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सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के पहले परीक्षणों में से एक के रूप में, यह सभी समय का सबसे बड़ा कण त्वरक का निर्माण कर सकता है।

ऐसा लगता है कि जैसे ही हम इसे छोड़ते हैं अतीत बना रहता है, और वर्तमान लगातार बढ़ रहा है; यह आपको अस्थिरता से घेरता है।
- टॉम स्टॉपर्ड

प्रत्येक प्राकृतिक घटना जो हमने पूरे ब्रह्मांड में देखी, उनमें एक ही कण होते हैं: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन, साथ में फोटॉन। कम से कम, यह आमतौर पर ऐसा माना जाता है, लेकिन उनके साथ न्यूट्रीनो, एंटीन्यूट्रिनोस, अंधेरे पदार्थ की एक विशाल राशि, साथ ही अस्थिर उच्च-ऊर्जा कणों का एक सेट मामले में भाग लेता है। उनमें से एक, म्यूऑन, मेगाएन 00 बी उपयोगकर्ता से एक बहुत ही दिलचस्प सवाल का विषय बन गया:

हाल ही में आपने अपने ब्लॉग में उल्लेख किया था कि ब्रह्मांडीय किरणें, वायुमंडल में प्रवेश करते समय, कणों का उत्पादन करती हैं (यह मुझे, म्यून्स लगता है), और कैसे सापेक्षता से म्यूऑन को आगे जाने में मदद मिलती है वे कर सकते हैं, क्योंकि वे सतह तक पहुंचने से पहले क्षय होना चाहिए।
और यह रास्ता मुऑन के दृष्टिकोण से कैसे दिखाई देगा?

आइए शुरू करते हैं और आपको म्यून्स के बारे में बताते हैं।

लगभग सभी चीजें जो हम जानते हैं - परमाणु, अणु, ग्रह, तारे, नेबुला, आकाशगंगा - कई प्रसिद्ध मौलिक कणों से निर्मित होते हैं: फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, ग्लूऑन, साथ ही क्वार्क जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाते हैं। न्यूट्रिनोस और एंटीन्यूट्रिनो भी होते हैं जो शायद ही कभी पदार्थ के साथ बातचीत करते हैं, साथ ही साथ अंधेरे पदार्थ, जिनकी उपस्थिति हम केवल गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से जानते हैं। बाकी सब कुछ जो बनाया जा सकता है, अन्य सभी मौलिक कण बहुत अस्थिर हैं, अर्थात वे समय के साथ कुछ आसान और अधिक स्थिर हो जाते हैं।

इन सभी अस्थिर कणों में से, म्यूऑन स्थिर लोगों के सबसे करीब है, क्योंकि यह 2.2 माइक्रोसेकंड की औसत लंबाई के साथ "लंबा" जीवन जीता है, जो बाकी की तुलना में लंबे समय तक परिमाण का आदेश है। मुऑन - जैसे कि इलेक्ट्रान का चचेरा भाई, केवल भारी होता है, लेकिन इसमें समान गुण होते हैं:
• लेप्टान संख्या,
• विद्युत आवेश,
• स्पिन,
• चुंबकीय क्षण,

सिवाय इसके कि यह 206 गुना भारी है, और इसके क्वांटम भाग्य के हल होने के बाद, यह एक इलेक्ट्रॉन और दो न्यूट्रिनो में परिवर्तित हो जाता है।

अजीब बात यह है कि यदि आप पृथ्वी के समानांतर अपना हाथ बढ़ाते हैं, तो हर दूसरा एक म्यूऑन इससे होकर गुजरेगा। ये म्यूऑन्स वायुमंडल के ऊपरी हिस्से में पैदा होते हैं, जिसमें उच्च-ऊर्जा वाले कण, जिन्हें कॉस्मिक किरणों के रूप में भी जाना जाता है, लगातार दुर्घटनाग्रस्त होते हैं। ये मुख्य रूप से प्रोटॉन होते हैं, लेकिन बहुत उच्च ऊर्जाओं के होते हैं: वे परमाणुओं में इतनी अधिक दुर्घटना करते हैं कि यह कणों के व्यापक वायु शोषक का कारण बनता है - द्रव्य / एंटीमैटर जोड़े की उपस्थिति, साथ ही भारी अस्थिर कण जैसे कि प्याज़, जो क्षय भी कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, एक ही म्यू में) )।

यह आपको आश्चर्यचकित नहीं करना चाहिए: यदि आपने ई = एमसी ^{2 के} बारे में सुना है , तो आप समझते हैं कि दो कणों को एक साथ पर्याप्त रूप से उच्च गति से टकराकर नए कणों का अनायास निर्माण संभव है। हम गणना करते हैं: भले ही कण लगभग प्रकाश की गति से चलते हों, 300,000 किमी / सेकंड, और 2.2 माइक्रोसेकंड रहते हैं, उन्हें सड़ने से पहले 660 मीटर से अधिक की यात्रा नहीं करनी चाहिए।

हालांकि, मैं इस तथ्य के बारे में बात कर रहा हूं कि ये कण पृथ्वी के लगभग 100 किमी या 100,000 मीटर की दूरी पर वायुमंडल के ऊपरी हिस्से में बने हैं! हमारे दृष्टिकोण से, म्यूऑन को जमीन तक नहीं पहुंचना चाहिए। हालांकि, आइंस्टीन सब कुछ बचाता है - वस्तुएं प्रकाश की गति के करीब जाती हैं, उनकी घड़ियों को धीमा कर देती हैं।

हमारे दृष्टिकोण से, प्रकाश की गति के 99.9995% पर गति करने वाला एक म्यूऑन एक आराम करने वाले म्यूऑन की तुलना में 1000 गुना धीमा समय का प्रवाह अनुभव करेगा। इसलिए 660 मीटर के रास्ते के बजाय, यह तय होने से पहले 660 किलोमीटर तक उड़ सकता है। 2.2 μ के औसत जीवनकाल वाले मुन के लिए इस अंतर का मतलब है कि 10 ^{66 में} से एक मौका के बजाय ^वे आप तक पहुंचते हैं (उन्हें बिना किसी समय के फैलाव के ऐसा मौका मिलेगा) उन्हें ऐसा करने का 86% मौका मिलता है।

और यह मुऑन की तरफ से कैसा दिखेगा? अपने दृष्टिकोण से, समय सामान्य रूप से बहता है, वह ऊपरी वातावरण में दिखाई दिया और पृथ्वी पर नीचे चला गया। लेकिन उसके लिए "ग्राउंड" का मतलब हमारे लिए बिल्कुल भी नहीं है!

म्यूऑन को लगता है कि उसका समय सामान्य रूप से बह रहा है, लेकिन पूरी दुनिया 99.9995% प्रकाश की गति से उसकी ओर बढ़ रही है। समय को धीमा करने के अलावा, म्यूऑन लंबाई को छोटा करने के प्रभावों को देखता है, अर्थात्, 100 किमी की दूरी जो उसे यात्रा करने की आवश्यकता है, वह उसे 1000 गुना छोटा लगता है, अर्थात् 100 मीटर की तरह। और उसके पास पृथ्वी पर पहुँचने से पहले 86% संभावना है, भले ही आप उसकी बातों से गिनती करें।

इस सब के बारे में जागरूकता हमें प्रलोभन की ओर ले जाती है: यदि, प्रकाश की गति के लिए लगभग म्यूऑन को तेज करके, हम इसके जीवन काल को लंबा करते हैं, तो शायद हम इसका उपयोग आदर्श कण त्वरक बनाने के लिए कर सकते हैं!

आमतौर पर त्वरक / कोलाइडर में हम एक स्थिर कण (या एंटीपार्टिकल) का उपयोग करते हैं, जैसे कि इलेक्ट्रॉन, पॉज़िट्रॉन, प्रोटॉन, एंटीप्रोटन। एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके हम एक कण को गति देते हैं, और एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ हम इसके रास्ते को मोड़ते हैं। अंगूठी का बहुत महत्व है, क्योंकि एक ही "पथ" का उपयोग बार-बार किया जा सकता है, कण को कभी भी उच्च ऊर्जा के लिए और प्रकाश को एक किलोमीटर प्रति सेकंड से कम गति से अलग करने के लिए।

लेकिन एक समस्या है। हम उन्हीं ऊर्जाओं को प्राप्त करना चाहते हैं जो LHC में, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर में उपलब्ध हैं। जब दो प्रोटॉन एलएचसी में टकराते हैं, तो टकराव की ऊर्जा न केवल प्रत्येक प्रोटॉन में सभी तीन क्वार्कों के बीच वितरित की जाती है, बल्कि सभी ग्लून्स के बीच गहरे अंदर भी वितरित होती है। न केवल आप लगभग सभी ऊर्जा खो देते हैं जो आपने इतनी मेहनत से प्राप्त की, आपको बहुत अधिक "कचरा" भी मिलता है, क्योंकि ग्लून्स के साथ ये सभी क्वार्क डिटेक्टर में पूर्ण अराजकता पैदा करते हैं।

लेकिन इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर्स पर प्रोटॉन के समान ऊर्जा प्राप्त करना असंभव है। वही 27 किमी लंबी सुरंग जो अब एलएचसी में काम करती है, पहले बड़े इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर में इस्तेमाल की जाती थी। लेकिन 13 टीईवी की ऊर्जा, या एलएचसी पर 13,000,000,000,000 ईवी की ऊर्जा प्राप्त की जा सकती है, 114 जीईवी की ऊर्जा या 114,000,000,000 ईवी को बीईसी में प्राप्त किया जा सकता है। सौ गुना अंतर कहां है? रिंग के आकार के कारण नहीं (वे समान हैं), मैग्नेट की ताकत के कारण नहीं (यदि अतीत में आज के मैग्नेट थे, तो कुछ भी नहीं बदला होगा), लेकिन क्योंकि चार्ज किए गए कण तेजी से बढ़ रहे हैं, चुंबकीय क्षेत्र में अपना रास्ता झुका रहे हैं। और उत्सर्जन करें।

इस प्रभाव को सिंक्रोट्रॉन विकिरण के रूप में जाना जाता है, और यह चार्ज कणों को द्रव्यमान की चौथी शक्ति के विपरीत ऊर्जा खोने का कारण बनता है। इसका मतलब है कि एक प्रोटॉन की तुलना में 1836 गुना कम का इलेक्ट्रॉन 10 ¹³ गुना तेज ऊर्जा खो देता है ! यह एक अफ़सोस की बात है, क्योंकि अगर हम इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन को एक ही ऊर्जा पर हैड्रोन के रूप में टक्कर दे सकते हैं, तो हम बड़े पैमाने पर केंद्रों की उच्च ऊर्जाओं को माप सकते हैं और डिटेक्टर में बेहतर डेटा प्राप्त कर सकते हैं।

लेकिन अगर हम म्यूनों में समय के फैलाव का फायदा उठा सकते हैं, तो हम एक म्यूऑन कोलाइडर का निर्माण कर सकते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रॉन की तुलना में 206 गुना अधिक है, वजन हमें रिंग के माध्यम से प्रत्येक बीतने के बाद इलेक्ट्रॉन की तुलना में दो अरब गुना कम ऊर्जा खोने की अनुमति देगा।

जबकि म्यूऑन कोलाइडर बनाने के लिए ऐसी बाधाएँ हैं जिन्हें दूर करने की आवश्यकता है, लेकिन अगर हम म्यून्स (और एंटीमून्स) को एक समानांतर बीम में ला सकते हैं और उन्हें पर्याप्त प्रारंभिक वेग के साथ एक्सीलेटर रिंग में चला सकते हैं, तो हम उन्हें प्रकाश की गति के 99.999% तक तेज कर सकते हैं, उन्हें धक्का दे सकते हैं और खोल सकते हैं। ब्रह्मांड के बारे में और भी आश्चर्यजनक तथ्य - उच्च-सटीक भौतिकी और हिग्स बोसोन और ऊपरी छाल जैसे कणों के क्षय सहित।

फर्मीलाब में एक म्यूऑन त्वरक बनाने के लिए कार्यक्रम पर एक कामकाजी वसंत सम्मेलन अभी (मई 2015) समाप्त हो गया है। शीर्ष पर आप 201 मेगाहर्ट्ज MICE रेडियो मॉड्यूल का प्रोटोटाइप देखते हैं, जो 11 मीटर प्रति मीटर की लंबाई से म्यून्स को तेज करता है, जबकि पार्श्व वेग को भी कम करता है, जो बीम समानांतरता को बनाए रखने के लिए आवश्यक है। इस तकनीक को आयनियेशन कूलिंग के रूप में जाना जाता है, इसलिए संक्षिप्त नाम: मुऑन आयोनाइजेशन कूलिंग एक्सपेरिमेंट, MICE।

मुअन कोलाइडर अवधारणा

यह एक बार एक पाइप सपना था, और आलोचकों ने तर्क दिया है कि म्यूऑन का जीवनकाल हमेशा एक सीमा से बहुत अधिक होगा। अब, म्यूऑन एक्सीलेरेटर बहुत ही त्वरक बन सकता है जो कि LHC की क्षमताओं से परे जाकर यूनिवर्स की नई सीमाएँ खोलेगा। और एक ही भौतिकी - एसटीआर की भौतिकी, लंबा समय और लंबाई कम करने के लिए - अंतरिक्ष म्यूनों को पृथ्वी की सतह तक पहुंचने की अनुमति देना, एक नया त्वरक संभव बना देगा! (म्यून्स पर आधारित "हिग्स फैक्ट्री" बनाने की परियोजना पर नोबेल पुरस्कार विजेता कार्लो रूबिया की रिपोर्ट से स्लाइड)।

अद्भुत सवाल और अद्भुत क्षितिज का पता लगाने के बहाने धन्यवाद कि किसी दिन हम विज्ञान कथा से वास्तविकता तक छलांग लगाने की अनुमति देंगे। निम्नलिखित लेखों के लिए मुझे अपने प्रश्न और सुझाव भेजें ।

एथन नंबर 90 से पूछें: म्यून्स, रिलेटिविटी और एक नया रिकॉर्ड

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