जीवन के तत्वों के एक अग्रदूत के रूप में मूल कोर

अरबों साल पहले, पृथ्वी पर मौजूद सभी कार्बन दूर के मृत सितारों के अंदर दिखाई दिए। सबसे पहले, प्रत्येक परमाणु का नाभिक एक सूजन की स्थिति में और तंग परिस्थितियों में जीवित रहने की न्यूनतम संभावना के साथ दिखाई दिया। बचे हुए 2,500 में से, केवल एक ही एक स्थिर रूप में बदल गया जो जीवन का समर्थन करने में सक्षम था।

बर्मिंघम विश्वविद्यालय के एक परमाणु भौतिक विज्ञानी और चिकित्सक मार्टिन फ्रीर ने कहा कि परमाणु नाभिक की संरचना को समझने से ब्रह्मांड में कई अन्य तत्वों को जन्म देने वाले अन्य राज्यों में इसे बदलने की आवृत्ति और तंत्र की व्याख्या करने में मदद मिलेगी। गणना से हॉयल राज्य के अस्तित्व की व्याख्या करने में मदद मिलती है और यह पता चलता है कि ब्रह्मांड जीवन के उद्भव के अनुरूप कितना सही है। "अगर होयेल का राज्य मौजूद नहीं था, तो हम नहीं होंगे, और अगर उसकी ऊर्जा थोड़ी अलग होती, तो जीवन अलग तरीके से चलता," फ्रायर कहते हैं।
यह प्रागैतिहासिक अस्थिर परमाणु राज्य, जिसे "होयल राज्य" कहा जाता है, 50 साल से अधिक समय पहले खोजा गया था, लेकिन इसने सुपरकंप्यूटरों के उद्भव और नई गणितीय तकनीकों के विकास को यह समझने के लिए लिया कि इसकी उपस्थिति भौतिकी के नियमों के अनुरूप कैसे है। मई 2011 में पहली बार प्रस्तुत किए गए एक पेपर में, और फिर 2012 में जर्नल फ़िज़िकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित होने के लिए सुधार हुआ , जर्मनी और संयुक्त राज्य अमेरिका के सैद्धांतिक भौतिकविदों के एक समूह ने हॉयल राज्य में खरोंच से एक परमाणु संरचना का निर्माण करने के लिए उप-परमाणु कणों के एक कंप्यूटर-संकलित सेट पर भौतिकी लागू किया ।

उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय में परमाणु भौतिकी के प्रोफेसर और काम के सह-लेखक डीन ली ने कहा, "यह एक मुड़ी हुई भुजा की तरह दिखता है।"

भौतिकविदों का तर्क है कि होयल राज्य की संरचना को समझने से यह पता लगाने में मदद मिलेगी कि यह कार्बन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और अन्य प्रकाश तत्वों की उपस्थिति में कैसे योगदान देता है जो जीवित जीवों के जटिल अणुओं को बनाते हैं। इन तत्वों का संश्लेषण जीवन को जन्म देता है, और सितारों के विकास का भी समर्थन करता है।

"कार्बन-ऑक्सीजन-नाइट्रोजन चक्र बाकी तत्वों के निर्माण के लिए आवश्यक है, और यह समझने के लिए कि तारे कैसे रहते हैं और मर जाते हैं," ओस्लो विश्वविद्यालय और मिशिगन विश्वविद्यालय में सैद्धांतिक परमाणु भौतिकी के प्रोफेसर मोर्टन हज़ोरथ-जेनसेन ने कहा। परियोजना में शामिल नहीं। "और, निश्चित रूप से, होयल के राज्य के बिना, हम यहां भी नहीं होंगे।"


1967

1954 , , « » . - , , , 7,65 , , .

" , 7,65 ,- -. – , 4-5 , ".

जैसा कि अनुमान लगाया गया है, जीवन के लगभग सभी प्रमुख तत्व कार्बन के इस क्षणिक रूप से आते हैं। जब हाइड्रोजन मध्यम आकार के तारों, जैसे कि सूर्य से बाहर निकलना शुरू होता है, जिसमें से हीलियम का संश्लेषण होता है, उनकी बाहरी परतों का विस्तार होता है और फिर से, और नाभिक सिकुड़ते हैं। संपीड़न के दौरान, हीलियम नाभिक (अल्फा कण), प्रत्येक में दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं, उन्हें एक साथ इतना संकुचित किया जाता है कि वे चार प्रोटॉन और चार न्यूट्रॉन के परमाणु नाभिक में बदल जाते हैं, जिसे बेरिलियम -8 कहा जाता है। बेरिलियम दो अल्फा कणों में वापस आने से पहले एक सेकंड के ट्रिलियन का एक हजारवाँ हिस्सा, तीसरा अल्फा कण कभी-कभी उसमें प्रवेश करता है और एक उत्तेजित बढ़े हुए कार्बन -12 कोर: हॉयल स्टेट का निर्माण करता है। कार्बन के लिए छह प्रोटॉन और छह न्यूट्रॉन के अलावा, इस राज्य में भी अतिरिक्त ऊर्जा होती है।

हॉयल राज्य में नाभिक लगभग हमेशा बेरिलियम और एक अल्फा कण में बदल जाता है। लेकिन 2500 में से एक बार, यह सूजी हुई कार्बन एक स्थिर अवस्था में चली जाती है, जिससे गामा किरणों के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा निकल जाती है। बनाई गई कार्बन -12 नाभिक आवर्त सारणी के अनुसार फैल रही हैं: कुछ इस रूप में बनी हुई हैं, अन्य एक अन्य अल्फा कण के साथ विलय करती हैं और ऑक्सीजन बनाती हैं। ऑक्सीजन नाभिक का एक हिस्सा एक प्रोटॉन खो देता है और नाइट्रोजन में बदल जाता है। अन्य एक अन्य अल्फा कण के साथ विलय करते हैं और नीयन में बदल जाते हैं, और इसी तरह। यदि तारा एक सुपरनोवा विस्फोट के साथ समाप्त होता है, तो यह सभी नए बनाए गए तत्वों को अंतरिक्ष में बिखेर देता है, और वे भविष्य के सौर मंडल की ईंटें बन जाते हैं।

2001 में हमें छोड़ने वाले Hoyle को पता था कि शुरुआती समय में Hoyle की स्थिति के बिना, ये तत्व दिखाई नहीं देंगे। हॉयल राज्य बेरिलियम परमाणु और अल्फा कण द्वारा गठित कार्बन की प्रतिध्वनि है, इस अर्थ में कि इसमें लगभग उनके कुल द्रव्यमान जितनी ऊर्जा होती है। स्थिर कार्बन -12 में, ऊर्जा कम होती है, इसलिए यह अल्फा कणों और बेरिलियम के संश्लेषण के माध्यम से प्रकट नहीं होता है, जैसे दो प्लस दो तीन नहीं देते हैं। "इन सभी स्थिर राज्यों का अस्तित्व प्रतिध्वनि की आवश्यकता को इंगित करता है," हेजर्ट-जेनसेन कहते हैं।

लेकिन होयल ने केवल कार्बन की प्रतिध्वनि स्थिति की ऊर्जा की भविष्यवाणी की; वह अपनी उपस्थिति या अपने भौतिक गुणों के बारे में बलों और बातचीत के बारे में कुछ नहीं कह सकता था। चूंकि कार्बन में छह प्रोटॉन और छह न्यूट्रॉन होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में तीन क्वार्क होते हैं, हॉयल राज्य 36 निकायों के लिए बहुत मुश्किल काम है। परमाणु भौतिकविदों द्वारा दशकों के काम के बाद, और यहां तक ​​कि आधुनिक कंप्यूटरों की मदद से, इस राज्य की सटीक गणना अनुपलब्ध है।

एक नया दृष्टिकोण, चिरलनोबेल पुरस्कार विजेता स्टीवन वेनबर्ग द्वारा विकसित प्रभावी सिद्धांत (सीईटी) ने ली और उनके सहयोगियों को हॉयल के राज्य की संरचना के लिए एक अच्छा सन्निकटन बनाने की अनुमति दी। चाल इस तथ्य का उपयोग करती है कि नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे से अलग रखे जाते हैं, इसलिए वे एक-दूसरे को "तीन क्वार्कों की संरचनाओं के रूप में नहीं, बल्कि ठोस, यद्यपि जटिल कणों के रूप में" देखते हैं।

यदि हम क्वार्कों के बारे में भूल जाते हैं, तो 36-शरीर की समस्या 12-शरीर की समस्या में बदल जाती है, लेकिन मजबूत बातचीत, विद्युत चुम्बकत्व और उच्च-क्रम वाले चिरल बल के साथ जो सभी कणों के इंटरैक्शन को नियंत्रित करते हैं। और यहां तक ​​कि इस तरह के कार्य को अभी तक एक सटीक समाधान नहीं मिला है। "यह पता लगाना कि वास्तव में सभी बारह प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कहाँ स्थित हैं, बहुत मुश्किल है," ली कहते हैं।

गणना करने के लिए, केईटी एक गणितीय चाल का उपयोग करता है, कभी-कभी हाई स्कूल में उपयोग किया जाता है। जिस तरह एक ग्राफ पर एक वक्र द्वारा दर्शाया गया गणितीय कार्य मोटे तौर पर टेलर श्रृंखला के पहले कुछ सदस्यों की गिनती करके गणना की जा सकती है - कभी घटने वाले सदस्यों की एक अनंत राशि - वक्र पर एक बिंदु के आसपास, शोधकर्ता उन बलों को अनुमानित करते हैं जो टेलर श्रृंखला में केवल पहले कुछ सदस्यों पर विचार करके हॉयल राज्य का निर्माण करते हैं। इन ताकतों के लिए।

"मुझे इसकी तुलना गोल्फ में एक पैरा -3 छेद मारने की तुलना करना है [एक छेद जिसे एक पेशेवर गोल्फर को हिट करना चाहिए, उसे तीन हिट्स से अधिक नहीं लेना चाहिए - लगभग। ट्रांस।], ली कहते हैं। पहला झटका, टेलर श्रृंखला के पहले सदस्यों की तरह, "गेंद को जितना संभव हो सके छेद के करीब लाया जाता है।" दूसरा झटका, ऐसे शब्दों की तरह जो कणों की गति को बहुत प्रभावित नहीं कर रहे हैं, गेंद को और भी करीब लाते हैं। तीसरा झटका थोड़ा ट्विक है। तीन हिट के बाद, आपको हॉयल राज्य की संरचना और ऊर्जा का एक बहुत अच्छा अनुमान मिलता है।


जर्मनी के जूलिच सुपरकंप्यूटर केंद्र में जुगीन सुपरकंप्यूटर पर भौतिक विज्ञानी होयेल के राज्य की गिनती कर रहे हैं। आईबीएम से मशीन 222.8 teraflops की शक्ति तक पहुंचती है।

जब एक सुपरकंप्यूटर छह प्रोटॉन और छह न्यूट्रॉन के लिए तीन-आयामी जाली पर स्थित सिमुलेशन में ऐसी गणनाओं को लागू करता है, तो कण अनंत तरीकों से लाइन में आ सकते हैं। हालांकि, प्रकृति में केवल कम ऊर्जा विन्यास पाए जाते हैं। उनमें एक कम ऊर्जा वाला कार्बन राज्य पाया गया। और उनमें से एक अतिरिक्त ऊर्जा के 7.65 MeV के साथ, Hoyle राज्य है।

एक औसत लैपटॉप पर, जर्मन सुपरकंप्यूटर JUGENE द्वारा की गई गणना में दो सौ से अधिक वर्षों का समय लगेगा।

“मूल ​​सिद्धांतों से शुरू, आपको जटिल खोज ऑब्जेक्ट्स को फिट करने के लिए अपने मॉडल को ट्यून करने की आवश्यकता नहीं है; हमें कणों के बीच सबसे सरल इंटरैक्शन के शुरुआती बिंदु से वस्तुओं की गणना करने की आवश्यकता है, ”ली कहते हैं, जिन्होंने यूजीन एपेलबाम, हरमन क्रेब्स, उल्फ-जे के साथ काम किया। मीस्नर और टिमो लाडे। [एवगेनी एपेलबाउम, हरमन क्रेब्स, उल्फ-जी। Meissner, Timo Laehde]

Hoyle के राज्य, एक तुला भुजा की तरह, प्रत्येक शीर्ष पर एक अल्फा कण के साथ एक obtuse त्रिकोण का रूप लेता है। नाभिक की अतिरिक्त ऊर्जा अल्फा कणों को एक दूसरे से अलग स्थानांतरित करने की अनुमति देती है इसके अलावा यह जमीनी अवस्था में कार्बन -12 के साथ होता है, जिसका त्रिकोण समबाहु होता है।

बर्मिंघम विश्वविद्यालय के एक परमाणु भौतिक विज्ञानी और चिकित्सक मार्टिन फ्रीर ने कहा कि परमाणु नाभिक की संरचना को समझने से ब्रह्मांड में कई अन्य तत्वों को जन्म देने वाले अन्य राज्यों में इसे बदलने की आवृत्ति और तंत्र की व्याख्या करने में मदद मिलेगी। गणना से हॉयल राज्य के अस्तित्व की व्याख्या करने में मदद मिलती है और यह पता चलता है कि ब्रह्मांड जीवन के उद्भव के अनुरूप कितना सही है। "अगर होयेल का राज्य मौजूद नहीं था, तो हम नहीं होंगे, और अगर उसकी ऊर्जा थोड़ी अलग होती, तो जीवन अलग तरीके से चलता," फ्रायर कहते हैं।

सिमुलेशन में त्रि-आयामी जाली के संकल्प को बढ़ाकर, ली और सहकर्मियों ने हॉयल की स्थिति के बारे में उनकी समझ को स्पष्ट करने और जीवन को संभव बनाने वाली भौतिकी को बेहतर ढंग से समझने की उम्मीद की। "हम हमेशा खुद से संबंधित मुद्दों को हल करना चाहते हैं," ली कहते हैं। "जब जीवन दांव पर होता है, तो यह बहुत दिलचस्प हो जाता है।"