ब्रह्मांड में सबसे मायावी कण निर्णयों में से एक खोजने के लिए क्वेस्ट

एक तत्व को दूसरे में स्थानांतरित करना (आमतौर पर सोना, निश्चित रूप से) बुखार वाले सपनों और अलकेमिस्टों के लिए काल्पनिक कल्पनाओं का सामान था जो दिन में वापस आता है। यह पता चला है कि प्रकृति हर समय हमारी मदद के बिना करती है - हालांकि आमतौर पर सोने में नहीं।

यह प्राकृतिक कीमिया, जिसे रेडियोधर्मिता कहा जाता है, तब होता है जब एक तत्व घटता है और ऐसा करने में वह दूसरे तत्व में बदल जाता है।

कुछ विरल विद्याओं का अध्ययन करके, हम भौतिकी के कुछ सबसे मूलभूत - भौतिकी को इतना मौलिक रूप से संकेत दे सकते हैं, यह सिर्फ हमारी वर्तमान समझ से परे हो सकता है।

इन मायावी रेडियोधर्मी क्षय में से एक वास्तव में कभी नहीं देखा गया है, लेकिन भौतिक विज्ञानी हैं वास्तव में इसे खोजने की उम्मीद है। न्यूट्रिनोलस को दोहरे-बीटा क्षय कहा जाता है, इसका मतलब होगा कि रेडियोधर्मी तत्व दो इलेक्ट्रॉनों को बाहर थूकते हैं और कुछ नहीं (भूतिया, अस्पष्ट, बमुश्किल-वहाँ कण जिन्हें न्यूट्रिनो के रूप में जाना जाता है)। यदि भौतिक विज्ञानी इस क्षय को वास्तविक दुनिया में स्थान देते हैं, तो यह भौतिकी के मूलभूत नियमों में से एक का उल्लंघन करेगा और नए लोगों को खोजने की दौड़ को बढ़ावा देगा।

लेकिन न्यूट्रिनोलस डबल-बीटा क्षय के प्रशंसकों के लिए बुरी खबर: हाल ही में प्रकाशित सबसे लंबे प्रयोगों में से एक ने इस प्रक्रिया का कोई संकेत नहीं दिखाया, जिसका अर्थ है कि यदि यह गेंडा प्रक्रिया नहीं होती है, तो यह अविश्वसनीय रूप से दुर्लभ है। और अभी हमारे पास जो एकमात्र उत्तर है, वह है खुदाई करते रहना, अपनी उंगलियों को पार करते रहना।

रेडियोधर्मी बचे हुए

न्यूट्रिनोलस के दोहरे-बीटा क्षय के महत्व को समझने के लिए, हमें 1800 के दशक के अंत तक, एक सदी से अधिक समय तक वापस जाना होगा, यह समझने के लिए कि पहले रेडियोधर्मी क्षय क्या है। यह विलक्षण रूप से निपुण अर्नेस्ट रदरफोर्ड था जिसने यह पता लगाया कि तीन अलग-अलग प्रकार के डेक्स थे, जिन्हें उन्होंने अल्फा, बीटा और गामा (क्योंकि क्यों नहीं) कहा।

इनमें से प्रत्येक किरण ऊर्जा के उत्सर्जन का एक अलग प्रकार का नेतृत्व करती है, और रदरफोर्ड ने पाया कि तथाकथित "बीटा किरणें" रोकने से पहले कुछ धातु शीटों के माध्यम से काफी तरीके से यात्रा कर सकती हैं। बाद के प्रयोगों से इन किरणों की प्रकृति का पता चला: वे केवल इलेक्ट्रॉन थीं। तो कुछ रासायनिक तत्व (कहते हैं, सीज़ियम) खुद को अन्य तत्वों (जैसे, बेरियम) में बदल रहे थे, और इस प्रक्रिया में वे इलेक्ट्रॉनों को थूक रहे थे। क्या देता है?

उत्तर कुछ और दशकों तक नहीं आएगा, जब हमें पता चला कि कौन से तत्व बने हैं (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कहे जाने वाले छोटे कण), क्या प्रोटॉन और न्यूट्रॉन (यहां तक ​​कि क्वार्क नामक टिनियर कण) से बने होते हैं और कैसे ये संस्थाएं प्रत्येक से बात करती हैं अन्य अंदर परमाणु (मजबूत और कमजोर परमाणु बल)। हमने सीखा कि, एक फुफकार पर, एक न्यूट्रॉन एक दिन प्रोटॉन बनने का फैसला कर सकता है और इस प्रक्रिया में, एक इलेक्ट्रॉन (एक बार नामांकित बीटा किरण) का उत्सर्जन कर सकता है। क्योंकि न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन में बदल गया, और प्रोटॉन की संख्या निर्धारित करती है कि आप किस प्रकार के तत्व हैं, हम लगभग जादुई रूप से दूसरों में परिवर्तित होने वाले तत्व प्राप्त कर सकते हैं।

लेप्टान बचाओ

इस परिवर्तन को करने के लिए, न्यूट्रॉन को अपनी आंतरिक संरचना को बदलना पड़ता है, और इसकी आंतरिक संरचना को क्वार्क नामक छोटे अक्षरों से बनाया जाता है। विशेष रूप से, एक न्यूट्रॉन में एक "अप" क्वार्क और दो "डाउन" क्वार्क होते हैं, जबकि एक प्रोटॉन में रिवर्स - सिंगल "डाउन" क्वार्क और "अप" क्वार्क की एक जोड़ी होती है। तो एक प्रकार के तत्व को दूसरे में बदलने के लिए - और बीटा विकिरण करें, जिस तरह से - हमें इनमें से एक क्वार्क को नीचे से ऊपर तक फ्लिप करने की आवश्यकता है, और ब्रह्मांड में केवल एक ही बल है जो ऐसा करने में सक्षम है: कमजोर परमाणु बल ।

वास्तव में, यह बहुत अधिक कमजोर बल है जो कभी भी करता है: यह एक प्रकार के क्वार्क को दूसरे में बदल देता है। तो कमजोर बल अपना काम करता है, एक डाउन क्वार्क एक अप क्वार्क बन जाता है, एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन बन जाता है और एक तत्व दूसरे में बदल जाता है।

लेकिन शारीरिक प्रतिक्रियाएं संतुलन के बारे में हैं। मसलन, इलेक्ट्रिक चार्ज लें। आइए कल्पना करें कि हमने एक न्यूट्रॉन के साथ शुरुआत की - तटस्थ, निश्चित रूप से। अंत में हमें एक प्रोटॉन मिलता है, जो सकारात्मक रूप से चार्ज होता है। यह एक नहीं-नहीं है, और इसलिए कुछ इसे संतुलित करने की आवश्यकता है: नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया इलेक्ट्रॉन।

और एक और संतुलन अधिनियम की आवश्यकता है: लेप्टान की कुल संख्या समान रहनी चाहिए। लिप्टन इलेक्ट्रान जैसे कुछ सबसे नन्हे कणों के लिए सिर्फ एक फैंसी नाम है, और इस संतुलनकारी कार्य के लिए फैंसी शब्द "लिप्टन नंबर संरक्षण है।" इलेक्ट्रिक चार्ज के साथ, हमें कहानी की शुरुआत और अंत को संतुलित करना होगा। इस मामले में, हम शून्य लेप्टन के साथ शुरू करते हैं लेकिन एक के साथ समाप्त होता है: इलेक्ट्रॉन।

यह क्या संतुलन है? प्रतिक्रिया में एक और नया कण बनाया जाता है, एक एंटीन्यूट्रिनो, जो एक नकारात्मक के रूप में गिना जाता है, जो सब कुछ बाहर संतुलित करता है।

न्यूट्रिनो की जरूरत किसे है?

यहाँ है ट्विस्ट: एक प्रकार का बीटा क्षय हो सकता है जिसमें न्यूट्रिनो की आवश्यकता नहीं होती है। लेकिन क्या यह सभी महत्वपूर्ण लिप्टन संख्या संरक्षण का उल्लंघन नहीं करेगा? क्यों, हाँ, यह होगा, और यह भयानक होगा।

कभी-कभी दो बीटा डिसेज़ एक ही बार में हो सकते हैं, लेकिन यह मूल रूप से एक ही परमाणु के भीतर एक साथ होने वाले दो नियमित बीटा डिसेज़ हैं, जबकि दुर्लभ यह सब दिलचस्प नहीं है, दो इलेक्ट्रॉनों और दो एंटीन्यूट्रिनो को थूकना। लेकिन एक काल्पनिक दोहरा बीटा क्षय है जो कोई न्यूट्रिनो नहीं उत्सर्जित करता है। इस तरह का काम केवल तब होता है जब न्यूट्रिनो अपने स्वयं के एंटीपार्टिकल होते हैं, जिसका अर्थ है कि न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो एक ही चीज हैं। और हमारे सभी चीजों के कणों के ज्ञान के वर्तमान स्तर पर, हम ईमानदारी से नहीं जानते हैं कि न्यूट्रिनो इस तरह से व्यवहार करता है या नहीं।

इस तथाकथित न्यूट्रिनोलेस दोहरे-बीटा क्षय में सटीक आंतरिक प्रक्रिया का वर्णन करना थोड़ा कठिन है, लेकिन आप प्रतिक्रिया से बचने से पहले उत्पादित न्यूट्रिनो की खुद से बातचीत कर सकते हैं। न्यूट्रिनोस के साथ, यह काल्पनिक प्रतिक्रिया दो इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालती है और कुछ नहीं, इसलिए लिप्टन-संख्या संरक्षण का उल्लंघन होता है, जो ज्ञात भौतिकी को तोड़ देगा, जो बहुत ही रोमांचक होगा। इसलिए, शिकार कुछ इस तरह का पता लगाने के लिए है, क्योंकि ऐसा करने वाला पहला समूह नोबेल पुरस्कार की गारंटी देता है। कई दशकों में कई प्रयोग आए हैं और बहुत कम भाग्य के साथ गए हैं, जिसका अर्थ है कि यदि यह प्रक्रिया प्रकृति में मौजूद है तो यह बहुत, बहुत दुर्लभ होना चाहिए।

कितना दुर्लभ? हाल के एक पेपर में, उन्नत मोलिब्डेनम-आधारित दुर्लभ प्रक्रिया प्रयोग (एएमओआरई) के पीछे की टीम ने अपना पहला परिणाम जारी किया। यह प्रयोग न्यूट्रीनोलेस डबल-बीटा क्षय का उपयोग करता है, आपने अनुमान लगाया, बहुत सारे मोलिब्डेनम। और अंदाज लगाइये क्या? यह सही है, उन्होंने कोई भी निर्णय नहीं देखा। उनके प्रयोग के आकार और उनके रिकॉर्ड किए जाने की अवधि को देखते हुए, वे अनुमान लगाते हैं कि डबल-बीटा डिस्क्स 10 ^ 23 वर्ष से कम के आधे जीवन के साथ होते हैं, जो कि एक खरब से अधिक है वर्तमान युग ब्रह्माण्ड।

हाँ, दुर्लभ।

इसका क्या मतलब है? इसका अर्थ यह है कि यदि हम इस दिशा में नई भौतिकी खोजना चाहते हैं, तो हमें खुदाई करते रहना होगा और पूरी तरह से और भी बहुत कुछ देखना होगा।

पॉल एम। सटर पर एक खगोल भौतिकीविद् है ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी, का मेजबान एक अंतरिक्ष यात्री से पूछें तथा अंतरिक्ष रेडियोऔर के लेखक हैं ब्रह्मांड में आपका स्थान.