पार्टिकल जू: जर्जर सबटामिक वर्ल्ड में यात्रा

कणों, बलों और खेतों की एक चक्करदार सरणी सब कुछ हम देखते हैं के लिए उपपरमाण्विक आधार तय करती है।

पॉल सटर ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में एक खगोल भौतिकीविद् और COSI विज्ञान केंद्र के मुख्य वैज्ञानिक हैं। सटर "आस्क ए अ स्पेसमैन" और "स्पेस रेडियो" की भी मेजबानी कर रहा है और दुनिया भर में एस्ट्रोटर्फ का नेतृत्व करता है। सटर ने इस लेख को स्पेस.कॉम के एक्सपर्ट वॉयस: ओप-एड एंड इनसाइट्स में योगदान दिया।

आश्चर्य और रहस्य से भरी एक सचमुच अजीब भूमि की यात्रा करने के लिए, आपको एक जादुई कैबिनेट के माध्यम से चुपके करने की ज़रूरत नहीं है, एक उड़ान प्राणी की सवारी करें जो एक पोर्टल के माध्यम से लापरवाही से उड़ने या कूदने में सक्षम नहीं होना चाहिए। नहीं, आपको बस इतना करना है कि अपने कण त्वरक को खोलें और नीचे, नीचे, नीचे देखें।

उप-परमाणु स्तर पर, प्रकृति की सच्ची विविधता और भव्यता पूरे प्रदर्शन पर है, जिसमें कणों, ताकतों और खेतों की चक्करदार सरणी है, जो भौतिक विज्ञान के लगभग-अयोग्य कानूनों द्वारा शासित है और जिनके बारे में पूरी तरह से चहकती है। फिर भी, किसी तरह, एक अराजक गड़बड़ बनाने के बजाय, उनके सभी जटिल इंटरैक्शन नियमित, क्रमबद्ध, पैटर्नयुक्त मैक्रोस्कोपिक दुनिया का उत्पादन करते हैं जो कि परिचित हैं। [अजीब क्वार्क्स और म्यून्स, ओह माय! प्रकृति के सबसे नन्हे कण (विखंडित)

एक शासक और शासक के बीच स्पष्ट रेखाओं के बीच, जो उनके स्थिर महल में आराम से बैठते हैं और नीच किसान जो वास्तव में काम करते हैं, के बीच एक छोटी सी दुनिया को समझा जा सकता है। विभिन्न संप्रदायों के बीच बातचीत को अपरिवर्तनीय नियमों द्वारा पत्थर में सेट किया गया है: सभी के लिए एक जगह है, और हर किसी के पास एक जगह है।

आइए, चलते हैं।

राजा बनना अच्छा है

इसके केंद्र में सभी बड़े पैमाने पर स्थिर कण हैं: ऊपर और नीचे क्वार्क। उनकी दीर्घायु उन्हें लगभग अभेद्य दुर्गों में एक साथ बांधने की अनुमति देती है: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के रूप में जाना जाने वाला नाभिक महल। लेकिन यह खुद क्वार्क नहीं है जो इन न्यूक्लोनिक सिटैडल्स को बनाए रखने का काम करता है। वास्तव में, एक नाभिक में सभी क्वार्क का संयुक्त द्रव्यमान एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन के द्रव्यमान से काफी छोटा होता है।

इसके बजाय, ऊपर और नीचे के क्वार्क को एक विशेष क्षमता के साथ ग्रहण किया जाता है जो कि दूसरे कणों के दायरे में नहीं जाना जाता है। वे मजबूत परमाणु बल महसूस कर सकते हैं। यह अब तक का सबसे शक्तिशाली बल है, जो इतनी तीव्रता से एक साथ चमकता है कि एक एकल को कभी भी अलगाव में नहीं देखा जा सकता है। यह संपर्क हमारे स्थूल जगत की अनदेखी रीढ़ बनाता है। हम प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को अनुमति के लिए लेते हैं - यही कारण है कि वे ठोस रूप से अपने महल की दीवारों का निर्माण करते हैं। और उनके द्रव्यमान ज्यादातर उनके आंतरिक परमाणु बांड की ताकत के कारण होते हैं, बजाय व्यक्तिगत क्वार्क्स के।

मजबूत परमाणु बल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के स्तर पर नहीं रुकते। गोंद जो एक साथ क्वार्कों को बांधता है, उन्हें अन्य सभी कणों पर प्रभुत्व प्रदान करता है, यह इतना प्रभावी है कि यह एक साथ इन महल के कुछ हिस्सों को एक परमाणु नाभिक के रूप में जाना जाता है। हालांकि यह संरचना प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की तरह अभेद्य नहीं है, फिर भी एक नाभिक को टॉप करने के लिए अपार प्रयास की आवश्यकता होती है।

फिर भी, उनकी सभी दबंग शक्ति के लिए, क्वार्क की वाइस-जैसी पकड़ की पहुंच उनके विशेष महल और आसपास के परिवेश तक सीमित है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इसकी पूरी ताकत के लिए मजबूत बल, सीमा में गंभीर रूप से सीमित है। यह वही है जो किले, महल और आकार को निर्धारित करता है, जिसे हम अपनी दुनिया के नाभिक के रूप में पहचानते हैं। [क्वार्क के बारे में 7 अजीब तथ्य]

खेतों में मेहनत करना

उस सीमित सीमा से परे, क्वार्क्स अपने डोमेन को रोक कर रखते हैं और शाही दूतों - फोटॉनों के माध्यम से एक दूसरे के साथ संवाद करते हैं। उन तेज-तर्रार दूतों ने ब्रह्मांड में जगह-जगह से छलांग लगाई, कभी थका नहीं, विद्युत चुम्बकीय बल - बिजली, चुंबकत्व और यहां तक ​​कि खुद को प्रकाश - किसी भी कण के लिए जो विद्युत आवेश है। यह प्रभाव पूरे ब्रह्मांड में फैला है, हालांकि, आप जिस स्रोत से दूर हैं, वह प्रभाव उतना ही कमजोर है।

यह विद्युत चुम्बकीय बंधन अवचेतन की दुनिया को रेखांकित करता है, और जबकि क्वार्क अपने दिनों को अपने सुरक्षित और एकांत महल के सापेक्ष आराम में व्यतीत करते हैं, "किसान" - इलेक्ट्रॉनों को बनाए रखते हैं - समृद्ध विविधताएं बनाने का काम करते हैं रासायनिक प्रतिक्रियाओं संभव है। यह सही है - यह गरीब, उपेक्षित इलेक्ट्रॉन है जो अपने क्वार्क स्वामी के लिए गुलाम है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिज़्म द्वारा नाभिक के लिए बाध्य - लेकिन आमतौर पर क्वांटम यांत्रिकी के नियमों द्वारा प्रवेश करने से रोका जाता है - इलेक्ट्रॉनों का परमाणुओं के बीच आदान-प्रदान किया जाता है, जिससे हमें रसायन विज्ञान मिलता है जो हमारे दैनिक जीवन के बारे में लगभग सब कुछ संभव बनाता है।

सत्तारूढ़ क्वार्क्स खुशी से व्यापार करेंगे, चोरी करेंगे और पड़ोसी डोमेन से एक विनम्र इलेक्ट्रॉन उधार लेंगे, फोटॉनों से भारी-भरकम प्रहसन के साथ अपने आंदोलनों को आकार देंगे - उनकी व्यक्तिगत आशाओं, सपनों या महत्वाकांक्षाओं के बारे में परवाह किए बिना (ब्रह्मांड के माध्यम से स्वतंत्र रूप से, चुंबकीय के चारों ओर घुमावदार)। खेतों और इतने पर)।

छाया में दुबका हुआ

लेकिन ब्रह्माण्ड के सभी कण निरंकुश क्वार्कों के अंगूठे के नीचे नहीं हैं। कुछ पूरे ब्रह्मांड में स्वतंत्र रूप से प्रवाह कर सकते हैं, मजबूत बल को महसूस नहीं कर रहे हैं और किसी भी गुजरने वाले फोटॉनों से सुरक्षित रूप से चमक को अनदेखा कर रहे हैं: न्युट्रीनो। ये भूतिया कण सादे दृष्टि में खुद को छिपा सकते हैं, इसलिए बहुत से लोग ऐसा सोचते हैं कि दशकों तक हम पूरी तरह से निर्दयी थे।

न्यूट्रिनो तीन प्रकार से आते हैं, इलेक्ट्रॉन-न्यूट्रिनो, म्यूऑन-न्यूट्रिनो और ताउ-न्यूट्रिनो, लेकिन वे इतने अच्छे ढंग से प्रच्छन्न होते हैं कि आप कभी निश्चित नहीं होते कि आप कौन सा देख रहे हैं। जैसा कि वे यात्रा करते हैं, वे अपने द्वारा पहने गए मुखौटे के माध्यम से साइकिल चला सकते हैं, अपनी पहचान को एक अनुभवी जासूस की सहजता के साथ बदल सकते हैं। उनके मुखौटे यह निर्धारित करते हैं कि वे (कभी-कभी) ब्रह्मांड के बाकी कणों के साथ कैसे बातचीत करते हैं: एक इलेक्ट्रॉन-न्यूट्रिनो केवल इलेक्ट्रॉनों से संबंधित प्रतिक्रियाओं में भाग लेंगे, उदाहरण के लिए।

लेकिन न्यूट्रिनो के शरारती स्वभाव के कारण, इस प्रक्रिया का एक विशेष स्वाद उत्पन्न करने वाली प्रक्रिया को हमेशा मूल किस्म को फिर से पकड़ने के लिए रिवर्स में नहीं चलाया जा सकता है - यह स्विचित पहचान है।

फिर भी, अपनी सभी चालों और उप-आश्रय के बावजूद, न्यूट्रिनोस क्वार्क के डोमेन से प्रभावित होने के लिए प्रतिरक्षा नहीं हैं। लेकिन उस तरह के प्रभाव के लिए, विशेष बलों की आवश्यकता होती है। डब्ल्यू और जेड बोसोन नामक विशेषज्ञ कण, कमजोर परमाणु बल के वाहक, केवल वही हैं जो रागी न्यूट्रॉन के साथ संवाद करने में सक्षम हैं। कुछ मामलों में, बोसॉन न्यूट्रिनो को इलेक्ट्रॉनों की तरह अधिक-अनुरूप प्राणियों में बदलने का प्रबंधन करते हैं।

फिर भी, यह एक भाग्यशाली मौका है: ज्यादातर समय, डरपोक न्यूट्रिनो स्कोट-मुक्त हो जाते हैं।

लेकिन उन डब्ल्यू और जेड बोसोन का कौशल सेट, कण दुनिया के गुप्त ब्लैक-ऑप्स सेनानियों, केवल असीम न्यूट्रिनो मुठभेड़ से आगे तक फैलता है। उनके पास नाभिकीय किले के आंतरिक गर्भगृह तक लगभग अनन्य पहुंच है और एक प्रकार के क्वार्क को दूसरे में बदल सकते हैं। परमाणु नाभिक की सुरक्षा से न्यूट्रॉन को बचना चाहिए, ये विशेष बोसॉन उस कण को ​​अधिक स्थिर प्रोटॉन में बदल सकते हैं।

दायरे के बाहर

बेशक, यह उप-परमाणु दुनिया की पूरी तस्वीर नहीं देता है। संपूर्ण मानक मॉडल, उन छोटे जीवों के हमारे चित्र और उनके सभी व्यस्त इंटरैक्शन कुछ पैराग्राफ में शामिल होने की तुलना में बहुत बड़ा और अधिक जटिल है। और हालांकि मानक मॉडल आधुनिक भौतिकी की एक विजय है, दशकों के दौरान दर्द के साथ मिलकर, सटीक भविष्यवाणी और सटीक प्रयोग के साथ, यह भी हमारी दुनिया की एक अधूरी तस्वीर है।

एक के लिए, इसमें गुरुत्वाकर्षण शामिल नहीं है, जो अभी सापेक्षता के सामान्य-अधूरे सामान्य सिद्धांत द्वारा सबसे अच्छा वर्णित है। डार्क मैटर और डार्क एनर्जी की प्रकृति के लिंचिंग कॉस्मोलॉजिकल सवाल भी हैं, जिन पर पारंपरिक स्टैंडर्ड मॉडल चुप है (क्योंकि उन घटनाओं को हाल ही में खोजा गया था)। वहाँ अधिक है: न्यूट्रिनो का द्रव्यमान, बलों का पदानुक्रम और इसी तरह।

लेकिन पूरी तरह से दूर है, और शायद भौतिक दुनिया मॉडलिंग के लिए अपने च्यूइंग-गम-और-डक्ट-टेप दृष्टिकोण में थोड़ा असंतोषजनक है, मानक मॉडल अविश्वसनीय रूप से उपयोगी है। यह चौंकाने वाली सटीकता के साथ उन सबमैटोमिक डेनिजन्स और उनके सभी नापाक स्कीमिंग की गति और गति का अनुमान लगा सकता है।

"कण चिड़ियाघर में कौन रहता है?" "अ स्पेसमैन से पूछें" पॉडकास्ट, आईट्यून्स पर और वेब पर http://www.askaspaceman.com पर उपलब्ध है। सवालों के लिए एलेसेंड्रो एम।, रोजर, मार्टिन एन।, डैनियल सी और @ पोज़ोखर ने इस टुकड़े के लिए नेतृत्व किया! ट्विटर पर #AskASpaceman का उपयोग करके या पॉल @PaulMattSutter और facebook.com/PaulMattSutter का उपयोग करके अपना प्रश्न पूछें।