Τι είναι το Helicity;
Η ελικότητα ενός σωματιδίου είναι μια εγγενής ιδιότητα που σχετίζεται με το σπιν και την προβολή του κατά μήκος μιας καθορισμένης κατεύθυνσης.Αναγνωρίζουμε και αναφερόμαστε στους φίλους και τους ανθρώπους γύρω μας με το όνομά τους. Το όνομα ενός ατόμου είναι ένα εργαλείο αναγνώρισης. Δύο άτομα μπορεί να έχουν το ίδιο μικρό όνομα, αλλά διαφορετικά επώνυμα. Αυτό καθιστά εύκολη την αναγνώριση μεταξύ τους. Τι γίνεται αν κάποιος δεν ξέρει το όνομα κάποιου; Αντίθετα, θα περιέγραφαν τα φυσικά τους χαρακτηριστικά, καθώς κάθε άτομο έχει μοναδικά φυσικά χαρακτηριστικά και συμπεριφορά. Στον ατομικό κόσμο, πώς αναγνωρίζουμε τα σωματίδια; Με το όνομα, φυσικά! Ακριβώς όπως κάνουμε στον φυσικό κόσμο πλήρους κλίμακας, αναγνωρίζουμε τα ατομικά σωματίδια από τη χαρακτηριστική συμπεριφορά τους.
Υποατομικά σωματίδια (Φωτογραφία :Lorelyn Medina/Shutterstock)
Περιστροφή
Κάθε σωματίδιο έχει ένα σπιν. Η περιστροφή του σωματιδίου καθορίζει το σπιν του, το οποίο δίνει πολλές πληροφορίες για το σωματίδιο. Το γύρισμα έχει και ποσότητα και κατεύθυνση. Οι τιμές του spin είναι είτε ακέραιοι είτε κλασματικοί.
A Spinning Top (Φωτογραφία :sitaramdham/Shutterstock)
Τα σωματίδια με κλασματικές τιμές σπιν είναι φερμιόνια. Αυτά τα σωματίδια με ακέραιες τιμές σπιν είναι μποζόνια. Έτσι, οποιοδήποτε σωματίδιο κατηγοριοποιείται είτε ως φερμιόνιο είτε ως μποζόνιο, με βάση την τιμή σπιν του.
Fermions and Bosons (Photo Credit :ShadeDesign/Shutterstock)
Φανταστείτε τον εαυτό σας να περιστρέφεται με τα χέρια τεντωμένα προς τα έξω. Τώρα, φέρτε τα γρήγορα πιο κοντά στο σώμα σας. Τι παρατηρείτε; Πιθανότατα θα βρείτε τον εαυτό σας να στρίβει πολύ πιο γρήγορα από πριν. Αυτό το φαινόμενο αναφέρεται ως διατήρηση της γωνιακής ορμής. Η γωνιακή ορμή υπάρχει σε κάθε περιστρεφόμενο αντικείμενο ή σωματίδιο. Έτσι, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα περιστρεφόμενα σωματίδια παρουσιάζουν παρόμοια γωνιακή ορμή. Η τιμή σπιν του σωματιδίου είναι μοναδική, παρέχοντας πληροφορίες για τη γωνιακή ορμή αυτού του σωματιδίου.
Μπαλαρίνα που επιδεικνύει τη διατήρηση της γωνιακής ορμής (Φωτογραφία :Emre Terim/Shutterstock)
Μέσα σε ένα άτομο
Ένα άτομο έχει τροχιές, όπου βρίσκονται τα ηλεκτρόνια. Κάθε τροχιά, με τη σειρά της, έχει πολλά τροχιακά μέσα της. Μπορεί κανείς να φανταστεί τις τροχιές ως δρόμους/μονοπάτια, ενώ τα τροχιακά είναι οχήματα και τα ηλεκτρόνια είναι άνθρωποι μέσα στα οχήματα. Ένα ηλεκτρόνιο βρίσκεται πάντα σε αυτά τα τροχιακά. Όπως τα οχήματα που κινούνται στους δρόμους, έτσι και τα τροχιακά (οχήματα) είναι ευθυγραμμισμένα στις τροχιές. Τα ηλεκτρόνια μέσα στα τροχιακά έχουν ένα συγκεκριμένο σπιν. Συχνά ζευγαρώνονται μέσα σε ένα τροχιακό. Εάν ένα ηλεκτρόνιο περιστρέφεται δεξιόστροφα, το άλλο ζευγοποιημένο ηλεκτρόνιο περιστρέφεται αριστερόστροφα. Έτσι, τα ηλεκτρόνια έχουν αντίθετα σπιν που συμβολίζονται με τα σημάδια «+» και «-». Αυτό δείχνει ότι η περιστροφή έχει και τιμή και κατεύθυνση.
Τα ατομικά τροχιακά (Photo Credit :magnetix/Shutterstock)
Helicity
Ελικτικότητα είναι όταν τα περιστρεφόμενα σωματίδια επιδεικνύουν γραμμική κίνηση.
Προβαλλόμενη περιστροφή στη γραμμική κατεύθυνση (Πιστωτική φωτογραφία :mdpi.com)
Σε ένα παιχνίδι ουρανού, το μέρος του ανεμιστήρα έχει ρυθμιστεί σε περιστροφική κίνηση καθώς χωρίζεται από το κύριο παιχνίδι. Τώρα, λόγω της βαρύτητας, παρατηρούμε ότι και ο περιστρεφόμενος ανεμιστήρας κινείται προς τα κάτω. Αυτή τη στιγμή, το παιχνίδι έχει δύο είδη κίνησης. Η μία είναι η περιστροφική κίνηση, την οποία βλέπουμε καθώς περιστρέφεται γύρω από τον κεντρικό άξονά της. Μια άλλη είναι η γραμμική κίνηση λόγω της βαρύτητας της γης. Αυτό είναι ανάλογο με την ελικότητα που παρατηρείται στα σωματίδια.
Sky-Flier Toy (Προστασία φωτογραφίας:GO DESIGN/Shutterstock)
Τα σωματίδια, λόγω της περιστροφικής τους κίνησης, έχουν σπιν. Έχουν γραμμική κίνηση στην κάθετη κατεύθυνση, ανάλογη με το παιχνίδι ουρανού. Το σπιν και η γραμμική κίνηση μαζί περιγράφουν την ελικότητα. Η ελικτικότητα υποδηλώνει επίσης ότι το σωματίδιο διαγράφει μια έλικα.
Συμβολοσειρά DNA. Αρχείο EPS10 με αντανακλάσεις(Levente Naghi)S" width="809" height="607" srcset="https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/12/Double-helix-vector-illustration -which-resembles-a-DNA-string.-EPS10-file-with-reflectionsLevente-NaghiS.jpg 1000w, https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/12/Double-helix-vector -illustration-which-resembles-a-DNA-string.-EPS10-file-with-reflectionsLevente-NaghiS-300x225.jpg 300w, https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2020/12/Double -helix-vector-illustration-which-resembles-a-DNA-string.-EPS10-file-with-reflectionsLevente-NaghiS-768x576.jpg 768w" sizes="(max-width:809px) 100vw, 809p Φωτογραφία :Levente Naghi/Shutterstock)
Αριστερή και δεξιά ελίκωση
Το Helicity διατίθεται σε δύο τύπους:αριστερό ελικοειδές και δεξιό ελικοειδές.
Left and Right Helicity
Η αριστερή ελικότητα περιγράφεται από τον κανόνα του αριστερού αντίχειρα. Χρησιμοποιεί το αριστερό χέρι για να δείξει την κατεύθυνση κίνησης του σωματιδίου, ενώ τα κουλουριασμένα τέσσερα δάχτυλα του αριστερού χεριού δείχνουν την κατεύθυνση της περιστροφής. Ο αντίχειρας δείχνει προς την κατεύθυνση της γραμμικής κίνησης του σωματιδίου.
Κανόνας για τον αντίχειρα του αριστερού χεριού (Προσφορά φωτογραφίας:Emre Terim/Shutterstock)
Ομοίως, η σωστή ελικότητα δίνεται από τον κανόνα του δεξιού αντίχειρα. Τα τέσσερα δάχτυλα του δεξιού χεριού καμπυλώνουν προς την κατεύθυνση της περιστροφής, ενώ ο αντίχειρας δείχνει προς την κατεύθυνση της γραμμικής κίνησης αυτού του σωματιδίου.
Κανόνας για τον αντίχειρα του δεξιού χεριού (Φωτογραφία:fridas/Shutterstock)
Ένα σωματίδιο περιστρέφεται κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού, επομένως ο κανόνας του δεξιού αντίχειρα δείχνει ότι η κατεύθυνση της γραμμικής του κίνησης είναι προς τα κάτω. Επομένως, το σωματίδιο είναι σε σωστή ελικότητα. Εάν η κατεύθυνση της γραμμικής κίνησής του αλλάξει προς την ανοδική κατεύθυνση, η ελικότητα έχει αλλάξει σε αριστερόστροφη ή αριστερόχειρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ελικότητα είναι σταθερή με το χρόνο, ενώ σε άλλες περιπτώσεις, η ελικότητα ποικίλλει. Αυτή η παραλλαγή μας βοηθά να κατανοήσουμε τα πρότυπα συμπεριφοράς του αλληλεπιδρώντος σωματιδίου.Εφαρμογές Helicity
Το Helicity μας δίνει πολλές πληροφορίες για ένα σωματίδιο. Βοήθησε τους επιστήμονες να κατανοήσουν τις ιδιότητες και τη φύση των αλληλεπιδρώντων σωματιδίων. Η ελικοτητα παίζει βασικό ρόλο στην κατανόηση της φύσης ενός σωματιδίου. Το Helicity μας βοηθά επίσης να κατανοήσουμε τη φύση και τη συμπεριφορά των αντισωματιδίων.
Αναγνώριση σωματιδίων και αντισωματιδίων
Τα μοτίβα ελίκωσης βοηθούν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πολυάριθμες φυσικές και χημικές παρατηρήσεις στα εργαστήρια. Το Helicity χρησιμοποιείται συνήθως στον τομέα της χημείας για τη μελέτη των μορίων και των ιδιοτήτων τους.
