۵٫۱۵ تبدیلِ جرم و انرژی

خانه ／ ۵ ذراتِ میکروسکوپی

مقدمه
در نظریهٔ رشته‌های انرژی، جرم همان انرژیِ ذخیره‌شده در گره‌ای خودنگه‌دار از رشته‌ها در دریای انرژی است و انرژی به صورتِ بسته‌ای همدوس در همان دریا می‌دود. تبدیل یعنی یا گره را بگشاییم و موج بسازیم یا از موج رشته بکشیم و گره ببندیم. در یک محیطِ کششِ ثابت، نرخِ تبدیل ثابت می‌ماند؛ اما میانِ دو محیط، باید زمان و مقیاس را برحسبِ کششِ محلی بازسنجی کنیم.

نخست «جرم ← انرژی»؛ نمونه‌های اطمینان‌بخش (گره به موج می‌گشاید)

• فناشدنِ زوج ذره–پادذره: الکترون و پوزیترون «رشته‌ها را به دریا برمی‌گردانند» و تقریباً همهٔ انرژی را در دو فوتون رها می‌کنند؛ بسیاری از فروپاشی‌های مزونِ کوتاه‌عمر نیز همین منطق را دارند.
• فرونشستِ حالتِ برانگیخته (زوالِ همدوسی): اتم یا مولکولِ برانگیخته به ساختاری کم‌هزینه‌تر برمی‌گردد و به اندازهٔ اختلاف، فوتون می‌تاباند؛ این همان پایهٔ طیف‌سنجی و محیط‌های لیزر است.
• کاستیِ جرم در واکنش‌های هسته‌ای: گداخت هسته‌ها را در ساختاری پایاتر «می‌تند» و جرمِ کل را می‌کاهد؛ شکافت ساختارِ «بیش از حد فشرده» را بازمی‌نویسد و مازاد را به نوترون و گاما و انرژیِ جنبشیِ پاره‌ها می‌سپارد.
• فروپاشی‌ها و فواره‌های پرانرژی: ذرهٔ سنگین تند از هم می‌پاشد و انرژیِ ساختاری را به محصولاتِ سبک و تابش می‌سپرد؛ دفترِ انرژی روشن است.
  جمع‌بندی تصویر: ساختارِ پایا/نیمه‌پایا دگرگون می‌شود و انرژیِ اندوخته به بسته‌های همدوس و ذراتِ سبک بازمی‌گردد — گره به موج وا می‌شود.

دوم «انرژی ← جرم»؛ نمونه‌های اطمینان‌بخش (موج به گره می‌بندد)

• تولیدِ جفت در میدانِ کولنیِ قوی: فوتونِ گامای سخت نزدیکِ هستهٔ سنگین در میدان گرفتار می‌شود و به جفتِ e⁻e⁺ بدل می‌گردد؛ ورودی انرژیِ میدان است و خروجی جرمِ سکون دارد.
• جفت‌سازی با دو فوتون و با میدانِ شدید: برخوردِ فوتون‌های پرانرژی یا کنشِ لیزرِ فوق‌قوی با باریکهٔ الکترونی، سیستم را از آستانه می‌گذراند و جفتِ باردار می‌سازد؛ در برخوردهایِ فرامحیطیِ یونِ سنگین، این رخداد روشن دیده می‌شود.
• ساختِ ذراتِ سنگین در شتاب‌دهنده: انرژیِ باریکه در حجمِ ریزِ فضا–زمانی فشرده می‌شود؛ رشته‌ها یکباره کشیده و کوتاه بسته می‌شوند و W و Z و تاپ و هیگز پدید می‌آیند و سپس فرو می‌پاشند.
• بالا کشیدنِ «نویزِ ته‌زمینه» به فوتونِ واقعی: اثرِ کازیمیرِ دینامیک و تبدیلِ پارامتریِ خودبه‌خودی، بدون سیگنالِ ورودی، جفت فوتونِ هم‌بسته می‌سازند و نشان می‌دهند تلاطمِ نقطهٔ صفر زیرِ پمپِ بیرونی از آستانه می‌گذرد.
  جمع‌بندی تصویر: تغذیهٔ بیرونی یا بازچینیِ هندسی، کشش/همدوسیِ محلی را از آستانهٔ جوانه‌زنی بالاتر می‌برد و نیم‌گره‌های گذرا را به گره‌های واقعی بدل می‌کند.

سوم دامنهٔ تبیینِ نوین
زبانِ میدان و نوسانِ کوانتومی احتمال‌ها، توزیع‌های زاویه‌ای، بازده و پایستگیِ انرژی را دقیق پیش‌بینی می‌کند و در عمل بس موفق است. «سازوکارِ هیگز» نیز جرمِ سکونِ بسیاری از ذرات را پارامتریزه می‌کند. با این همه، پرسش‌هایی مانندِ نوسان‌ها واقعاً چه هستند؟ و چرا خلأ چنین می‌جوشد؟ بیشتر در سطحِ انتزاع و اصل‌گذاری می‌ماند و «نقشهٔ مادیِ مکانیزم» کمتر برجسته می‌شود.

چهارم سازوکارِ ساختاری در نظریهٔ رشته
دریا محیطی پیوسته است که می‌تواند کشیده یا رها شود؛ رشته خطی مادی‌ست که از دریا بیرون می‌کشیم و می‌توانیم در حلقه ببندیم.

• جرم ← انرژی: هرگاه شرط‌های خودنگهداری بریزد — بازنویسیِ کشش، گشودنِ قفلِ فاز، فزون‌فشار — گره باز می‌شود و انرژی از راهروهای کم‌امپدانس به‌صورتِ بسته‌ها جاری می‌گردد.
• انرژی ← جرم: وقتی میدان یا هندسه کششِ محلی را بالا می‌برد، با تغذیهٔ پایدار و قفل فاز، دریا رشته می‌کشد و می‌کوشد حلقه را ببندد. بیشتر تلاش‌ها به نیم‌گره می‌میرند؛ اندکی از آستانه می‌گذرند و ذرهٔ قابلِ ردیابی می‌شوند.
• مبادله و بازسنجی: در یک محیط، نرخ ثابت می‌ماند؛ میان دو محیط، با کششِ محلی بازسنجی می‌کنیم.
  این «نقشهٔ مادی» چرا–و–چگونهٔ تبدیل را به سه پرسش فرو می‌کاهد: آستانه رسیده؟ بازپیوند چگونه رخ داد؟ کدام مسیر کمترین کشش/بازدارندگی را داشت؟

پنجم آشتیِ دو زبان — نمونه‌های هم‌گذارد

• فناشدن e⁻–e⁺ — میدان: فوتون‌ها انرژی را می‌برند؛ رشته و دریا: پیچش‌های وارونه وا می‌شوند و انرژی چون پرتو نور می‌رود.
• گاما نزدیکِ هستهٔ سنگین — میدان: γ → e⁻e⁺؛ رشته و دریا: هسته کشش را بالاتر از آستانه می‌برد و موج به جفت می‌بندد.
• دو فوتون/میدان شدید — میدان: انرژی متمرکز از آستانه می‌گذرد؛ رشته و دریا: دو منبعِ همدوس فاز را قفل می‌کنند و نیم‌گره را آن‌سوتر می‌رانند.
• شتاب‌دهنده — میدان: انرژیِ باریکه به ذراتِ تازه می‌چکد؛ رشته و دریا: حبابِ پرفشارِ کوتاه رشته‌های ستبر می‌کشد، گرهٔ سنگین می‌بندد و زود می‌گشاید.
• کازیمیر دینامیک و تبدیل پارامتری — میدان: نوسان‌ها → فوتون‌های واقعی؛ رشته و دریا: بازنویسی تندِ مرز و مُد، کانالِ گیراندازی و بهره را برای نیم‌گره‌ها باز می‌کند.

ششم نشانک‌های مشترک و آزمون‌پذیر

• بستنِ دفترِ انرژی در ترازِ رویداد و نمونه.
• آستانه و شیب سنجیدنی هستند و با کششِ محلی و توانِ پمپ دگرگون می‌شوند.
• هم‌تغییریِ قطبش و فاز وقتی راستای کشش در مسیر می‌چرخد.
• برتریِ کانال: کریدورهای کم‌امپدانس بیشتر می‌گسیلند/جفت می‌سازند؛ نگاشتِ مکانی با هندسهٔ کانال سازگار است.

در پایان
۱) فیزیکِ نوین مبادلهٔ جرم و انرژی را کمّی کرده و آزمایش‌ها آن را تأیید می‌کنند. ۲) اما تصویرِ مادیِ چراییِ جوششِ خلأ و چگونگیِ تبدیلِ انرژی به ذره هنوز انتزاعی است. ۳) نظریهٔ رشته سازوکاری دیدنی می‌دهد: دریا رشته می‌کشد و رشته‌ها به گره می‌بندند؛ زیرِ آستانه نیم‌گره و بسترِ نویز می‌بینیم، و بالای آن ذرهٔ قابلِ آشکارسازی؛ گرهٔ ناپایدار رشته‌ها را به دریا بازمی‌گرداند. ۴) دو زبان در حوزهٔ مشترک همخوان‌اند؛ تفاوت در این است که آیا ماده و مقاومتِ مسیر را هم روشن می‌کنیم یا نه. این نقشه نشان می‌دهد در هر آزمایش کدام بخشِ دریا کشیده شد، کدام مسیر هموارتر بود و در کدام گام آستانهٔ جوانه‌زنی گذر شد؛ و بدین‌سان چرا موج‌ها جرم می‌شوند و چرا جرم به موج‌ها فرو می‌گشاید.