اليسار واليمين) بواسطة

Sيو(3)ج×Sيو(2)ل×Sيو(2)R×يو(1)ب-لZ6{\displaystyle {\frac {\mathrm {SU} (3)_{\text{C}}\times \mathrm {SU} (2)_{\text{L}}\times \mathrm {SU} (2)_{\text{R}}\times \mathrm {U} (1)_{B-L}}{\mathbb {Z} _{6}}}}

إلى المنتج شبه المباشر

Sيو(3)ج×Sيو(2)ل×Sيو(2)R×يو(1)ب-لZ6⋊Z2 .{\displaystyle {\frac {\mathrm {SU} (3)_{\text{C}}\times \mathrm {SU} (2)_{\text{L}}\times \mathrm {SU} (2)_{\text{R}}\times \mathrm {U} (1)_{B-L}}{\mathbb {Z} _{6}}}\rtimes \mathbb {Z} _{2}\ .}

يحتوي هذا على مكونين متصلين حيثZ2{\displaystyle \mathbb {Z} _{2}}يعمل هذا كتماثل ذاتي ، وهو عبارة عن تركيب لتماثل ذاتي خارجي متداخل لـ SU(3) C مع تبادل النسختين اليسرى واليمنى من SU(2) مع انعكاس U(1) B − L. وقد أظهر موهاباترا وسينجانوفيتش (1975) [ 8 ] أن التناظر الأيسر-الأيمن يمكن أن ينكسر تلقائيًا ليعطي نظرية طاقة منخفضة كيرالية، وهي النموذج القياسي لغلاشو وواينبرغ وسلام، كما يربط أيضًا بين كتل النيوترينو الصغيرة المرصودة وكسر التناظر الأيسر-الأيمن عبر آلية الميزان .

في هذا السياق، الكواركات الكيرالية

(3،2،1)+13{\displaystyle (3,2,1)_{+{1 \over 3}}}

و

(3¯،1،2)-13{\displaystyle \left({\bar {3}},1,2\right)_{-{1 \over 3}}}

يتم توحيدها في تمثيل غير قابل للاختزال ("irrep")

(3،2،1)+13⊕(3¯،1،2)-13 .{\displaystyle (3,2,1)_{+{1 \over 3}}\oplus \left({\bar {3}},1,2\right)_{-{1 \over 3}}\ .}

كما يتم توحيد اللبتونات في تمثيل غير قابل للاختزال

(1،2،1)-1⊕(1،1،2)+1 .{\displaystyle (1,2,1)_{-1}\oplus (1,1,2)_{+1}\ .}

بوزونات هيغز اللازمة لتنفيذ كسر التناظر الأيسر-الأيمن وصولاً إلى النموذج القياسي هي

(1،3،1)2⊕(1،1،3)2 .{\displaystyle (1,3,1)_{2}\oplus (1,1,3)_{2}\ .}

وهذا يوفر ثلاثة نيوترينوات عقيمة تتوافق تمامًا مع الوضع الحاليبيانات تذبذب النيوترينو . ضمن آلية الميزان، تصبح النيوترينوات العقيمة فائقة الثقل دون التأثير على الفيزياء عند الطاقات المنخفضة.

نظراً لأن التناظر بين اليسار واليمين ينكسر تلقائياً، فإن نماذج التناظر بين اليسار واليمين تتنبأ بوجود جدران نطاقية . وقد ظهرت فكرة التناظر بين اليسار واليمين هذه لأول مرة في نموذج باتي-سلام (1974) [ 9 ] ونماذج موهاباترا-باتي (1975). [ 10 ]

الكيرالية في علم المواد

تُستخدم الكيرالية في فروع أخرى من الفيزياء غالبًا لتصنيف ودراسة خصائص الأجسام والمواد تحت تأثير المؤثرات الخارجية. ويُتيح التصنيف بالكيرالية، كحالة خاصة من تصنيف التناظر ، فهمًا أفضل للبناء المبدئي للجزيئات والبلورات وأشباه البلورات ، وغيرها . ومن الأمثلة على ذلك التماثل الكيرالي للأحماض الأمينية في جميع أشكال الحياة المعروفة ، [ 11 ] والذي يُمكن محاكاته في التجارب الفيزيائية تحت تأثير المؤثرات الخارجية. [ 12 ] كما يتحدد النشاط البصري للمواد (بما في ذلك ثنائية اللون الدائرية [ 13 ] وثنائية اللون الدائرية المغناطيسية [ 13 ] ) من خلال كيراليتها.

تتميز الأنظمة الفيزيائية الكيرالية بانعدام الثبات تحت تأثير عامل التكافؤ . وينشأ غموض [ 14 ] في تعريف الكيرالية في الفيزياء، وذلك تبعًا لما إذا كان يتم مقارنة اتجاهات الحركة باستخدام عملية الانعكاس أو عملية الانعكاس المكاني . وبناءً على ذلك، يتم التمييز [ 14 ] [ 15 ] بين الكيرالية "الحقيقية" (التي تبقى ثابتة تحت عملية عكس الزمن ) والكيرالية "الزائفة" (التي لا تبقى ثابتة تحت عملية عكس الزمن).

تتغير إشارة العديد من الكميات الفيزيائية عند عكس الزمن (مثل السرعة ، والقدرة ، والتيار الكهربائي ، والمغنطة ). وعليه، فإنّ "الكيرالية الزائفة" شائعة جدًا في الفيزياء لدرجة أن المصطلح قد يكون مُضللًا، ومن الأوضح الحديث عن الكيرالية الثابتة بالنسبة للزمن (T) والكيرالية غير الثابتة بالنسبة للزمن (T) . [ 15 ] تُوصف التأثيرات المتعلقة بالكيرالية باستخدام كميات فيزيائية شبه قياسية أو متجهة محورية بشكل عام، وتُوصف بشكل خاص في الأوساط المغناطيسية المرتبة [ 16 ] [ 17 ] باستخدام الكيرالية المعتمدة على اتجاه الزمن. يُصاغ هذا النهج رسميًا باستخدام مجموعات التناظر ثنائية اللون . تتوافق الكيرالية الثابتة بالنسبة للزمن مع غياب أي عمليات تناظر تتضمن انعكاسًا مكانيًا في مجموعة التناظر.1¯{\displaystyle {\bar {1}}}أو الانعكاس m، وفقًا للترميز الدولي . معيار الكيرالية غير الثابتة بالنسبة لـ T هو وجود عمليات التناظر هذه، ولكن فقط عند دمجها مع انعكاس الزمن.1′{\displaystyle 1'}[ 17 ] مثل العمليات m′ أو1¯′{\displaystyle {\bar {1}}'}.

على مستوى التركيب الذري للمواد، يمكن التمييز بين [ 18 ] الاتجاهية والقياسية وأنواع أخرى من الكيرالية اعتمادًا على اتجاه/إشارة الضرب الثلاثي والاتجاهي للدوران .

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن التمثيلات مثل سبينورات ديراك وغيرها، تحتوي بالضرورة على مكونات يمينية ويسارية. في مثل هذه الحالات، يمكننا تعريف عوامل إسقاط تزيل (تجعل قيمتها صفرًا) إما المكونات اليمينية أو اليسارية، ومناقشة الأجزاء المتبقية من التمثيل، سواءً كانت يمينية أو يسارية.
  2. ↑ يُفترض أيضًا أن الجرافيتونات عديمة الكتلة، ولكنها حتى الآن مجرد فرضية.
  3. ↑ لا يزال من الممكن أن تكون الجسيمات التي لم تتم ملاحظتها بعد، مثل الجرافيتون ، عديمة الكتلة، ومثل الفوتون ، لها حلزونية ثابتة تتطابق مع كيراليتها.
  4. ↑ على عكس البوزونات W + و W − ، فإن البوزون Z 0  الكهروضعيف المحايديقترن بكل من الفرميونات اليسارية واليمينية ، وإن لم يكن ذلك على قدم المساواة.

مراجع

  1. ↑ "الحلزونية في الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية وتكميمها الطوبولوجي" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 23-05-2025.
  2. ↑ https://faculty.washington.edu/agarcia3/subatomic/helicity-paper.pdf الصفحة 46
  3. ↑ "الحلزونية والكيرالية" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2025-04-07.
  4. ↑ بوف، بوغدان؛ ريث، كلاوس؛ شولز، كريستوف؛ زيتشه، فرانك (2006). الجسيمات والنوى: مقدمة للمفاهيم الفيزيائية . سبرينغر. ص 145. ISBN  978-3-540-36683-6.
  5. ↑ تا-بي تشنغ ولينغ -فونغ لي ، نظرية القياس في فيزياء الجسيمات الأولية ، (أكسفورد 1984) ISBN 978-0198519614
  6. ↑ جيل مان، م.؛ رينر، ب. (1968). "سلوك تباعدات التيار تحت تأثير SU 3 × SU 3 " (ملف PDF) . مجلة Physical Review . 175 (5): 2195. Bibcode : 1968PhRv..175.2195G . doi : 10.1103/PhysRev.175.2195 .
  7. ↑ بيسكين، مايكل؛ شرودر، دانيال (1995). مقدمة في نظرية الحقل الكمومي . دار ويستفيو للنشر. ص 670. ISBN  0-201-50397-2.
  8. ↑ سينجانوفيتش، جوران ؛ موهاباترا، رابيندرا ن. (1975). "التناظر التام بين اليسار واليمين والانتهاك التلقائي للتكافؤ". مجلة Physical Review D. 12 ( 5): 1502. Bibcode : 1975PhRvD..12.1502S . doi : 10.1103/PhysRevD.12.1502 .
  9. ^ باتي، جوجيش سي. سلام عبدوس (1/6/1974). "رقم ليبتون باعتباره "اللون" الرابع"". Physical Review D . 10 (1): 275– 289. Bibcode : 1974PhRvD..10..275P . doi : 10.1103/physrevd.10.275 .
  10. ^ موهاباترا، RN؛ باتي، جي سي (1975). ""التناظر الطبيعي بين اليسار واليمين". مجلة Physical Review D. 11 ( 9): 2558–2561 . Bibcode : 1975PhRvD..11.2558M . doi : 10.1103/PhysRevD.11.2558 .
  11. ↑ أصول الحياة . 2000-01-04. ISBN 978-0-12-781910-5.
  12. ↑ أوزتورك، س. فوركان؛ ساسيلوف، ديميتار د. (2022-07-12). "حول أصول التماثل الكيميائي للحياة: تحفيز الفائض المتماثل باستخدام الإلكترونات المستقطبة مغناطيسيًا". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . المجلد 119، العدد 28. doi : 10.1073/pnas.2204765119 . PMC 9282223. PMID 35787048 .    
  13. 1 2 "7.7: مطيافية الاستقطاب الدائري وتطبيقها في تحديد البنية الثانوية للأنواع النشطة بصريًا" . LibreTexts - Ukrayinska . 2022-10-25 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-11-07 .
  14. 1 2 بارون، إل دي (1986). "الكيرالية الحقيقية والزائفة والتخليق غير المتماثل المطلق" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 108 (18): 5539-5542 . Bibcode : 1986JAChS.108.5539B . doi : 10.1021/ja00278a029 . تاريخ الاسترجاع: 2024-11-07 .
  15. 1 2 موسيني، باتريسيا رومانا؛ أرنابولدي، سيرينا؛ ماجني، ميركو؛ جريتشي، سارة؛ لونجي، جيوفانا؛ بنينكوري، تيزيانا (2023/02/01). "التمييز المضاد للضوء في التحليل الطيفي للامتصاص وفي قياس الجهد: تسليط الضوء على أوجه التشابه والارتباطات الرائعة" . الرأي الحالي في الكيمياء الكهربائية . 37 101128. دوى : 10.1016/j.coelec.2022.101128 . اتش دي ال : 11379/574245 . تم الاسترجاع بتاريخ 2024/11/07 .
  16. ↑ هلينكا، ج. (15 أكتوبر 2014). "ثمانية أنواع من الكميات الفيزيائية المتجهة المتمايزة بشكل متناظر" . رسائل المراجعة الفيزيائية . المجلد 113، العدد 16. doi : 10.1103/PhysRevLett.113.165502 . تاريخ الاسترجاع: 8 نوفمبر 2024 .  
  17. 1 2 تانجين، ب.م. (2011-09-15). "تعريف الكيرالية في الأوساط المغناطيسية المرتبة بناءً على التناظر المغناطيسي" . فيزيكا ب: المادة المكثفة . 406 (18): 3423-3424 . رمز Bibcode : 2011PhyB..406.3423T . doi : 10.1016/j.physb.2011.06.012 . تاريخ الاسترجاع: 2024-11-08 .
  18. ↑ تشيونغ، سانغ ووك؛ شو، شيانغهان (2022-04-08). "الكيرالية المغناطيسية" . npj Quantum Materials . 7 (1) 40: 1– 6. Bibcode : 2022npjQM...7...40C . doi : 10.1038/s41535-022-00447-5 .
  • والتر غرينر؛ بيرندت مولر (2000). نظرية القياس للتفاعلات الضعيفة . سبرينغر. ISBN 3-540-67672-4.
  • غوردون ل. كين (1987). فيزياء الجسيمات الأولية الحديثة . دار بيرسيوس للنشر. رقم ISBN 0-201-11749-5.
  • كونديبودي، ديليب ك.؛ هيغستروم، روجر أ. (يناير 1990). "اتجاهية الكون". مجلة ساينتفك أمريكان . 262 (1): 108-115 . Bibcode : 1990SciAm.262a.108H . doi : 10.1038/scientificamerican0190-108 .
  • وينترز، جيفري (نوفمبر 1995). "البحث عن اليد اليمنى" . ديسكفر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 سبتمبر 2015 .