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8 उपपरमाण्विक कण जिन्हें आपको जानना चाहिए

CERN में एक ब्लैकबोर्ड, CERN सैद्धांतिक भौतिकी के साथी अल्बर्टो रामोस और यूनिवर्सिडैड ऑटोनोमा डे मैड्रिड के भौतिक विज्ञानी एंटोनियो गोंजालेज-अरोयो द्वारा सैद्धांतिक भौतिकी समीकरणों के साथ कवर किया गया, 19 अप्रैल, 2016 को फोटो खिंचवाया गया। छवि क्रेडिट: डीन मौहतारोपोलोस / गेटी इमेजिस

बोसॉन, लेप्टान, हैड्रॉन, ग्लून्स- ऐसा लगता है कि उप-परमाणु कणों का एक वास्तविक चिड़ियाघर है, और आपको कभी-कभी अपने क्वार्क और आपके स्क्वार्क को मिलाने के लिए क्षमा किया जा सकता है (हाँ, स्क्वार्क एक वास्तविक चीज़ है, या कम से कम एक वास्तविक संभव चीज़ है) . निम्नलिखित सूची वहां क्या है इसकी पूरी सूची नहीं है; बल्कि, यह एक प्रकार का स्टार्टर किट है, जो हमारे ब्रह्मांड को बनाने वाले अधिक महत्वपूर्ण-और अधिक विचित्र-कणों का संयोजन है। सूची मोटे तौर पर उन कणों से चलती है जिनके बारे में आपने हाई स्कूल भौतिकी वर्ग में सीखा था और अधिक विदेशी संस्थाओं के लिए, जो अभी के लिए, सैद्धांतिक भौतिकविदों की आँखों में टिमटिमाने से थोड़ा अधिक है।

1. इलेक्ट्रॉन: रसायन और बिजली का दाता

जबकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन (और उनके घटक क्वार्क) परमाणुओं को अपना वजन देते हैं, यह उनके बहुत हल्के इलेक्ट्रॉनों का समूह है जो यह निर्धारित करता है कि अणु कैसे अणु बनाने के लिए एक साथ आते हैं - एक शब्द में, यह इलेक्ट्रॉन हैं जो हमें रसायन देते हैं। (पानी के अणु को दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु के रूप में सोचें जिन्होंने अपने 10 इलेक्ट्रॉन बच्चों के लिए एक संयुक्त अभिरक्षा समझौता किया है।) इलेक्ट्रॉनों में हेरफेर करना सीखना इतिहास की सबसे बड़ी वैज्ञानिक जीत में से एक रहा है। उन्नीसवीं सदी के अंत में, हमने तारों में इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करना सीखा- बिजली! (अजीब तरह से, जबकि बिजली हल्की गति से यात्रा करती है, इलेक्ट्रॉन स्वयं केवल एक-दो फीट प्रति घंटे की गति से आगे बढ़ रहे हैं।) कुछ दशकों बाद, हमें पता चला कि एक वैक्यूम ट्यूब के अंदर फॉस्फोरसेंट स्क्रीन पर इलेक्ट्रॉनों की एक धारा को कैसे फायर किया जाए - वोइला, टेलीविजन।

2. फोटॉन: विद्युत चुम्बकीय विकिरण वाहक

प्रकाश की प्रकृति प्राचीन काल से ही वैज्ञानिकों और दार्शनिकों को हैरान करती रही है। कुछ विचारकों ने जोर देकर कहा कि प्रकाश एक लहर की तरह व्यवहार करता है; अन्य (सबसे प्रसिद्ध आइजैक न्यूटन) ने कहा कि प्रकाश कणों से बना है। 20वीं शताब्दी की शुरुआत में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने दिखाया कि न्यूटन सही रास्ते पर था, यह खोजते हुए कि प्रकाश 'मात्राबद्ध' है, जो कि असतत कणों से बना है (भले ही यह एक लहर की तरह व्यवहार कर सकता है)। इलेक्ट्रॉनों और क्वार्कों (नीचे देखें) के विपरीत, फोटॉन का कोई 'बाकी द्रव्यमान' नहीं होता है - अर्थात, वे शब्द के रोजमर्रा के अर्थ में कुछ भी वजन नहीं करते हैं। लेकिन फोटॉन में अभी भी ऊर्जा होती है। वह ऊर्जा प्रकाश की आवृत्ति के समानुपाती होती है, जिससे नीला प्रकाश (उच्च आवृत्ति) लाल प्रकाश (कम आवृत्ति) की तुलना में प्रति फोटॉन अधिक ऊर्जा वहन करता है। लेकिन फोटॉन केवल दृश्य प्रकाश से अधिक ले जाते हैं; वे रेडियो तरंगों (दृश्य प्रकाश की तुलना में बहुत कम आवृत्तियों के साथ) और एक्स-रे (बहुत अधिक आवृत्तियों के साथ) सहित विद्युत चुम्बकीय विकिरण के सभी रूपों को व्यक्त करते हैं।

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3. क्वार्क: आप, मैं, गोल्फ बॉल, स्टार, गैलेक्सीGA

क्वार्क वे हैं जो ब्रह्मांड में अधिकांश वास्तविक, परिचित सामान से बने हैं - आप और मैं, तारे और ग्रह, गोल्फ की गेंदें और आकाशगंगाएँ। क्वार्क तथाकथित मजबूत परमाणु बल के माध्यम से प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाने के लिए एक दूसरे के लिए खींचे जाते हैं, जो परमाणुओं के नाभिक बनाते हैं। (कम से कम दृश्य भाग। उस पर और बाद में।) वास्तव में, क्वांटम यांत्रिकी के नियमों की ख़ासियत के कारण, वे केवल इन बड़े, मिश्रित जानवरों के भीतर ही मौजूद हो सकते हैं; हम कभी भी अपने आप क्वार्क नहीं देख सकते हैं। वे छह 'स्वाद' (हाँ, एक और क्वांटम यांत्रिकी चीज़) में आते हैं: ऊपर, नीचे, अजीब, आकर्षण, ऊपर और नीचे। इनमें से, अप और डाउन क्वार्क सबसे स्थिर हैं, इसलिए यह वे दो हैं, विशेष रूप से, अधिकांश 'सामान' से बना है (अन्य केवल अधिक विदेशी परिस्थितियों में मौजूद हो सकते हैं)। पहली बार 1960 के दशक में प्रस्तावित, क्वार्क मॉडल की पुष्टि तब से हजारों प्रयोगों द्वारा की गई है, जिसकी परिणति 1995 में फर्मिलैब में शीर्ष क्वार्क की खोज में हुई थी।

4. न्यूट्रिनो: ज़िप्पी, मास के एक छोटे से बिट के साथ

न्यूट्रिनो मायावी, बहुत हल्के कण होते हैं जो पदार्थ के साथ मुश्किल से ही अंतःक्रिया करते हैं। वे पदार्थ को इतनी आसानी से पकड़ लेते हैं कि, लंबे समय तक, भौतिकविदों को आश्चर्य होता है कि क्या उनके पास फोटॉन की तरह शून्य आराम द्रव्यमान हो सकता है। 1930 में वोल्फगैंग पाउली द्वारा पहली बार सिद्धांतित, उनका पता 1950 के दशक में लगाया गया था - लेकिन यह केवल पिछले कुछ दशकों में था कि भौतिक विज्ञानी यह दिखाने में सक्षम थे कि न्यूट्रिनो में वास्तव में द्रव्यमान की एक छोटी मात्रा होती है। (२०१५ का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार दो भौतिकविदों को मिला जिनके प्रयोगों ने न्यूट्रिनो के कुछ विशिष्ट गुणों का पता लगाने में मदद की।) जबकि छोटे, न्यूट्रिनो भी सर्वव्यापी हैं; सूर्य के केंद्र (निकटतम प्रमुख स्रोत) में निर्मित लगभग 100 ट्रिलियन न्यूट्रिनो, आपके शरीर से हर सेकंड गुजरते हैं। (और इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह रात का समय होता है; छोटे कण पृथ्वी के माध्यम से ठीक से ज़िप करते हैं जैसे कि यह वहां भी नहीं है।)

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5. हिग्स बोसॉन: संभावित द्रव्यमान प्रदाता

1993 में लियोन लेडरमैन द्वारा 'गॉड पार्टिकल' का उपनाम दिया गया, हिग्स बोसोन पिछले कुछ वर्षों में सभी कणों में सबसे प्रसिद्ध हो गया है। पहली बार 1960 के दशक में (पीटर हिग्स के साथ-साथ कई अन्य भौतिकविदों द्वारा, स्वतंत्र रूप से काम करते हुए) पोस्ट किया गया था, यह अंततः 2012 में जिनेवा के पास लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में फंस गया था। हिग्स पर इतना उपद्रव क्यों? कण खुद को दिखाने के लिए कण भौतिकी के तथाकथित 'मानक मॉडल' का अंतिम टुकड़ा था। 1960 के दशक की शुरुआत में विकसित किया गया मॉडल बताता है कि गुरुत्वाकर्षण के अपवाद के साथ सभी ज्ञात बल कैसे काम करते हैं। माना जाता है कि हिग्स इस प्रणाली के भीतर एक विशेष भूमिका निभाते हैं, अन्य कणों को द्रव्यमान के साथ समाप्त करते हैं।

6. ग्रेविटन: क्वांटम फील्ड थ्योरी पहेली का आखिरी टुकड़ा

गुरुत्वाकर्षण (यदि यह मौजूद है) फोटॉन की तरह 'बल वाहक' होगा। फोटॉन विद्युत चुंबकत्व के बल को 'मध्यस्थता' करते हैं; गुरुत्वाकर्षण गुरुत्वाकर्षण के लिए भी ऐसा ही करेगा। (जब एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म के माध्यम से एक दूसरे को आकर्षित करते हैं, तो वे फोटॉन का आदान-प्रदान करते हैं; इसी तरह, गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से एक-दूसरे को आकर्षित करने वाली दो विशाल वस्तुओं को गुरुत्वाकर्षण का आदान-प्रदान करना चाहिए।) यह क्वांटम के संदर्भ में गुरुत्वाकर्षण बल को पूरी तरह से समझाने का एक तरीका होगा। क्षेत्र सिद्धांत - या, इसे और अधिक स्पष्ट रूप से कहने के लिए, गुरुत्वाकर्षण एक शताब्दी पुरानी खोज को पूरा करते हुए गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम सिद्धांत को जोड़ देगा। समस्या यह है कि गुरुत्वाकर्षण अब तक ज्ञात बलों में सबसे कमजोर है, और डिटेक्टर बनाने का कोई ज्ञात तरीका नहीं है जो वास्तव में गुरुत्वाकर्षण को रोक सकता है। हालांकि, भौतिकविदों को उन गुणों के बारे में बहुत कुछ पता है जो गुरुत्वाकर्षण के पास होने चाहिए, अगर यह वहां है। उदाहरण के लिए, इसे द्रव्यमान रहित (फोटॉन की तरह) माना जाता है, इसे प्रकाश की गति से यात्रा करनी चाहिए, और इसे कण भौतिकी के शब्दजाल में 'स्पिन-टू बोसॉन' होना चाहिए।

7. डार्क मैटर पार्टिकल: मिसिंग मास की कुंजी?

लगभग 90 साल पहले, खगोलविदों ने ध्यान देना शुरू किया कि आकाशगंगाओं के चलने के तरीके में कुछ अजीब है। यह पता चला है कि आकाशगंगाओं में उनकी देखी गई गति के हिसाब से पर्याप्त दृश्यमान पदार्थ नहीं है। और इसलिए खगोलविद और भौतिक विज्ञानी लापता द्रव्यमान को बनाने के लिए कहा गया 'डार्क मैटर' की व्याख्या करने के लिए संघर्ष कर रहे हैं। (वास्तव में, माना जाता है कि सामान्य पदार्थ की तुलना में लगभग पाँच से एक के अनुपात में बहुत अधिक डार्क मैटर होता है।) डार्क मैटर किससे बना हो सकता है? एक संभावना यह है कि यह अभी तक अज्ञात मौलिक कणों से बना है, जो संभवत: बड़े धमाके के बाद पहले क्षणों में उत्पन्न हुए थे। इन कणों को खोजने की उम्मीद में अब कई प्रयोग चल रहे हैं।

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8. टैच्योन: कारण-और-प्रभाव मडलर (और संभवतः वास्तविक नहीं)

जब से आइंस्टीन ने सापेक्षता के अपने सिद्धांत के पहले भाग को सामने रखा, जिसे विशेष सापेक्षता के रूप में जाना जाता है, हम जानते हैं कि प्रकाश से तेज कुछ भी नहीं चल सकता है। (प्रकाश की गति से आगे बढ़ना ठीक है, यदि आप द्रव्यमान रहित हैं - एक फोटॉन की तरह।) टैक्योन काल्पनिक कण हैं जो हमेशा प्रकाश से तेज यात्रा करते हैं। कहने की जरूरत नहीं है, वे ब्रह्मांड के कामकाज के बारे में जो कुछ भी जानते हैं, उससे बहुत अच्छी तरह मेल नहीं खाते हैं। लेकिन 1960 के दशक में, कुछ भौतिकविदों ने एक खामी पाई: जब तक कण प्रकाश की गति से ऊपर बनाया गया था और कभी भी प्रकाश की तुलना में धीमी गति से यात्रा नहीं करता था, यह सैद्धांतिक रूप से मौजूद हो सकता था। इसके बावजूद, टैक्योन बहुत वास्तविक नहीं हैं। (2011 में उत्साह की झड़ी लग गई, जब इटली में एक कण भौतिकी प्रयोगशाला के वैज्ञानिकों ने दावा किया कि एक निश्चित प्रकार के न्यूट्रिनो ने प्रकाश की तुलना में थोड़ा तेज यात्रा की; बाद में उन्होंने स्वीकार किया कि उन्होंने गलती की थी।) यदि टैक्योन मौजूद हैं, तो कुछ लोग सोचते हैं उनका उपयोग अतीत में संकेत भेजने के लिए किया जा सकता है, जिससे कारण और प्रभाव की गड़बड़ी हो सकती है, और दादा विरोधाभास जैसे प्रसिद्ध पहेली की ओर अग्रसर हो सकता है। लेकिन अधिकांश भौतिकविदों का कहना है कि असंभावित घटना में वे मौजूद हैं, यह कोई समस्या नहीं होगी क्योंकि टैचियन को वैसे भी सामान्य पदार्थ (हमारे जैसे) के साथ बातचीत नहीं करनी चाहिए।