एथन से पूछें: एंटीमैटर मूल रूप से पदार्थ से अलग कैसे है?

उच्च-ऊर्जा कण टकराव कण / एंटीपार्टिकल जोड़े या फोटॉनों की उपस्थिति का कारण बन सकते हैं, और कण / एंटीपार्टिकल जोड़े के विलोपन भी फोटॉनों की उपस्थिति का कारण बनते हैं, क्योंकि ये निशान एक बुलबुला कक्ष में दिखाई देते हैं। लेकिन क्या पदार्थ या एंटीमैटर के लिए कण का संबंध निर्धारित करता है?

यूनिवर्स में पदार्थ के प्रत्येक ज्ञात कण में एंटीमैटर डबल होता है। एंटीमैटर में सामान्य पदार्थ के समान कई गुण होते हैं, जिसमें परस्पर क्रिया के प्रकार, द्रव्यमान, विद्युत आवेश की भयावहता, और इसी तरह शामिल हैं। लेकिन कई बुनियादी अंतर हैं। हालांकि, पदार्थ और एंटीमैटर के कणों की परस्पर क्रिया के बारे में दो बातें निश्चितता के साथ कही जा सकती हैं: यदि आप एंटीमैटर से इसके दोगुने पदार्थ का एक कण टकराते हैं, तो वे तुरंत नष्ट हो जाते हैं, ऊर्जा में बदल जाते हैं, और किसी भी बातचीत में जो पदार्थ का एक कण बनाता है, एंटीमैटर से इसका जुड़वा जरूरी हो जाएगा। तो क्या एंटीमैटर खास बनाता है? यह वही है जो हमारे पाठक जानना चाहते हैं, कौन पूछता है:

मूलभूत स्तर पर पदार्थ और एंटीमैटर के बीच अंतर क्या हैं? क्या कोई आंतरिक गुण है जो किसी कण को ​​पदार्थ या एंटीमैटर बनने का कारण बनता है? क्या किसी प्रकार की आंतरिक संपत्ति (जैसे स्पिन) है जो क्वार्क और एंटीकार्क को अलग करती है? उपसर्ग "एंटी" एंटीमैटर क्या देता है?

प्रश्न के उत्तर को समझने के लिए, आपको मौजूदा कणों (और एंटीपार्टिकल्स) को देखने की जरूरत है।


स्टैंडर्ड मॉडल के कण और एंटीपार्टिकल्स सभी प्रकार के संरक्षण कानूनों का पालन करते हैं, लेकिन फ़र्म और बोसॉन के बीच मूलभूत अंतर हैं

यह प्राथमिक कणों का मानक मॉडल है: ज्ञात ब्रह्मांड में खुले कणों का एक पूरा सेट। वे आम तौर पर दो वर्गों में विभाजित होते हैं: पूर्णांक वाले स्पिनर के साथ (..., -2, -1, 0, +1, +2, ...), जो या तो पदार्थ या एंटीमैटर से संबंधित नहीं होते हैं, और अर्ध-पूर्णांक वाले स्पिनर के साथ होते हैं। (..., -3/2, -1/2, +1/2, +3/2, ...), दो श्रेणियों में से एक में गिरने के लिए बाध्य: पदार्थ या एंटीमैटर। कोई भी कण जिसे आप बस बनाना चाहते हैं, उसमें बहुत सारे निहित गुण होंगे जिन्हें हम क्वांटम संख्या कहते हैं। एक अलग, अलग-थलग कण में, ये दोनों गुण आपके परिचित होंगे, और कई गुण जो आपके लिए अपरिचित हो सकते हैं।


एक हाइड्रोजन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन के संभावित विन्यास आश्चर्यजनक रूप से एक दूसरे से अलग होते हैं, और फिर भी वे सभी एक ही कण को ​​थोड़ा अलग मात्रा में राज्यों का प्रतिनिधित्व करते हैं। कण और एंटीपार्टिकल्स की भी अपनी, अपरिवर्तित क्वांटम संख्याएँ होती हैं, और वे यह निर्धारित करने में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं कि कोई कण पदार्थ, एंटीमैटर या किसी भी श्रेणी से संबंधित है या नहीं।

साधारण लोगों में से, बड़े पैमाने पर और इलेक्ट्रिक चार्ज को याद कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन का शेष द्रव्यमान 9.11 × 10 ^-31 किग्रा है, और इसका चार्ज -1.6 x 10 ^-19 C है। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉनों प्रोटॉन से बंध सकते हैं, जो वर्णक्रमीय लाइनों और उत्सर्जन / अवशोषण लाइनों के एक सेट के साथ हाइड्रोजन परमाणु देता है, जो उनके विद्युत चुम्बकीय बातचीत पर निर्भर करता है। इलेक्ट्रॉन स्पिन +1/2 या -1/2 है, लिप्टन संख्या +1 है, लिप्टन परिवार की संख्या तीन के पहले के लिए +1 है (इलेक्ट्रॉन, म्यू, ताऊ) लेप्टान परिवारों (सादगी के लिए, हम ऐसी संख्याओं को छोड़ देते हैं) जो कमजोर आइसोस्पिन या कमजोर हाइपरचार्ज है )।

इलेक्ट्रॉन के इन गुणों को देखते हुए, कोई व्यक्ति एक प्रश्न पूछ सकता है - एंटीमैटर से इलेक्ट्रॉन के दोहरे कण को ​​क्या देखना चाहिए, जो प्राथमिक कणों को नियंत्रित करने वाले नियमों के आधार पर होता है।


एक साधारण हाइड्रोजन परमाणु में, एक एकल इलेक्ट्रॉन एक प्रोटॉन के चारों ओर परिक्रमा करता है। एक एंटीहाइड्रोजेन परमाणु में, एक पॉज़िट्रॉन एक एंटीप्रॉन के चारों ओर घूमता है। पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटोन क्रमशः इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के लिए एंटीमैटर में जुड़वां हैं।

सभी क्वांटम संख्याओं के मूल्यों को संरक्षित किया जाना चाहिए। लेकिन एंटीपार्टिकल्स में, इन नंबरों के संकेतों को उलट जाना चाहिए। एक विरोधी इलेक्ट्रॉन के लिए, इसका मतलब है कि इसमें निम्नलिखित क्वांटम संख्या होनी चाहिए:

• बाकी द्रव्यमान 9.11 × 10 ^-31 किग्रा,
• विद्युत प्रभार 1.6 x 10 ^-19 C,
• स्पिन -1/2 या +1/2,
• लेप्टान नंबर -1,
• लेप्टन परिवार की संख्या -1 है।

जब आप इसे एक एंटीप्रोटन के साथ जोड़ते हैं, तो यह वर्णक्रमीय रेखाओं और अवशोषण / उत्सर्जन लाइनों की ठीक उसी श्रृंखला को उत्पन्न करना चाहिए, जैसा कि इलेक्ट्रॉन / प्रोटॉन प्रणाली प्रदर्शित करती है।


हाइड्रोजन परमाणु में इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण और परिणामस्वरूप फोटॉनों की तरंग दैर्ध्य बाध्यकारी ऊर्जा के प्रभाव और एक इलेक्ट्रॉन और क्वांटम भौतिकी में एक प्रोटॉन के बीच बातचीत को प्रदर्शित करते हैं। पॉज़िट्रॉन और एंटीप्रोटोन में वर्णक्रमीय रेखाओं की पहचान की पुष्टि की जाती है।

इन सभी तथ्यों की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई है। एक कण जो एक एंटी-इलेक्ट्रॉन के वर्णन से बिल्कुल मेल खाता है, एक पॉज़िट्रॉन के रूप में जाना जाता है। यह आवश्यक है जब आप विचार करते हैं कि हम कैसे पदार्थ और एंटीमैटर बनाते हैं: आमतौर पर हम उन्हें कुछ भी नहीं बनाते हैं। यही है, अगर दो कण पर्याप्त रूप से उच्च ऊर्जाओं से टकराते हैं, तो संरक्षण कानून के अनुसार, अतिरिक्त ऊर्जा (अतिरिक्त आइंस्टीन के ई = एमसी ^{2 से} ) से एक अतिरिक्त कण / एंटीपार्टिकल जोड़ी प्राप्त करना अक्सर संभव होता है।


जब एक एंटीपार्टिकल के साथ एक कण का सामना करते हैं, तो हम उन्हें ऊर्जा में बदलकर, सत्यानाश करने की उम्मीद कर सकते हैं। और इससे यह अनुसरण करता है कि किसी भी दो कणों को पर्याप्त रूप से उच्च ऊर्जा से टकराते हुए, आप एक कण / एंटीपार्टिकल पेयर बना सकते हैं

लेकिन न केवल ऊर्जा को संरक्षित किया जाना चाहिए; अभी भी क्वांटम संख्याओं का एक पूरा पहाड़ है जिसे संरक्षित करने की आवश्यकता है! इनमें शामिल हैं:

• इलेक्ट्रिक चार्ज
• कोणीय गति (स्पिन और कक्षीय कोणीय गति का एक संयोजन; व्यक्तिगत कणों के लिए यह सिर्फ एक स्पिन है);
• लेप्टान संख्या
• बेरियन नंबर
• लिप्टन परिवार संख्या,
• रंग आवेश।

और इन सभी आंतरिक गुणों के कारण, दो पदार्थ और एंटीमैटर में सदस्यता निर्धारित करते हैं - बैरियन संख्या और लेप्टन संख्या।


प्रारंभिक ब्रह्मांड में सभी कणों और उनके एंटीपार्टिकल्स के बहुत सारे थे, लेकिन जैसे ही यह ठंडा हुआ, अधिकांश कणों का सफाया हो गया। हमारे सभी सामान्य पदार्थ क्वार्क और लेप्टन से उत्पन्न हुए हैं, सकारात्मक बैरन और लेप्टान संख्याओं के साथ, उनके डबल्स, एंटिकार्क्स और एंटीलिप्टन की संख्या से अधिक है।

यदि इनमें से कोई संख्या सकारात्मक है, तो कण सामान्य पदार्थ से संबंधित है। इसलिए, क्वार्क्स (एक बेरियन नंबर +1/3 के साथ), इलेक्ट्रॉनों, म्यूओन्स, ताऊ, न्यूट्रिनोस (एक लिप्टन नंबर +1 के साथ) पदार्थ से संबंधित हैं, और एंटीक्वार्क, पॉज़िट्रॉन, एंटीमून्स, एंटीटॉ, एंटीन्यूट्रिनो - एंटीमैटर के लिए। ये सभी फ़र्मियन और एंटीफ़र्मेंस हैं, और प्रत्येक फ़र्मियन पदार्थ का एक कण है, और एंटीफ़र्मियन एंटीमैटर का एक कण है।


एमवी / एस ² में द्रव्यमान वाले मानक मॉडल के कण ऊपरी बाएं कोने में इंगित किए गए हैं। तीन बायां स्तंभ फर्मीशन हैं, दो दाएं कॉलम बोसॉन हैं। और यद्यपि सभी कणों के अपने एंटीपार्टिकल होते हैं, केवल फ़र्म पदार्थ या एंटीमैटर के होते हैं।

लेकिन बोसॉन भी हैं। ऐसे ग्लून्स हैं जिनके एंटीपार्टिकल्स विपरीत रंग संयोजनों के साथ ग्लून्स हैं; एंटीपार्टिकल डब्ल्यू के साथ डब्ल्यू ^{+ है -} (विपरीत विद्युत आवेश के साथ); Z ^{0 है} , हिग्स बोसोन और एक फोटॉन, एंटीपार्टिकल्स जिनमें से वे स्वयं हैं। हालांकि, बोसॉन न तो पदार्थ से संबंधित हैं और न ही एंटीमैटर। लेप्टान या बेरियन संख्या के बिना, इन कणों में एक विद्युत आवेश, रंग आवेश, स्पिन आदि हो सकते हैं। - लेकिन कोई भी उन्हें "मामला" या "एंटीमैटर" नहीं कह सकता। इस मामले में, बोसॉन केवल बोसॉन हैं, और यदि उनके पास कोई शुल्क नहीं है, तो वे अपने स्वयं के एंटीपार्टिकल्स हैं।


यूनिवर्स के सभी पैमानों पर, हमारे क्षेत्र से लेकर इंटरस्टेलर स्पेस तक, अलग-अलग आकाशगंगाओं से लेकर गुच्छों और तंतुओं और महान ब्रह्मांडीय वेब तक, जो भी हम देखते हैं, वह सब हमें साधारण पदार्थ से बना लगता है, लेकिन प्रतिपक्षी से नहीं। यह पहेली अनसुलझी बनी हुई है।

तो एंटीमैटर को उपसर्ग "विरोधी" क्या देता है? यदि हम एक अलग कण लेते हैं, तो इसके एंटीपार्टिकल में समान द्रव्यमान होगा, और सभी एक ही क्वांटम संख्याओं के साथ विपरीत संकेत: यह एक कण है जो पहले से सत्यानाश कर सकता है और ऊर्जा में बदल सकता है। लेकिन पदार्थ होने के लिए, कण में एक सकारात्मक या तो बेरियन या लेप्टान संख्या होनी चाहिए। एंटीमैटर होने के लिए, आपके पास एक नकारात्मक या तो बेरोन या लेप्टान संख्या होनी चाहिए। इसके अलावा, हमारे यूनिवर्स में इस बात के कोई बुनियादी कारण नहीं हैं कि कोई भी चीज किसी भी तरह से एंटीमैटर से बेहतर क्यों होगी; हम अभी भी नहीं जानते हैं कि यह समरूपता कैसे टूटी थी (हालांकि हमारे पास विचार हैं)। अगर सब कुछ अलग-अलग तरीके से हुआ, तो हम शायद हर चीज को "मामला" और बाकी "एंटीमैटर" से बना देंगे, लेकिन ये नाम मनमाने ढंग से दिए गए हैं। हमेशा की तरह, ब्रह्मांड उन लोगों की तरफ है जो बच गए।