कण भौतिकी: हमें ऐसा करने की आवश्यकता क्यों है, और इस तरह से क्यों

कणों की किसे परवाह है? भौतिकविदों को उनमें इतनी दिलचस्पी क्यों है?

वास्तव में, हम अपने दम पर कणों में दिलचस्पी नहीं रखते हैं।

यहां आपके लिए एक सादृश्य है: कल्पना करें कि आप रोमन साम्राज्य के शहरों में रुचि रखते थे और उन्होंने कैसे कार्य किया। इस वजह से, आप रोमन वास्तुकला का अध्ययन करना शुरू कर सकते हैं। आपको इस बात में दिलचस्पी हो सकती है कि उन्होंने अपनी इमारतें और एक्वाडक्ट कैसे बनाए। फिर, शायद, आप उनकी मेहराब और नींव की विश्वसनीयता पर स्विच करेंगे, और उनसे ईंटों और मोर्टार के गुणों के लिए। लेकिन आपको ईंटों और मोर्टार में कोई दिलचस्पी नहीं है - यह केवल एक अंत का साधन है। आप उन्हें रोमन इमारतों के डिजाइन और निर्माण, उनकी सुंदरता और उनकी विश्वसनीयता के अधिक सामान्य मुद्दों के हिस्से के रूप में विचार करना चाहते हैं, जिससे उन्हें सदियों तक जीवित रहने की अनुमति मिली।

प्रकृति सबसे फलदायी और प्राचीन वास्तु है। हम सुंदरता और रहस्यों से घिरे रहते हैं - ओक और ज्वालामुखी, सूर्यास्त और तूफान, समुद्र तट पर एक खूबसूरत चाँद और रेत के असंख्य दाने। सदियों पहले, वैज्ञानिकों ने निष्कर्ष निकाला कि इस वास्तुकला की विविधता को बेहतर ढंग से समझा जा सकता है अगर हम यह मान लें कि इस मामले में विभिन्न परमाणु शामिल हैं - "तत्व"। इसलिए वे परमाणुओं में रुचि रखने लगे, प्रकृति के "प्राथमिक" निर्माण खंड, जैसा कि तब उन्होंने सोचा था।

लेकिन, जैसा कि यह निकला, यह केवल शुरुआत थी, क्योंकि यह पता चला कि दर्जनों विभिन्न प्रकार के परमाणु हैं, जो गंभीर रूप से रासायनिक परिवर्तनों और प्रकाश का उत्सर्जन करने की क्षमता में भिन्न हैं। परमाणुओं की विविधता और व्यवहार को समझने की कोशिश में, वैज्ञानिकों ने महसूस किया कि वे भी छोटे कणों से निर्मित वास्तुकला के रूप थे: परमाणु नाभिक के आसपास के इलेक्ट्रॉनों, उनके विद्युत बलों को मजबूत करके बरकरार रखा गया। और खुद नाभिक में, वास्तुकला भी है, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन अपनी मजबूत बातचीत को मजबूत करके बरकरार हैं। रास्ते में, एक और बल की खोज की गई, एक कमजोर बातचीत, एक रचनात्मक बल की तुलना में अक्सर अधिक विनाशकारी।

वास्तुकला के नए स्तरों की खोज ने न केवल प्राथमिक रासायनिक प्रक्रियाओं, साथ ही प्रकाश के उत्सर्जन और अवशोषण की व्याख्या करना संभव बना दिया, बल्कि अन्य रहस्यों को उजागर करने के लिए भी पहुंच प्रदान की - सितारों के संचालन के सिद्धांत, रेडियोधर्मिता, साथ ही नाभिक की ऊर्जा में छिपे हुए विशाल खतरे तक पहुंच। 20 वीं शताब्दी में ईंटों और सीमेंट का दृष्टिकोण कई रहस्यों को उजागर करने की कुंजी बन गया है।

यह, निश्चित रूप से, एक अर्ध-ऐतिहासिक स्केच है, और कहानी का सटीक खाता नहीं है। वास्तविक कहानी समृद्ध, अधिक जटिल और मेरी क्षमताओं से परे है।

1950 के दशक तक, यह ज्ञात था कि परमाणु नाभिक के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में कई चचेरे भाई हैं: अन्य हैड्रोन जैसे कि peonies , kaons , डेल्टा baryons , ro mesons और अन्य। यह जटिलता एक और वास्तुकला का संकेत थी। 1970 के दशक की शुरुआत में, इन कणों के बारे में एक नया विचार प्रकट हुआ, क्योंकि क्वार्क , एंटीकार्क और ग्लून्स से मिलकर बनी वस्तुओं को एक मजबूत अंतःक्रिया द्वारा एक साथ रखा गया था।

कण भौतिकी के विशेषज्ञ वैज्ञानिक हैं जो ईंटों और सीमेंट, विश्वसनीयता और विनाशकारीता के स्तर पर प्रकृति की वास्तुकला में रुचि रखते हैं। मौलिक बिल्डिंग ब्लॉक क्या हैं जो उन्हें एक साथ रखते हैं या उन्हें अलग करते हैं? ब्रह्मांड में हम जिस तरह की संरचनाओं का निरीक्षण करते हैं, वे विभिन्न प्रकार की संरचनाओं को कैसे व्यवस्थित और बनाते हैं?

1960 के दशक की शुरुआत के बाद से, समझ धीरे-धीरे आई है कि हम जिस दुनिया में रहते हैं उसके गुणों को ब्रह्मांड को भरने वाले कुछ पदार्थ की उपस्थिति की आवश्यकता होती है - एक गैर-शून्य क्षेत्र, जैसा कि हम परिभाषा में हिग्स फ़ील्ड कहते हैं - प्रकृति में कई कणों के गुणों को प्रभावित करते हैं। हिग्स फील्ड के बिना, हमारे आस-पास की वास्तुकला ढह जाएगी। यह समझना कि यह क्षेत्र क्या है और यह कैसे काम करता है, कण भौतिकी में आज के विशेषज्ञों की केंद्रीय परियोजनाओं में से एक है और लार्ज हैड्रोन कोलाइडर (LHC) के निर्माण का मुख्य औचित्य है। अध्ययन के दौरान किन रहस्यों का खुलासा होगा? अभी तक किसी को पता नहीं है।

फिर भौतिकविदों को एक विशाल "एटम स्मैशर्स" बनाने की आवश्यकता क्यों पड़ी?

ओह, मैं इस शब्द से कैसे नफरत करता हूँ! हम परमाणुओं से नहीं टकराते हैं, हम उप-परमाणु कणों से टकराते हैं: प्रोटॉन जो परमाणुओं (त्रिज्या में) से 100,000 गुना छोटे होते हैं, या इलेक्ट्रॉन जो कि प्रोटॉन से 1,000 गुना छोटे होते हैं! यह दो तेल टैंकरों या दो गोलियों की टक्कर के साथ ग्रहों की टक्कर को भ्रमित करने का तरीका है।

ठीक है, देवियों, पहले से ही शांत। तो भौतिकविदों को प्रोटॉन या अन्य उप-परमाणु कणों से क्यों मिलना चाहिए? क्या कुछ कम विनाशकारी करना संभव है?

एक सादृश्य अक्सर यह दिया जाता है कि भौतिकी में कोलाइडर्स (या, अधिक सटीक, सबटामिक पार्टिकल कोलाइडर) का उपयोग उनके द्वारा उत्सर्जित भागों पर उनके काम का अध्ययन करने के प्रयास में सटीक वर्णक्रम तोड़ने के अलावा है। यह सादृश्य समझ में आता है, लेकिन यह कुछ महत्वपूर्ण को ध्यान में नहीं रखता है।

पराबैंगनी ऊर्जा के उप-परमाणु कणों का टकराव केवल विनाश का कार्य नहीं है। यह, अधिकांश भाग के लिए, सृष्टि का एक कार्य है।

यह प्रकृति का एक अद्भुत गुण है - यदि आप बहुत अधिक ऊर्जा को एक छोटे से स्थान में धकेलते हैं, तो कभी-कभी इसमें से ऐसे कण उत्पन्न हो सकते हैं जो पहले नहीं थे। यह इसके लिए है कि हम उच्च-ऊर्जा कणों के टकराव की व्यवस्था करते हैं। ऊर्जा संपीड़न के साथ प्रौद्योगिकी एकमात्र ज्ञात तकनीक है जो नए या अत्यंत दुर्लभ कणों को प्राप्त करने की अनुमति देती है जिसे लोगों ने पहले नहीं देखा है। उदाहरण के लिए, हमारे पास हिग्स कण प्राप्त करने का कोई अन्य तरीका नहीं है।

इसलिए हम समयसीमा के टकराव में दिलचस्पी नहीं रखते हैं। हम पहले से ही उनके बारे में बहुत कुछ जानते हैं - हम पहले से ही एलएचसी में टकराव करने वाले प्रोटॉन को समझते हैं। हम ऐसी चीज की खोज करने की उम्मीद करते हैं जो घड़ी में नहीं थी - हमने पहले से ही क्वार्क और ग्लून्स, ईंटों और प्रोटॉन सीमेंट का पर्याप्त विस्तार से अध्ययन किया है। हमें उपमा को ट्विक करना होगा। बल्कि, हम इस उम्मीद में एक साथ घड़ी को धक्का देते हैं कि टक्कर ऊर्जा के परिणामस्वरूप एक सेल फोन दिखाई देगा।

यह बहुत पागल लगता है। लेकिन प्रकृति अद्भुत और असामान्य है, और दुर्लभ भारी कण एलएचसी पर रोजाना बनते हैं। यह हिग्स कण बनाने के लिए है, और, संभवतः, अन्य अप्रत्याशित घटनाएं, कि हम एलएचसी की वेदी पर प्रोटॉन का त्याग करते हैं।