المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
النظام الإقليمي العربي
2024-11-06
تربية الماشية في جمهورية كوريا الشعبية الديمقراطية
2024-11-06
تقييم الموارد المائية في الوطن العربي
2024-11-06
تقسيم الامطار في الوطن العربي
2024-11-06
تربية الماشية في الهند
2024-11-06
النضج السياسي في الوطن العربي
2024-11-06


Dark Matter  
  
1184   04:44 مساءاً   date: 25-8-2016
Author : Sidney B. Cahn, Gerald D. Mahan And Boris E. Nadgorny
Book or Source : A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
Page and Part : part 2 , p 38

Dark Matter

From virial theorem arguments, the velocity dispersions of bright stars in dwarf elliptical galaxies imply that most of the mass in these systems is in the form of “dark” matter - possibly massive neutrinos (see Figure 1.1). The central parts of the Draco dwarf galaxy may be modeled as an isothermal gas sphere, with a phase-space distribution of mass of the form

Here, ρ(r) is the local mass density in the galaxy, σ is the velocity dispersion, and m is the mass of a typical “particle” in the galaxy. Measurements on Draco yield  light years). r0 is the “core” radius, where the density has decreased by close to a factor of 2 from its value at r = 0.

a) Using the virial theorem, write a very rough (order of magnitude) relation between r0, σ, and ρ(0).

b) Assume that most of the mass in Draco resides in one species of massive neutrino. Show how, if the Pauli exclusion principle is not to be violated, the distribution function above sets a lower limit on the mass of this neutrino.

c) Using the observations and the result of part (a), estimate this lower limit (in units of eV/c2) and comment on whether current measurements of neutrino masses allow Draco to be held together in the manner suggested.

Figure 1.1

SOLUTION

a) The virial theorem may be written relating the average kinetic energy, ⟨T⟩, and the forces between particles:

For an inverse square law force (gravitation), the average kinetic energy ⟨T⟩ and potential energy ⟨U⟩ are related as

(1)

For a very rough estimate of the gravitational potential energy of Draco, consider the energy of a sphere of uniform density ρ(0) and radius r0:

(2)

The average kinetic energy may be approximated by

(3)

Substituting (2) and (3) into (1), we find

(4)

b) If most of the mass of Draco is in massive neutrinos, we may estimate the energy by considering the energy of a uniform distribution of fermions in a box of volume V. The energy of such a fermionic gas:

(5)

Rewriting (5) in terms of density and volume gives

(6)

If the mass of the neutrino is too low, in order to maintain the observed density, the number density would increase, and the Pauli principle would require the kinetic energy to increase. So, in (6), the energy increases as the mass of the neutrino decreases. Equating the kinetic energy from (a) with (6), we see

(7)

c) Substituting (4) into (7), we determine that

This value is at least an order of magnitude larger than any experimental results for neutrino masses, implying that the model does not explain the manner in which Draco is held together.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.