हम प्राथमिक (प्रतीत होता है) कणों को जानते हैं

पिछले 115 वर्षों में, भौतिकविदों ने पता लगाया है कि पत्थरों, बारिश, सूरज और सूरज की रोशनी, समुद्र की लहरों और रेडियो तरंगों सहित लगभग सभी सामग्रियों को कणों (और उनके संबंधित क्षेत्रों) के संदर्भ में वर्णित किया जा सकता है। प्रयोगों ने विभिन्न प्रकार के कणों की खोज की है जो आज हमें प्राथमिक लगते हैं (अर्थात वे अधिक प्राथमिक कणों से मिलकर नहीं होते हैं)। हमारी परिचित दुनिया की सभी जटिल विविधता में ऐसे कणों का एक छोटा समूह शामिल है। शेष कण क्षणभंगुर हैं, वे इतनी जल्दी क्षय हो जाते हैं कि सामान्य परिस्थितियों में हम उनसे नहीं मिलते हैं। लेकिन वे ब्रह्मांड के रहस्यों की कुंजी रख सकते हैं जो हमारे लिए दुर्गम हैं।

इस लेख में, आपको कक्षाओं में कणों और उनके संगठन की वर्तमान समझ का एक छोटा सा अवलोकन मिलेगा। कणों की एक जोड़ी के साथ आवर्त सारणी की तरह कुछ। इसके अलावा, आप सीखेंगे कि ब्रह्मांड के जीवन में हिग्स क्षेत्र और इसकी महत्वपूर्ण भूमिका कणों के लिए क्या करती है।

हमारी वर्तमान समझ, कण और हिग्स क्षेत्र के संचालन के बारे में सबसे सरल परिकल्पना के साथ, "कण भौतिकी के मानक मॉडल" या "केवल मानक मॉडल" नामक समीकरणों के एक सेट तक कम हो जाती है। मानक मॉडल में प्राथमिक कणों में ऐतिहासिक रूप से बहुत ही अजीब नाम हैं, साथ ही बड़े पैमाने पर बिखरे हुए हैं। अंजीर में। 1:

• मैंने शीर्ष पर भारी कणों को आकर्षित किया, और तल पर प्रकाश वाले। मेरे तर्क के अनुसार, द्रव्यमान रहित कण न्यूनतम स्तर होते हैं, और कणों के द्रव्यमान के लिए कोई ऊपरी सीमा नहीं होती है। यही है, नीचे एक कठिन मंजिल है, और केवल ऊपर आकाश है।
• द्रव्यमान के बजाय, मैं बराबर द्रव्यमान-ऊर्जा (ई = एमसी ² ) का उद्धरण करता हूं, जो आमतौर पर कण भौतिकविदों द्वारा उपयोग किया जाता है। ऊर्जा का ट्रैक रखना जो गायब नहीं होता है और दिखाई नहीं देता है, कणों के द्रव्यमान को ट्रैक करने से आसान है जो कुछ प्रक्रियाओं में बदल सकते हैं, उदाहरण के लिए, पारे के दौरान । GeV इकाई सबसे हल्के परमाणु, हाइड्रोजन की द्रव्यमान-ऊर्जा के बराबर है।
• मैंने कणों के तीन वर्गों की पहचान की है: आवेशित लेप्टान (नीला डिस्क), न्यूट्रिनो (काला डिस्क) और क्वार्क (लाल डिस्क)। क्वार्कों को आमतौर पर दो वर्गों में विभाजित किया जाता है, ऊपरी और निचले, केवल विद्युत आवेश में भिन्न होते हैं। इस तरह के वर्गीकरण का महत्व बाद में स्पष्ट हो जाएगा।
• आयतों में, मैंने उनके वाहक कणों के साथ तीन इंटरैक्शन का संकेत दिया। मैंने चौथे इंटरैक्शन को बाहर रखा, गुरुत्वाकर्षण, ताकि तस्वीर को रोकना न हो।
• हिग्स फील्ड (या ऐसा कुछ जो अपनी भूमिका निभाता है) प्रकृति में औसत गैर-शून्य है। मैंने इसे हरे रंग की पृष्ठभूमि के माध्यम से निर्दिष्ट किया।


अंजीर। 1

ये किस प्रकार के कण हैं? उन सभी के पास एंटीपार्टिकल्स हैं, लेकिन संक्षिप्तता के लिए मैं उन्हें छोड़ देता हूं। चलो जल्दी से मामले की संरचना पर चलते हैं, इसे तब तक अलग करते हैं जब तक हम वांछित स्तर तक नहीं पहुंच जाते।

• परमाणु, जिनकी त्रिज्या आपके सिर से लगभग एक अरब गुना छोटी है, उनके इलेक्ट्रॉनों और परमाणु नाभिक से बना है।
• परमाणु प्रकाश, फोटॉन के कणों को अवशोषित और उत्सर्जित करते हैं। यह फोटॉन द्वारा किए गए विद्युत चुम्बकीय संपर्क के कारण होता है (अर्थात, जब विद्युत चुंबकत्व काम करता है, तो फोटॉन हमेशा मौजूद होते हैं)।
• परमाणु नाभिक, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने होते हैं, जो परमाणु से 100,000 से छोटे होते हैं, और ज्यादातर ऊपरी और निचले क्वार्क (और एंटीकार्क) और ग्लून्स से मिलकर होते हैं।
• प्रोटॉन और न्यूट्रॉन अलग-अलग नहीं होते हैं, और 8 प्रकार के ग्लोन द्वारा किए गए मजबूत इंटरैक्शन के कारण नाभिक के अंदर भी बरकरार रहते हैं।
• सूरज चमक रहा है, और कुछ परमाणु नाभिक क्षय के कारण एक प्रकार के क्वार्क के दूसरे प्रकार के क्वार्क के रूपांतरण के कारण होते हैं। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो उत्सर्जित होते हैं, ये कण सीधे सूर्य के केंद्र से आते हैं।
• क्वार्क का परिवर्तन और न्यूट्रिनो का उत्सर्जन कणों डब्ल्यू ⁺ , डब्ल्यू ^- और जेड ⁰ द्वारा किए गए कमजोर संपर्क के कारण होता है।
• अंतिम ज्ञात अंतःक्रिया गुरुत्वाकर्षण है, जिसे गुरुत्वाकर्षण माना जाता है। गुरुत्वाकर्षण की अद्भुत कमजोरी के कारण, इस कण का पता लगाना बहुत मुश्किल है।

हमारी दुनिया के लगभग सभी पहलुओं को इन कणों द्वारा निर्धारित किया जाता है। लेकिन और भी हैं। इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रिनो -1, ऊपरी क्वार्क और निचले क्वार्क को कणों की एक "पीढ़ी" कहा जाता है - इस मामले में, पीढ़ी का मतलब परिवार के पेड़ के समान है। दो भारी पीढ़ियां हैं, जिनमें से प्रत्येक में इन चार कणों की प्रतियां हैं।

• दूसरी पीढ़ी में एक म्यूऑन, न्यूट्रिनो -2, एक मुग्ध क्वार्क और एक अजीब क्वार्क होते हैं।
• तीसरी पीढ़ी में ताऊ, न्यूट्रिनो -3, टी-क्वार्क और बी-क्वार्क शामिल हैं।

पीढ़ियों की संरचना इन कणों को क्षैतिज परतों में विभाजित करती है। उन्हें उन वर्गों में भी विभाजित किया जा सकता है जिनका मैंने उल्लेख किया है: लोग अक्सर "इलेक्ट्रॉनिक प्रकार के कण" या "चार्ज किए गए लेप्टन" के बारे में बात करते हैं, इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन और ताऊ का जिक्र करते हैं, सामान्य रूप से "न्यूट्रिनो" के बारे में बात करते हैं, और क्वार्क को "ऊपरी" लोगों में विभाजित करते हैं। (ऊपरी, मंत्रमुग्ध, टी) और "निचला" (निचला, अजीब, बी)।

आप सोच रहे होंगे कि न्यूट्रिनो में अन्य कणों की तुलना में ऐसे उबाऊ नाम क्यों हैं। हमने उन्हें अलग तरह से बुलाया, लेकिन पिछले 20 वर्षों में हमने उनके बारे में बहुत कुछ सीखा है, और अभी भी सीखना जारी है। शायद जब धूल जम जाएगी, तो हम उन्हें नए नाम देंगे।

हम हिग्स कण के बारे में बहुत कम जानते हैं, लेकिन निकट भविष्य में हम और अधिक सीखेंगे।

आइए एक नज़र डालते हैं अलग-अलग जनता पर। उनके पास न केवल एक विशाल प्रसार है, बल्कि कोई स्पष्ट प्रणाली भी नहीं है। यहाँ कुछ नोटों के बारे में बताया गया है, जो सबसे हल्के कणों से शुरू होते हैं:

• फोटॉन और ग्रेविटॉन में संभवतः द्रव्यमान नहीं है - उनका द्रव्यमान आश्चर्यजनक रूप से छोटा होना चाहिए ताकि अवलोकन योग्य चुंबकीय क्षेत्र और ब्रह्मांड की विशाल संरचनाएं हों।
• ग्लून्स में द्रव्यमान नहीं होता है, जहां तक ​​यह समझ में आता है - वे प्रोटॉन जैसे हैड्रॉन के अंदर कैद में अपना जीवन बिताते हैं, और उनके द्रव्यमान को सीधे मापना आसान नहीं है।
• सिद्धांतकारों ने लंबे समय से न्यूट्रिनो द्रव्यमान की उपस्थिति के बारे में तर्क दिया है। पिछले दशक के प्रयोगों ने इस विवाद को हल कर दिया है (हालांकि इस तथ्य के कारण कि प्राप्त सबूत अप्रत्यक्ष हैं, पैंतरेबाज़ी के लिए अभी भी जगह है)। न्यूट्रिनो द्रव्यमान बहुत छोटे होते हैं, उनमें से सबसे भारी कम से कम एक अरब गुना हल्का परमाणु (हाइड्रोजन) से हल्का होता है, और सबसे हल्का द्रव्यमान भी छोटा होता है।
• अन्य कणों के द्रव्यमान ज्ञात हैं। एक इलेक्ट्रॉन हाइड्रोजन की तुलना में लगभग 1800 गुना हल्का होता है, एक टी-क्वार्क एक इलेक्ट्रॉन की तुलना में लगभग 400,000 गुना भारी होता है, और एक सोने के परमाणु की तुलना में केवल कुछ प्रतिशत हल्का होता है। कणों डब्ल्यू और जेड का द्रव्यमान टी-क्वार्क का लगभग आधा द्रव्यमान है।
• महत्वपूर्ण द्रव्यमान वाले सभी कणों में हिग्स क्षेत्र के साथ बातचीत के कारण होता है। न्यूट्रिनो सीधे द्रव्यमान प्राप्त नहीं कर सकते, लेकिन हिग्स क्षेत्र उनके लिए भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। मैंने इस तथ्य को डिस्कोटिंग कणों पर विभिन्न मोटाई के हरे फ्रेम के माध्यम से नोट किया।
• एक हिग्स कण की द्रव्यमान-ऊर्जा 125 GeV है

अंजीर में। 2 मैंने कणों और अंतर्क्रियाओं को अलग-अलग समूहित किया।


अंजीर। 2

आंकड़ा दिखाता है कि कौन से कण सीधे प्रभावित करते हैं। मैंने सभी प्रकार के कणों के बीच की रेखाओं को आकर्षित किया जो एक दूसरे के साथ सीधे संपर्क करते हैं। क्या दिलचस्प है ध्यान दें:
• ऐसा कुछ भी नहीं जिसे अक्सर पदार्थ के कण - आवेशित लेप्टोन, न्यूट्रिनो या क्वार्क कहा जाता है - एक दूसरे के साथ संपर्क करते हैं।
• पदार्थ के कण सीधे केवल उन कणों के साथ बातचीत करते हैं जो बातचीत को स्थानांतरित करते हैं!

यह बताता है कि अंतःक्रिया वाहकों को इस तरह क्यों कहा जाता है। जब परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन एक परमाणु नाभिक में एक ऊपरी क्वार्क के साथ बातचीत करता है, तो यह सीधे ऐसा नहीं करता है। एक इलेक्ट्रॉन सीधे एक फोटॉन के साथ इंटरैक्ट करता है, एक क्वार्क एक फोटॉन के साथ इंटरैक्ट करता है, और परिणामस्वरूप (यह काफी जटिल और गैर-सहज है) यह पता चलता है कि इलेक्ट्रॉन क्वार्क के प्रति आकर्षित है, और इसके विपरीत। इसी तरह, दो क्वार्कों के बीच की बातचीत अप्रत्यक्ष है, और ग्लून्स के साथ क्वार्क की प्रत्यक्ष बातचीत से आती है। पदार्थ के कणों के बीच सभी ज्ञात इंटरैक्शन सीधे नहीं होते हैं, इंटरैक्शन के वाहक उनमें भाग लेते हैं। जब आप दरवाजा खोलते हैं, तो फोटॉन काम करते हैं।

यह आंकड़ा बातचीत और कण वर्गों के कई महत्वपूर्ण गुणों को भी इंगित करता है:

• एक निश्चित वर्ग के सभी कण एक बातचीत का पालन करते हैं - यह वह है जो कक्षा से संबंधित है। न्यूट्रीनो केवल एक कमजोर संपर्क महसूस करते हैं। केवल क्वार्क और ग्लून्स एक मजबूत संपर्क महसूस करते हैं।
• घुमावदार रेखाएं बताती हैं कि कुछ परस्पर संवाद वाहक स्वयं या अन्य वाहकों के साथ सीधे संपर्क करते हैं। ग्लून्स खुद के साथ बातचीत करते हैं, लेकिन फोटॉन स्वयं के साथ बातचीत नहीं करता है (कम से कम सीधे नहीं)।
• एक अर्थ में, हिग्स कण बातचीत का वाहक भी है। लेकिन यह एक विशेष मामला है। हिग्स द्वारा एक कण पर प्रभाव को जितना अधिक प्रबल किया जाता है, एक नॉनजरो हिग्स फील्ड में इस कण का द्रव्यमान उतना ही अधिक होता है। (यह कथन ज्ञात कणों के लिए सत्य है, लेकिन अभी तक खोजे नहीं गए लोगों के लिए सही नहीं हो सकता है)। मैंने इसे हरे क्षेत्र की ढाल के साथ चिह्नित किया, जो शीर्ष पर गहरा हो जाता है, जिसका अर्थ है कि भारी कणों के लिए प्रभाव का प्रवर्धन। इसी तरह, एक हिग्स कण प्रकाश कणों की तुलना में भारी कणों के साथ अधिक मजबूती से संपर्क करता है।

यह दुनिया बहुत अजीब लग रही है, लेकिन आप इसे चाहते हैं या नहीं, यह हमारा है। आप कुछ मोटे तौर पर चिह्नित योजनाओं को देख सकते हैं, लेकिन फिर भी कोई स्पष्ट संगठन नहीं है। एक तरह से या किसी अन्य में अव्यवस्था हिग्स फ़ील्ड (या फ़ील्ड) से संबंधित है।