Ο νόμος του Ohm παραβιάζεται στις συγκρούσεις βαρέων ιόντων

Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται σε μια σύγκρουση υψηλής ενέργειας βαρέων ιόντων μπορεί να είναι ασθενέστερο από το αναμενόμενο, εμποδίζοντας την πειραματική αναζήτηση φιανομένων που σχετίζονται με το πεδίο

Στον Σχετικιστικό Επιταχυντή Βαρέων Ιόντων (RHIC), στη Νέα Υόρκη και στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), στην Ελβετία, τα βαρέα ιόντα συνθλίβονται αφού αποκτήσουν υψηλές ταχύτητες με σκοπό την μελέτη του πλάσματος κουάρκ-γλοιονίων – την καυτή σούπα των στοιχειωδών σωματιδίων που υπήρχε κατά τη διάρκεια του πρώτου μικροδευτερολέπτου μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου που παράγεται σε αυτές τις συγκρούσεις βαρέων ιόντων συνήθως υπολογίζεται χρησιμοποιώντας το νόμο της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του Ohm. Ο φυσικός Zhe Xu στο Πανεπιστήμιο Tsinghua στην Κίνα και οι συνεργάτες του απέδειξαν ότι ένας τέτοιος υπολογισμός μπορεί να υπερεκτιμήσει την ένταση του πεδίου, και με τη σειρά του, το μέγεθος κάθε εξωτικού φαινομένου που σχετίζεται με το πεδίο.

Για να κάνετε τα φορτία ενός αγωγού να κινηθούν, πρέπει με κάποιον τρόπο, να τα ωθήσετε. Το πόσο γρήγορα κινούνται, ως απόκριση σε μια συγκεκριμέμνη ώθηση, είναι κάτι που εξαρτάται από τη φύση του υλικού. Στα περισσότερα υλικά η πυκνότητα του ρεύματος \vec{J} είναι ανάλογη της δύναμης ανά μονάδα φορτίου: \vec{f}: \vec{J}=\sigma \, \vec{f}  (1).
O συντελεστής αναλογίας σ (που δεν πρέπει να συγχέεται με το επιφανειακό φορτίο) είναι μία εμπειρική σταθερά που αλλάζει από υλικό σε υλικό και ονομάζεται αγωγιμότητα του μέσου. Στα περισσότερα βιβλία θα βρείτε τιμές όχι της αγωγιμότητας, αλλά της ειδικής αντίστασης ρ που είναι το αντίστροφο της σ: ρ=1/σ (μην την συγχέετε με την πυκνότητα φορτίου- – λυπάμαι, αλλά αρχίζουν να εξαντλούνται τα ελληνικά γράμματα, και αυτό είναι το σύμβολο που έχει καθιερωθεί).
Θεωρητικά, το δυναμικό αίτιο που εξωθεί τα φορτία να δημιουργήσουν το ρεύμα μπορεί να είναι οποιοδήποτε: η βαρύτητα ή κάποια δύναμη χημικής προέλευσης ή ακόμα και ειδικά εκπαιδευμένα μυρμήγκια εφοδιασμένα με μικροσκοπικά λουριά. Εμείς όμως, σύμφωνα με τον σκοπό που θέσαμε, θα θεωρούμε πάντα ότι η δύναμη στην οποία οφείλεται το ρεύμα είναι η ηλεκτρομαγνητική. Στην περίπτωση αυτή η πυκνότητα ρεύματος είναι: \vec{J}=\sigma ( \vec{E}+\vec{v}\times\vec{B}) (2).
Επειδή συνήθως η ταχύτητα των φορτίων είναι πολύ μικρή, ο δεύτερος όρος παραλείπεται. Όμως στην περίπτωση του πλάσματος η μαγνητική συνεισφορά στην δύναμη ανά μονάδα φορτίου \vec{f} μπορεί να είναι σημαντική. Η εξίσωση (2) είναι γνωστή ως νόμος του Ohm, το φυσικό της νόημα ωστόσο, περιέχεται εξ ολοκλήρου στην (1) … «Εισαγωγή στην Ηλεκτροδυναμική», David J. Griffiths

Το μαγνητικό πεδίο του πλάσματος κουάρκ-γλοιονίων που δημιουργείται σε μια σύγκρουση βαρέων ιόντων προκαλείται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα που σχηματίζεται στο σημείο της σύγκρουσης. Αυτό το ρεύμα συνήθως θεωρείται ότι έχει μια σταθερή τιμή που καθορίζεται από το νόμο του Ohm. Ωστόσο, ο Xu και οι συνεργάτες του συνειδητοποίησαν ότι το ρεύμα θα χρειαζόταν κάποιο χρόνο για να φτάσει σε αυτήν την τιμή. Εξετάζοντας τυπικές συγκρούσεις βαρέων ιόντων στους RHIC και LHC, υπολόγισαν ότι ο χρόνος καθυστέρησης είναι μεγαλύτερος από δύο βασικές χρονικές κλίμακες τέτοιων συγκρούσεων: τον χρόνο που απαιτείται για να σχηματιστεί το πλάσμα κουάρκ-γλοιονίων και τον χρόνο ζωής του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου που παράγεται από πρωτόνια που δεν συμμετέχουν στη σύγκρουση. Διαπιστώθηκε ότι ένας τόσο μεγάλος χρόνος καθυστέρησης μειώνει σημαντικά την προβλεπόμενη ένταση του επαγόμενου μαγνητικού πεδίου.

Αυτό το ‘κατεσταλμένο’ πεδίο θα μπορούσε να είναι η αιτία ώστε φαινόμενα σχετικά με το πεδίο, να μην μπορούν να μετρηθούν από τους τωρινούς ανιχνευτές των RHIC και LHC. Τέτοια φαινόμενα περιλαμβάνουν το χειρόμορφο μαγνητικό φαινόμενο – την δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος από μια διαφορά στον αριθμό των αριστερόστροφων και δεξιόστροφων σωματιδίων σε ένα μαγνητικό πεδίο.

Ryan Wilkinson – https://physics.aps.org/articles/v15/s52



Κατηγορίες:ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Ετικέτες: ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: