घर सब्जियां प्राथमिक कणों के अध्ययन के लिए मुख्य उपकरण। प्राथमिक कणों की खोज का इतिहास: परमाणु, हैड्रॉन, क्वार्क, तार। एक फोटॉन प्रकाश की एक "एनिमेटेड" प्लैंक क्वांटम है, अर्थात। नाड़ी-वाहक क्वांटम

सब्जियां

प्राथमिक कणों के अध्ययन के लिए मुख्य उपकरण। प्राथमिक कणों की खोज का इतिहास: परमाणु, हैड्रॉन, क्वार्क, तार। एक फोटॉन प्रकाश की एक "एनिमेटेड" प्लैंक क्वांटम है, अर्थात। नाड़ी-वाहक क्वांटम

परिचय

1. प्राथमिक कणों की खोज

2. प्राथमिक कणों के सिद्धांत

२.१. क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (क्यूईडी)

२.२. क्वार्क सिद्धांत

२.३. इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत

२.४. क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स

निष्कर्ष

साहित्य

परिचय।

बीसवीं शताब्दी के मध्य और उत्तरार्ध में भौतिक विज्ञान की उन शाखाओं में जो पदार्थ की मूल संरचना का अध्ययन कर रही हैं, वास्तव में आश्चर्यजनक परिणाम प्राप्त हुए। सबसे पहले, यह नए उप-परमाणु कणों की एक पूरी विविधता की खोज में प्रकट हुआ। उन्हें आमतौर पर प्राथमिक कण कहा जाता है, लेकिन उनमें से सभी वास्तव में प्राथमिक नहीं होते हैं। उनमें से कई, बदले में, और भी अधिक प्राथमिक कणों से मिलकर बने होते हैं।

उप-परमाणु कणों की दुनिया वास्तव में विविध है। इनमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन शामिल हैं जो परमाणु नाभिक बनाते हैं, साथ ही इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। लेकिन कुछ ऐसे कण भी हैं जो व्यावहारिक रूप से हमारे आस-पास के पदार्थ में नहीं पाए जाते हैं। इनका जीवनकाल अत्यंत छोटा होता है, यह एक सेकंड का सबसे छोटा अंश होता है। इस अत्यंत कम समय के बाद, वे साधारण कणों में विघटित हो जाते हैं। ऐसे अस्थिर अल्पकालिक कणों की एक आश्चर्यजनक संख्या है: उनमें से कई सौ पहले से ही ज्ञात हैं।

60 और 70 के दशक में, भौतिक विज्ञानी नए खोजे गए उप-परमाणु कणों की बहुलता, विविधता और असामान्यता से पूरी तरह भ्रमित थे। ऐसा लग रहा था कि उनका कोई अंत नहीं है। यह पूरी तरह से समझ से बाहर है कि इतने सारे कण किस लिए हैं। क्या ये प्राथमिक कण पदार्थ के अराजक और यादृच्छिक टुकड़े हैं? या, शायद, वे ब्रह्मांड की संरचना को समझने की कुंजी रखते हैं? बाद के दशकों में भौतिकी के विकास ने दिखाया है कि इस तरह की संरचना के अस्तित्व के बारे में कोई संदेह नहीं है। बीसवीं सदी के अंत में। भौतिकी यह समझने लगती है कि प्रत्येक प्राथमिक कण का अर्थ क्या है।

उप-परमाणु कणों की दुनिया में एक गहरा और तर्कसंगत क्रम है। यह आदेश मौलिक भौतिक अंतःक्रियाओं पर आधारित है।

1. प्राथमिक कणों की खोज।

प्राथमिक कणों की खोज 19वीं शताब्दी के अंत में भौतिक विज्ञान द्वारा प्राप्त पदार्थ की संरचना के अध्ययन में सामान्य प्रगति का एक स्वाभाविक परिणाम था। यह परमाणुओं के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा के व्यापक अध्ययन, तरल पदार्थ और गैसों में विद्युत घटनाओं के अध्ययन, फोटोइलेक्ट्रिकिटी, एक्स-रे, प्राकृतिक रेडियोधर्मिता की खोज द्वारा तैयार किया गया था, जो पदार्थ की एक जटिल संरचना के अस्तित्व की गवाही देता था।

ऐतिहासिक रूप से, पहला खोजा गया प्राथमिक कण एक इलेक्ट्रॉन था - परमाणुओं में एक नकारात्मक प्राथमिक विद्युत आवेश का वाहक। 1897 में जे जे थॉमसन ने स्थापित किया कि तथाकथित। कैथोड किरणें छोटे कणों की एक धारा से बनती हैं जिन्हें इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। 1911 में, ई। रदरफोर्ड ने विभिन्न पदार्थों की पतली पन्नी के माध्यम से एक प्राकृतिक रेडियोधर्मी स्रोत से अल्फा कणों को पारित करते हुए पाया कि परमाणुओं में एक सकारात्मक चार्ज कॉम्पैक्ट संरचनाओं - नाभिक में केंद्रित होता है, और 1919 में परमाणु नाभिक से बाहर निकलने वाले कणों के बीच पाया जाता है, प्रोटॉन - एक एकल धनात्मक आवेश वाले कण और एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1840 गुना द्रव्यमान। एक अन्य कण जो नाभिक बनाता है, न्यूट्रॉन की खोज 1932 में जे. चाडविक ने बेरिलियम के साथ ए-कणों की बातचीत का अध्ययन करते हुए की थी। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के करीब होता है, लेकिन इसमें विद्युत आवेश नहीं होता है। न्यूट्रॉन की खोज ने कणों की पहचान पूरी की - परमाणुओं के संरचनात्मक तत्व और उनके नाभिक।

विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के एक कण के अस्तित्व के बारे में निष्कर्ष - एक फोटॉन - एम। प्लैंक (1900) के काम से उत्पन्न होता है। यह मानते हुए कि एक काले शरीर से विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा मात्राबद्ध है, प्लैंक ने विकिरण स्पेक्ट्रम के लिए सही सूत्र प्राप्त किया। प्लैंक के विचार को विकसित करते हुए, ए। आइंस्टीन (1905) ने माना कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण (प्रकाश) वास्तव में व्यक्तिगत क्वांटा (फोटॉन) की एक धारा है, और इस आधार पर उन्होंने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के नियमों की व्याख्या की। एक फोटॉन के अस्तित्व के लिए प्रत्यक्ष प्रायोगिक साक्ष्य आर। मिलिकेन (1912-1915) और ए। कॉम्पटन (1922) द्वारा दिए गए थे।

न्यूट्रिनो की खोज, एक कण जो लगभग पदार्थ के साथ बातचीत नहीं करता है, डब्ल्यू। पाउली (1930) के एक सैद्धांतिक अनुमान से उत्पन्न होता है, जिसने इस तरह के एक कण के जन्म की धारणा के कारण कठिनाइयों को खत्म करना संभव बना दिया। रेडियोधर्मी नाभिक के बीटा क्षय की प्रक्रियाओं में ऊर्जा संरक्षण का नियम। न्यूट्रिनो के अस्तित्व की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि केवल 1953 में हुई थी (एफ। रेइन्स और के। कोवेन, यूएसए)।

30 के दशक से 50 के दशक की शुरुआत तक। प्राथमिक कणों के अध्ययन का कॉस्मिक किरणों के अध्ययन से गहरा संबंध था। 1932 में, कॉस्मिक किरणों की संरचना में, के। एंडरसन ने एक पॉज़िट्रॉन (ई +) की खोज की - एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के साथ एक कण, लेकिन एक सकारात्मक विद्युत आवेश के साथ। पॉज़िट्रॉन खोजा जाने वाला पहला एंटीपार्टिकल था। पॉज़िट्रॉन की खोज से कुछ समय पहले पी। डिराक (1928-31) द्वारा विकसित इलेक्ट्रॉन के सापेक्षतावादी सिद्धांत से सीधे ई + का अस्तित्व। 1936 में, अमेरिकी भौतिकविदों के। एंडरसन और एस। नेडरमीयर ने ऑस्मिक किरणों का अध्ययन करते हुए म्यूऑन (विद्युत आवेश के दोनों संकेतों के) की खोज की - लगभग 200 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान वाले कणों का, लेकिन अन्यथा आश्चर्यजनक रूप से ई-, ई + के गुणों के समान।

१९४७ में, कॉस्मिक किरणों में भी, एस. पॉवेल के समूह ने २७४ इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के द्रव्यमान वाले p+ और p-मेसन की खोज की, जो नाभिक में न्यूट्रॉन के साथ प्रोटॉन की बातचीत में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ऐसे कणों के अस्तित्व का सुझाव एच. युकावा ने 1935 में दिया था।

40 के दशक के अंत - 50 के दशक के प्रारंभ में असामान्य गुणों वाले कणों के एक बड़े समूह की खोज द्वारा चिह्नित किया गया था, जिसे "अजीब" कहा जाता है। इस समूह के पहले कणों के + - और के - मेसन, एल-, एस + -, एस- -, एक्स- हाइपरॉन की खोज ब्रह्मांडीय किरणों में की गई थी, बाद में त्वरक पर अजीब कणों की खोज की गई थी - ऐसे प्रतिष्ठान जो तीव्र प्रवाह पैदा करते हैं तेजी से प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन। पदार्थ से टकराने पर त्वरित प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन नए प्राथमिक कणों को जन्म देते हैं, जो अध्ययन का विषय बन जाते हैं।

50 के दशक की शुरुआत से। प्राथमिक कणों के अध्ययन के लिए त्वरक मुख्य उपकरण बन गए हैं। 70 के दशक में। त्वरक में त्वरित कणों की ऊर्जा दसियों और सैकड़ों अरबों इलेक्ट्रॉन वोल्ट (GeV) के बराबर होती है। कणों की ऊर्जा को बढ़ाने की इच्छा इस तथ्य के कारण है कि उच्च ऊर्जाएं कम दूरी पर पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने की संभावना को खोलती हैं, टकराने वाले कणों की ऊर्जा जितनी अधिक होती है। त्वरक ने नए डेटा प्राप्त करने की दर में काफी वृद्धि की है और कुछ ही समय में माइक्रोवर्ल्ड के गुणों के बारे में हमारे ज्ञान का विस्तार और समृद्ध किया है। अजीब कणों का अध्ययन करने के लिए त्वरक के उपयोग ने उनके गुणों, विशेष रूप से उनके क्षय की विशेषताओं का अधिक विस्तार से अध्ययन करना संभव बना दिया, और जल्द ही एक महत्वपूर्ण खोज हुई: ऑपरेशन के दौरान कुछ माइक्रोप्रोसेस की विशेषताओं को बदलने की संभावना का स्पष्टीकरण दर्पण प्रतिबिंब का - तथाकथित। रिक्त स्थान का उल्लंघन, समता (1956)। अरबों इलेक्ट्रॉन वोल्ट की ऊर्जा वाले प्रोटॉन त्वरक के कमीशन ने भारी एंटीपार्टिकल्स की खोज करना संभव बना दिया: एंटीप्रोटॉन (1955), एंटीन्यूट्रॉन (1956), एंटीसिग्मा-हाइपरन्स (1960)। 1964 में, सबसे भारी हाइपरॉन W- (लगभग दो प्रोटॉन द्रव्यमान के द्रव्यमान के साथ) की खोज की गई थी। 1960 के दशक में। त्वरक पर, बड़ी संख्या में अत्यंत अस्थिर (अन्य अस्थिर प्राथमिक कणों की तुलना में) कणों की खोज की गई, जिन्हें "अनुनाद" कहा जाता था। अधिकांश अनुनादों का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है। उनमें से पहला, D1 (1232), 1953 से जाना जाता है। यह पता चला है कि अनुनाद प्राथमिक कणों का बड़ा हिस्सा बनाते हैं।

1962 में यह पाया गया कि दो अलग-अलग न्यूट्रिनो हैं: इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन। 1964 में, तथाकथित का गैर-संरक्षण। संयुक्त समता (ली त्सुंग-ताओ और यांग जेन-निंग द्वारा प्रस्तुत और स्वतंत्र रूप से एल.डी. लैंडौ द्वारा 1956 में), जिसका अर्थ है समय प्रतिबिंब के संचालन के दौरान शारीरिक प्रक्रियाओं के व्यवहार पर सामान्य विचारों को संशोधित करने की आवश्यकता।

1974 में, बड़े पैमाने पर (3-4 प्रोटॉन द्रव्यमान) और एक ही समय में अपेक्षाकृत स्थिर y-कणों की खोज की गई थी, जिनका जीवनकाल असामान्य रूप से प्रतिध्वनि के लिए लंबा था। वे प्राथमिक कणों के एक नए परिवार से निकटता से जुड़े हुए थे - "आकर्षक", जिसके पहले प्रतिनिधि (D0, D +, Lс) 1976 में खोजे गए थे। 1975 में, एक भारी एनालॉग के अस्तित्व के बारे में पहली जानकारी एक इलेक्ट्रॉन और एक म्यूऑन (भारी लेप्टान टी) प्राप्त किया गया था। 1977 में, लगभग दस प्रोटॉन द्रव्यमान वाले -कणों की खोज की गई थी।

इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन की खोज के बाद के वर्षों में, पदार्थ के विभिन्न सूक्ष्म कणों की एक बड़ी संख्या की पहचान की गई है। प्राथमिक कणों की दुनिया काफी जटिल निकली। खोजे गए प्राथमिक कणों के गुण कई मायनों में अप्रत्याशित निकले। उनका वर्णन करने के लिए, शास्त्रीय भौतिकी से उधार ली गई विशेषताओं के अलावा, जैसे कि विद्युत आवेश, द्रव्यमान, कोणीय गति, कई नई विशेष विशेषताओं को पेश करना आवश्यक था, विशेष रूप से, अजीब प्राथमिक कणों का वर्णन करने के लिए - विचित्रता (के। निशिजिमा, एम। गेल-मैन , 1953), "आकर्षक" प्राथमिक कण - "आकर्षण" (अमेरिकी भौतिक विज्ञानी जे। ब्योर्केन, एस। ग्लासो, 1964); पहले से ही दी गई विशेषताओं के नाम उनके द्वारा वर्णित प्राथमिक कणों के असामान्य गुणों को दर्शाते हैं।

और आवश्यक मात्रा। प्रारंभिक डेटा से वांछित मूल्यों तक जाने के लिए किए जाने वाले कार्यों के क्रम को एल्गोरिथम कहा जाता है। 2. प्राथमिक कणों के मॉडल का ऐतिहासिक विकास 2.1 प्राथमिक कणों के भौतिकी के विकास में तीन चरण चरण एक। इलेक्ट्रॉन से पॉज़िट्रॉन तक: 1897-1932 (प्राथमिक कण - "डेमोक्रिटस के परमाणु" गहरे स्तर पर) जब ग्रीक ...

घटनाओं की एक सीमित संख्या: न्यूटनियन यांत्रिकी, या प्रौद्योगिकी के इष्टतम या सही निर्माण से बहुत दूर: टाइटैनिक एयरलाइनर, टीयू-144, कॉनकॉर्ड विमान, चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र, शटल श्रृंखला के अंतरिक्ष यान और बहुत कुछ। 3. विज्ञान में एक प्रणाली दृष्टिकोण का विकास 3.1 भौतिक ज्ञान को व्यवस्थित करने के प्रारंभिक प्रयास ज्ञान को व्यवस्थित करने का पहला वास्तव में सफल प्रयास ...

योजना

परिचय

1. प्राथमिक कणों की खोज

2. प्राथमिक कणों के सिद्धांत

२.१. क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (क्यूईडी)

२.२. क्वार्क सिद्धांत

२.३. इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत

२.४. क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स

निष्कर्ष

साहित्य

परिचय।

1. प्राथमिक कणों की खोज।

2. प्राथमिक कणों के सिद्धांत

२.१. क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (क्यूईडी)

क्वांटम यांत्रिकी आपको प्राथमिक कणों की गति का वर्णन करने की अनुमति देता है, लेकिन उनकी पीढ़ी या विनाश का नहीं, अर्थात इसका उपयोग केवल कणों की निरंतर संख्या वाले सिस्टम का वर्णन करने के लिए किया जाता है। क्वांटम यांत्रिकी का एक सामान्यीकरण क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत है - यह सिस्टम का एक क्वांटम सिद्धांत है जिसमें अनंत संख्या में स्वतंत्रता (भौतिक क्षेत्र) की डिग्री होती है। ऐसे सिद्धांत की आवश्यकता क्वांटम-वेव द्वैतवाद, सभी कणों में तरंग गुणों के अस्तित्व से उत्पन्न होती है। क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में, क्षेत्र क्वांटा के आदान-प्रदान के परिणामस्वरूप बातचीत को प्रस्तुत किया जाता है।

बीसवीं सदी के मध्य में। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन का सिद्धांत बनाया गया था - QED का क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की बातचीत का एक सिद्धांत है, जिसे सबसे छोटे विवरण के लिए सोचा जाता है और एक आदर्श गणितीय उपकरण से लैस होता है। QED आभासी फोटॉनों - इसके वाहकों की अवधारणा का उपयोग करते हुए विद्युत चुम्बकीय संपर्क के विवरण पर आधारित है। यह सिद्धांत क्वांटम सिद्धांत और सापेक्षता के सिद्धांत दोनों के मूल सिद्धांतों को संतुष्ट करता है।

सिद्धांत के केंद्र में एक आवेशित कण द्वारा एक फोटॉन के उत्सर्जन या अवशोषण के कार्यों का विश्लेषण है, साथ ही एक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी का एक फोटॉन में विनाश या फोटॉन द्वारा ऐसी जोड़ी का निर्माण है।

यदि शास्त्रीय विवरण में इलेक्ट्रॉनों को एक ठोस बिंदु गेंद के रूप में दर्शाया जाता है, तो QED में इलेक्ट्रॉन के आसपास के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को आभासी फोटॉनों के एक बादल के रूप में माना जाता है जो लगातार इलेक्ट्रॉन का अनुसरण करता है, इसे ऊर्जा क्वांटा के साथ घेरता है। इलेक्ट्रॉन द्वारा एक फोटॉन का उत्सर्जन करने के बाद, यह एक (आभासी) इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन छिद्र उत्पन्न करता है, जो एक नया फोटॉन बनाने के लिए सत्यानाश कर सकता है। उत्तरार्द्ध को मूल फोटॉन द्वारा अवशोषित किया जा सकता है, लेकिन यह एक नई जोड़ी आदि उत्पन्न कर सकता है। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन आभासी फोटॉनों, इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन के एक बादल से ढका होता है, जो गतिशील संतुलन की स्थिति में होते हैं। फोटॉन बहुत जल्दी प्रकट होते हैं और गायब हो जाते हैं, और इलेक्ट्रॉन अंतरिक्ष में बिल्कुल निश्चित प्रक्षेपवक्र के साथ नहीं चलते हैं। पथ के आरंभ और अंत बिंदुओं को निर्धारित करना एक तरह से या किसी अन्य तरीके से संभव है - बिखरने से पहले और बाद में, लेकिन आंदोलन की शुरुआत और अंत के बीच के अंतराल में पथ ही अपरिभाषित रहता है।

एक वाहक कण की मदद से अंतःक्रिया के विवरण से फोटॉन की अवधारणा का विस्तार हुआ। एक वास्तविक (दृश्यमान प्रकाश की मात्रा) और आभासी (क्षणिक, भूतिया) फोटॉन की अवधारणाएं, जो केवल बिखरने वाले आवेशित कणों द्वारा "देखी" जाती हैं, पेश की जाती हैं।

यह जांचने के लिए कि क्या सिद्धांत वास्तविकता के अनुरूप है, भौतिकविदों ने विशेष रुचि के दो प्रभावों पर ध्यान केंद्रित किया। पहला संबंध हाइड्रोजन परमाणु के ऊर्जा स्तरों से है - सबसे सरल परमाणु। क्यूईडी के अनुसार, आभासी फोटॉनों की अनुपस्थिति में वे जिस स्थिति पर कब्जा करेंगे, उसके सापेक्ष स्तरों को थोड़ा विस्थापित किया जाना चाहिए। QED का दूसरा निर्णायक परीक्षण इलेक्ट्रॉन के अपने चुंबकीय क्षण में एक अत्यंत छोटे सुधार से संबंधित है। QED सत्यापन के सैद्धांतिक और प्रायोगिक परिणाम उच्चतम सटीकता के साथ मेल खाते हैं - नौ दशमलव स्थानों से अधिक। इस तरह का एक हड़ताली पत्राचार QED को मौजूदा प्राकृतिक विज्ञान सिद्धांतों में से सबसे उत्तम मानने का अधिकार देता है।

इस तरह की जीत के बाद, QED को तीन अन्य मौलिक अंतःक्रियाओं के क्वांटम विवरण के लिए एक मॉडल के रूप में अपनाया गया था। बेशक, अन्य वाहक कणों को अन्य इंटरैक्शन से जुड़े क्षेत्रों के अनुरूप होना चाहिए।

२.२. क्वार्क सिद्धांत

क्वार्क सिद्धांत हैड्रोन की संरचना का एक सिद्धांत है। इस सिद्धांत के पीछे मूल विचार बहुत सरल है। सभी हैड्रोन छोटे कणों से बने होते हैं जिन्हें क्वार्क कहा जाता है। इसका मतलब है कि क्वार्क हैड्रॉन की तुलना में अधिक प्राथमिक कण हैं। क्वार्क एक भिन्नात्मक विद्युत आवेश वहन करते हैं: उनके पास एक आवेश होता है, जिसका मान मौलिक इकाई का -1/3 या +2/3 होता है - इलेक्ट्रॉन आवेश। दो और तीन क्वार्क के संयोजन का कुल चार्ज शून्य या एक हो सकता है। सभी क्वार्क में स्पिन होता है, इसलिए वे फ़र्मियन होते हैं। क्वार्क सिद्धांत के संस्थापक गेल-मान और ज़्विग, 60 के दशक में ज्ञात हर चीज को ध्यान में रखते हैं। हैड्रॉन ने क्वार्क के तीन प्रकार (स्वाद) पेश किए: यू (ऊपर से ऊपर), डी (नीचे से नीचे) और एस (अजीब से - अजीब)।

क्वार्क एक दूसरे के साथ दो संभावित तरीकों में से एक में संयोजन कर सकते हैं: या तो ट्रिपल या क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े। तुलनात्मक रूप से भारी कण - बेरियन, जिसका अर्थ है "भारी कण", तीन क्वार्क से बने होते हैं। बेरियनों में सबसे प्रसिद्ध न्यूट्रॉन और प्रोटॉन हैं। क्वार्क के हल्के जोड़े - एंटीक्वार्क मेसन नामक कण बनाते हैं - "मध्यवर्ती कण"। उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन में दो यू और एक डी क्वार्क (यूयूडी) होते हैं, और एक न्यूट्रॉन में दो डी क्वार्क और एक यू क्वार्क (यूडीडी) गोंद होता है।

यह पता चला कि नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के बीच परिणामी बातचीत क्वार्क के बीच अधिक शक्तिशाली बातचीत का एक अवशिष्ट प्रभाव है। इसने समझाया कि मजबूत बातचीत इतनी कठिन क्यों लगती है। जब एक प्रोटॉन न्यूट्रॉन या किसी अन्य प्रोटॉन से "चिपक जाता है", तो बातचीत में छह क्वार्क शामिल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक अन्य सभी के साथ बातचीत करता है। प्रयास का एक महत्वपूर्ण हिस्सा क्वार्क की तिकड़ी को मजबूती से चिपकाने पर खर्च किया जाता है, और एक छोटा हिस्सा क्वार्क के दो तिकड़ी को एक दूसरे से जोड़ने पर खर्च किया जाता है। (लेकिन यह पता चला कि क्वार्क कमजोर अंतःक्रियाओं में भी भाग लेते हैं। एक कमजोर अंतःक्रिया क्वार्क के स्वाद को बदल सकती है। इस तरह न्यूट्रॉन का क्षय होता है। न्यूट्रॉन में डी-क्वार्क में से एक यू-क्वार्क में बदल जाता है, और अतिरिक्त चार्ज एक इलेक्ट्रॉन को दूर ले जाता है जो एक साथ पैदा होता है। स्वाद, कमजोर बातचीत से क्षय और अन्य हैड्रॉन होते हैं।)

तथ्य यह है कि सभी ज्ञात हैड्रॉन तीन मूल कणों के विभिन्न संयोजनों से प्राप्त किए जा सकते हैं, क्वार्क सिद्धांत के लिए एक जीत थी। लेकिन 70 के दशक में। नए हैड्रॉन खोजे गए (साई कण, अपसिलॉन मेसन, आदि)। इसने क्वार्क के सिद्धांत के पहले संस्करण को झटका दिया, क्योंकि अब इसमें एक भी नए कण के लिए जगह नहीं थी। क्वार्क और उनके एंटीक्वार्क के सभी संभावित संयोजन पहले ही समाप्त हो चुके थे।

तीन नई सुगंधों की शुरूआत से समस्या हल हो गई थी। उन्हें नाम मिला - आकर्षण (आकर्षण), या एस; बी-क्वार्क (नीचे से - नीचे, और अधिक बार सौंदर्य - सौंदर्य, या आकर्षण); बाद में, एक और स्वाद पेश किया गया - टी (ऊपर से - ऊपर)।

मजबूत अंतःक्रिया द्वारा क्वार्क आपस में जुड़े रहते हैं। मजबूत अंतःक्रिया के वाहक ग्लून्स (रंग आवेश) हैं। प्राथमिक कण भौतिकी का क्षेत्र, जो क्वार्क और ग्लून्स की परस्पर क्रिया का अध्ययन करता है, क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स कहलाता है। चूंकि क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स विद्युत चुम्बकीय संपर्क का सिद्धांत है, इसलिए क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स मजबूत बातचीत का सिद्धांत है।

यद्यपि क्वार्क योजना के साथ कुछ असंतोष है, अधिकांश भौतिक विज्ञानी क्वार्क को वास्तव में प्राथमिक कण मानते हैं - बिंदुवार, अविभाज्य और आंतरिक संरचना की कमी। इस संबंध में, वे लेप्टान से मिलते-जुलते हैं, और यह लंबे समय से माना जाता है कि इन दो अलग-अलग लेकिन संरचनात्मक रूप से समान परिवारों के बीच एक गहरा संबंध होना चाहिए।

इस प्रकार, बीसवीं शताब्दी के अंत में वास्तविक प्राथमिक कणों (मौलिक अंतःक्रियाओं के वाहकों की गिनती नहीं) की सबसे संभावित संख्या 48 है। इनमें से: लेप्टान (6x2) = 12 प्लस क्वार्क (6x3) x2 = 36।

२.३. विद्युत दुर्बल सिद्धांत

बीसवीं शताब्दी के 70 के दशक में, प्राकृतिक विज्ञान में एक उत्कृष्ट घटना हुई: चार भौतिकी के दो इंटरैक्शन को एक में जोड़ा गया। प्रकृति की मूलभूत नींव की तस्वीर कुछ हद तक सरल हो गई है। विद्युत चुम्बकीय और कमजोर अंतःक्रियाएं, प्रकृति में बहुत भिन्न प्रतीत होती हैं, वास्तव में एक ही तथाकथित की दो किस्में निकलीं। इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन। इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन के सिद्धांत ने 20 वीं शताब्दी के अंत में प्राथमिक कण भौतिकी के आगे के विकास को निर्णायक रूप से प्रभावित किया।

इस सिद्धांत के निर्माण में मुख्य विचार गेज फील्ड अवधारणा के संदर्भ में कमजोर बातचीत का वर्णन करना था, जिसके अनुसार समरूपता बातचीत की प्रकृति को समझने की कुंजी है। बीसवीं शताब्दी के उत्तरार्ध के भौतिकी में मौलिक विचारों में से एक। - यह विश्वास है कि प्रकृति में अमूर्त समरूपता के एक निश्चित सेट को बनाए रखने के लिए ही सभी इंटरैक्शन मौजूद हैं। समरूपता का मौलिक अंतःक्रियाओं से क्या लेना-देना है? पहली नज़र में, इस तरह के संबंध के अस्तित्व की धारणा ही विरोधाभासी और समझ से बाहर लगती है।

सबसे पहले, समरूपता का क्या अर्थ है इसके बारे में। यह आमतौर पर स्वीकार किया जाता है कि किसी वस्तु में समरूपता होती है यदि वस्तु को बदलने के लिए एक या किसी अन्य ऑपरेशन के परिणामस्वरूप अपरिवर्तित रहती है। तो, गोला सममित है क्योंकि यह अपने केंद्र के किसी भी कोण पर घुमाए जाने पर समान दिखता है। सकारात्मक चार्ज को नेगेटिव चार्ज से बदलने के बारे में बिजली के नियम सममित हैं और इसके विपरीत। इस प्रकार, समरूपता से हमारा तात्पर्य एक निश्चित संक्रिया के संबंध में अपरिवर्तनशीलता से है।

विभिन्न प्रकार की समरूपताएं हैं: ज्यामितीय, स्पेक्युलर, गैर-ज्यामितीय। गैर-ज्यामितीय में तथाकथित हैं गेज समरूपता... गेज समरूपता अमूर्त हैं और सीधे तय नहीं हैं। वे उलटी गिनती में बदलाव के साथ जुड़े हुए हैं स्तर, पैमाना या मूल्यकुछ भौतिक मात्रा ... एक प्रणाली में गेज समरूपता होती है यदि इस प्रकार के परिवर्तन से इसकी प्रकृति अपरिवर्तित रहती है।इसलिए, उदाहरण के लिए, भौतिकी में, काम ऊंचाई के अंतर पर निर्भर करता है, न कि पूर्ण ऊंचाई पर; वोल्टेज - संभावित अंतर से, न कि उनके निरपेक्ष मूल्यों आदि से। समरूपता, जिस पर चार मूलभूत अंतःक्रियाओं की समझ का संशोधन आधारित है, इस प्रकार का है। अंशांकन परिवर्तन वैश्विक और स्थानीय हो सकते हैं। गेज परिवर्तन जो एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर भिन्न होते हैं उन्हें "स्थानीय" गेज परिवर्तन के रूप में जाना जाता है। प्रकृति में कई स्थानीय गेज समरूपताएं हैं और इन गेज परिवर्तनों की क्षतिपूर्ति के लिए उचित संख्या में फ़ील्ड की आवश्यकता होती है। बल क्षेत्रों को एक ऐसे साधन के रूप में देखा जा सकता है जिसके द्वारा प्रकृति अपनी अंतर्निहित स्थानीय गेज समरूपता बनाती है।गेज समरूपता की अवधारणा का महत्व यह है कि यह सैद्धांतिक रूप से प्रकृति में पाए जाने वाले सभी चार मूलभूत अंतःक्रियाओं का अनुकरण करती है। उन सभी को गेज फ़ील्ड के रूप में माना जा सकता है।

गेज क्षेत्र के रूप में कमजोर अंतःक्रिया का प्रतिनिधित्व करते हुए, भौतिक विज्ञानी इस धारणा से आगे बढ़ते हैं कि कमजोर अंतःक्रिया में भाग लेने वाले सभी कण एक नए प्रकार के क्षेत्र - कमजोर बलों के क्षेत्र के स्रोत के रूप में कार्य करते हैं। कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाले कण, जैसे कि इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो, एक "कमजोर आवेश" रखते हैं, जो एक विद्युत आवेश के अनुरूप होता है और इन कणों को एक कमजोर क्षेत्र से बांधता है।

एक गेज के रूप में कमजोर अंतःक्रिया क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करने के लिए, सबसे पहले, संबंधित गेज समरूपता के सटीक आकार को स्थापित करना आवश्यक है। मुद्दा यह है कि कमजोर बातचीत की समरूपता विद्युत चुम्बकीय की तुलना में बहुत अधिक जटिल है। आखिरकार, इस बातचीत का तंत्र अधिक जटिल हो गया है। सबसे पहले, न्यूट्रॉन के क्षय में, उदाहरण के लिए, कम से कम चार अलग-अलग प्रकार (न्यूट्रॉन, प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो) के कण कमजोर बातचीत में भाग लेते हैं। दूसरे, कमजोर बलों की कार्रवाई से उनकी प्रकृति में परिवर्तन होता है (कमजोर बातचीत के कारण कुछ कणों का दूसरों में परिवर्तन)। इसके विपरीत, विद्युत चुम्बकीय संपर्क इसमें भाग लेने वाले कणों की प्रकृति को नहीं बदलता है।

यह इस तथ्य को निर्धारित करता है कि कमजोर अंतःक्रिया कणों की प्रकृति में परिवर्तन से जुड़े एक अधिक जटिल गेज समरूपता से मेल खाती है। यह पता चला कि एकल विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के विपरीत, समरूपता बनाए रखने के लिए तीन नए बल क्षेत्रों की आवश्यकता होती है। इन तीन क्षेत्रों का एक क्वांटम विवरण भी प्राप्त किया गया था: तीन नए प्रकार के कण होने चाहिए - बातचीत के वाहक, प्रत्येक क्षेत्र के लिए एक। वे सभी स्पिन 1 के साथ भारी वेक्टर बोसॉन कहलाते हैं और कमजोर अंतःक्रियाओं के वाहक होते हैं।

कण W + और W - कमजोर अंतःक्रिया से जुड़े तीन में से दो क्षेत्रों के वाहक हैं। तीसरा क्षेत्र विद्युत रूप से तटस्थ वाहक कण से मेल खाता है, जिसे Z-कण कहा जाता है। Z-कण के अस्तित्व का अर्थ है कि कमजोर अंतःक्रिया विद्युत आवेश हस्तांतरण के साथ नहीं हो सकती है।

सहज समरूपता तोड़ने की अवधारणा ने इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन के सिद्धांत के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई: किसी समस्या के हर समाधान में उसके प्रारंभिक स्तर के सभी गुण नहीं होने चाहिए। इस प्रकार, जो कण कम ऊर्जा पर, उच्च ऊर्जा पर पूरी तरह से भिन्न होते हैं, वे वास्तव में एक ही कण हो सकते हैं, लेकिन विभिन्न अवस्थाओं में। सहज समरूपता तोड़ने के विचार के आधार पर, इलेक्ट्रोवेक इंटरैक्शन के सिद्धांत के लेखक वेनबर्ग और सलाम एक महान सैद्धांतिक समस्या को हल करने में सक्षम थे - उन्होंने एक तरफ असंगत चीजों (कमजोर बातचीत के वाहक का एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान) को जोड़ा। , और गेज इनवेरिएंस का विचार, जो गेज क्षेत्र की लंबी दूरी की प्रकृति को मानता है, और दूसरे पर वाहक कणों के शून्य आराम द्रव्यमान का अर्थ है) और इस प्रकार संयुक्त विद्युत चुंबकत्व और एक एकीकृत गेज क्षेत्र सिद्धांत में कमजोर बातचीत।

इस सिद्धांत में, केवल चार क्षेत्र हैं: एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और कमजोर अंतःक्रियाओं के अनुरूप तीन क्षेत्र। इसके अलावा, एक अदिश क्षेत्र (तथाकथित हिग्स क्षेत्र), जो पूरे अंतरिक्ष पर स्थिर है, पेश किया गया था, जिसके साथ कण अलग-अलग तरीकों से बातचीत करते हैं, जो उनके द्रव्यमान में अंतर को निर्धारित करता है। (स्केलर क्षेत्र का क्वांटा शून्य स्पिन के साथ नए प्राथमिक कण हैं। उन्हें हिग्स कहा जाता है (भौतिक विज्ञानी पी। हिग्स के बाद, जिन्होंने उनके अस्तित्व का सुझाव दिया था)। ऐसे हिग्स बोसॉन की संख्या कई दर्जन तक पहुंच सकती है। ऐसे बोसॉन अभी तक नहीं हैं प्रयोगात्मक रूप से खोजा गया। भौतिकविद उनके अस्तित्व को वैकल्पिक मानते हैं, लेकिन हिग्स बोसॉन के बिना एक आदर्श सैद्धांतिक मॉडल अभी तक नहीं मिला है) प्रारंभ में, डब्ल्यू और जेड क्वांटा का कोई द्रव्यमान नहीं है, लेकिन समरूपता टूटने से यह तथ्य सामने आता है कि कुछ हिग्स कण डब्ल्यू और जेड कणों के साथ विलीन हो जाते हैं। , उन्हें द्रव्यमान दे रहा है।

सिद्धांत समरूपता को तोड़कर विद्युत चुम्बकीय और कमजोर बातचीत के गुणों में अंतर की व्याख्या करता है। यदि समरूपता को तोड़ा नहीं गया था, तो दोनों इंटरैक्शन परिमाण में तुलनीय होंगे। समरूपता का उल्लंघन कमजोर बातचीत में तेज कमी को दर्शाता है। हम कह सकते हैं कि कमजोर अंतःक्रिया इतनी छोटी है क्योंकि डब्ल्यू और जेड कण बहुत बड़े पैमाने पर हैं। लेप्टान शायद ही कभी इतनी छोटी दूरी तक पहुंचते हैं (r .)< 1 0 n см., где n = - 1 6). Но при больших энергиях (>1 0 0 GeV), जब W और Z कणों का स्वतंत्र रूप से उत्पादन किया जा सकता है, तो W और Z बोसॉन का आदान-प्रदान उतना ही आसान है जितना कि फोटॉन (द्रव्यमान कण) का आदान-प्रदान। फोटॉन और बोसॉन के बीच का अंतर समाप्त हो गया है; इन परिस्थितियों में, विद्युत चुम्बकीय और कमजोर अंतःक्रिया के बीच पूर्ण समरूपता होनी चाहिए - इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन।

नए सिद्धांत का परीक्षण काल्पनिक W और Z कणों के अस्तित्व की पुष्टि करना था। उनकी खोज नवीनतम प्रकार के बहुत बड़े त्वरक के निर्माण के साथ ही संभव हो सकी। 1983 में डब्ल्यू और जेड कणों की खोज का मतलब इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन के सिद्धांत की जीत था। चार मूलभूत अंतःक्रियाओं के बारे में बात करने की अब और आवश्यकता नहीं थी। उनमें से तीन बचे हैं।

२.४. क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स

मौलिक अंतःक्रियाओं के भव्य एकीकरण के मार्ग पर अगला कदम इलेक्ट्रोवीक के साथ मजबूत अंतःक्रिया का संलयन है। इसके लिए, एक मजबूत अंतःक्रिया के लिए गेज क्षेत्र की विशेषताओं को प्रदान करना और समस्थानिक समरूपता की एक सामान्यीकृत अवधारणा को पेश करना आवश्यक है। ग्लून्स के आदान-प्रदान के परिणामस्वरूप मजबूत बातचीत के बारे में सोचा जा सकता है, जो क्वार्क (जोड़े या ट्रिपल में) को हैड्रॉन में कनेक्शन प्रदान करता है।

यहाँ विचार इस प्रकार है। प्रत्येक क्वार्क में विद्युत आवेश का एक एनालॉग होता है जो ग्लूऑन क्षेत्र के स्रोत के रूप में कार्य करता है। इसे एक रंग कहा जाता था (बेशक, इस नाम का सामान्य रंग से कोई लेना-देना नहीं है)। यदि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र केवल एक प्रकार के आवेश से उत्पन्न होता है, तो अधिक जटिल ग्लूऑन क्षेत्र बनाने के लिए तीन अलग-अलग रंग आवेशों की आवश्यकता होती है। प्रत्येक क्वार्क तीन संभावित रंगों में से एक में "रंगीन" होता है, जिसे मनमाने ढंग से लाल, हरा और नीला नाम दिया गया है। और, तदनुसार, एंटीक्वार्क एंटी-रेड, एंटी-ग्रीन और एंटी-ब्लू हैं।

अगले चरण में, मजबूत अंतःक्रिया के सिद्धांत को उसी तरह विकसित किया जाता है जैसे कमजोर बातचीत का सिद्धांत। स्थानीय गेज समरूपता की आवश्यकता (अर्थात अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर रंग परिवर्तन के संबंध में अपरिवर्तन) क्षतिपूर्ति बल क्षेत्रों को पेश करने की आवश्यकता की ओर ले जाती है। कुल आठ नए क्षतिपूर्ति बल क्षेत्रों की आवश्यकता है। कण - इन क्षेत्रों के वाहक ग्लून्स हैं, और इस प्रकार, सिद्धांत से यह निम्नानुसार है कि आठ अलग-अलग प्रकार के ग्लून्स होने चाहिए। (जबकि विद्युत चुम्बकीय संपर्क (एक फोटॉन) का केवल एक वाहक है, और कमजोर बातचीत के तीन वाहक हैं।) ग्लून्स में शून्य आराम द्रव्यमान और स्पिन 1 है। ग्लून्स के भी अलग-अलग रंग होते हैं, लेकिन शुद्ध नहीं, लेकिन मिश्रित (उदाहरण के लिए, नीला-विरोधी हरा)। इसलिए, ग्लूऑन का उत्सर्जन या अवशोषण क्वार्क ("रंगों का खेल") के रंग में बदलाव के साथ होता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक लाल क्वार्क, एक लाल-एंटी-ब्लू ग्लूऑन को खोकर, एक नीले क्वार्क में बदल जाता है, और एक हरा क्वार्क, एक ब्लू-एंटी-ग्रीन ग्लूऑन को अवशोषित करके, एक ब्लू क्वार्क में बदल जाता है। एक प्रोटॉन में, उदाहरण के लिए, तीन क्वार्क लगातार ग्लून्स का आदान-प्रदान कर रहे हैं, अपना रंग बदल रहे हैं। हालांकि, ऐसे परिवर्तन मनमाने नहीं हैं, लेकिन एक सख्त नियम का पालन करते हैं: किसी भी समय, तीन क्वार्क का "कुल" रंग सफेद प्रकाश होना चाहिए, अर्थात। राशि "लाल + हरा + नीला"। यह क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़ी वाले मेसॉन पर भी लागू होता है। चूंकि एंटीक्वार्क को एंटी-कलर की विशेषता होती है, इसलिए इस तरह के संयोजन को रंगहीन ("सफेद") के रूप में जाना जाता है, उदाहरण के लिए, एक लाल क्वार्क एक एंटी-रेड क्वार्क के साथ एक रंगहीन मेसन बनाता है।

क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (रंग का क्वांटम सिद्धांत) के दृष्टिकोण से, मजबूत बातचीत प्रकृति की एक निश्चित अमूर्त समरूपता बनाए रखने की इच्छा से ज्यादा कुछ नहीं है: सभी हैड्रॉन के सफेद रंग का संरक्षण जब उनके घटक भागों का रंग बदलता है। क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स उन नियमों की पूरी तरह से व्याख्या करता है जो क्वार्क के सभी संयोजनों का पालन करते हैं, एक दूसरे के साथ ग्लून्स की बातचीत (एक ग्लूऑन दो ग्लून्स में क्षय हो सकता है या दो ग्लून्स एक में विलीन हो जाते हैं - यही कारण है कि ग्लूऑन फील्ड समीकरण में नॉनलाइनियर शब्द दिखाई देते हैं), जटिल संरचना क्वार्क आदि के बादलों में "कपड़े पहने" से युक्त एक हैड्रॉन।

क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स को मजबूत बातचीत के अंतिम और पूर्ण सिद्धांत के रूप में मूल्यांकन करना समय से पहले हो सकता है, लेकिन इसकी उपलब्धियां अभी भी आशाजनक हैं।

निष्कर्ष।

प्राथमिक कणों के कई गुणों की उत्पत्ति और उनकी अंतर्निहित अंतःक्रियाओं की प्रकृति काफी हद तक अस्पष्ट है। शायद, प्राथमिक कणों के सिद्धांत के निर्माण से पहले सभी विचारों के एक से अधिक पुनर्गठन और सूक्ष्म कणों के गुणों और अंतरिक्ष-समय के ज्यामितीय गुणों के बीच संबंधों की बहुत गहरी समझ की आवश्यकता होगी।

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इलेक्ट्रॉन से न्यूट्रिनो तक

इलेक्ट्रॉन

पोजीट्रान

न्युट्रीनो

विचित्रता से आकर्षण तक

अजीब कणों की खोज

अनुनादों

"मंत्रमुग्ध" कण

निष्कर्ष

साहित्य

परिचय।

बीसवीं शताब्दी के मध्य और उत्तरार्ध में भौतिक विज्ञान की उन शाखाओं में जो पदार्थ की मूल संरचना का अध्ययन कर रही हैं, वास्तव में आश्चर्यजनक परिणाम प्राप्त हुए। सबसे पहले, यह नए उप-परमाणु कणों के एक पूरे मेजबान की खोज में प्रकट हुआ। उन्हें आमतौर पर प्राथमिक कण कहा जाता है, लेकिन उनमें से सभी वास्तव में प्राथमिक नहीं होते हैं। उनमें से कई, बदले में, और भी अधिक प्राथमिक कणों से मिलकर बने होते हैं।

उप-परमाणु कणों की दुनिया में एक गहरा और तर्कसंगत क्रम है। यह आदेश मौलिक भौतिक अंतःक्रियाओं पर आधारित है

इस शब्द के सटीक अर्थ में प्राथमिक कण प्राथमिक, आगे के अविनाशी कण हैं, जिनमें से, धारणा के अनुसार, सभी पदार्थ होते हैं। आधुनिक भौतिकी में "प्राथमिक कण" की अवधारणा आदिम संस्थाओं के विचार को व्यक्त करती है जो भौतिक दुनिया के सभी ज्ञात गुणों को निर्धारित करती है, एक ऐसा विचार जो प्राकृतिक विज्ञान के गठन के प्रारंभिक चरणों में उत्पन्न हुआ और हमेशा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। इसके विकास में

सूक्ष्म स्तर पर पदार्थ की संरचना की असतत प्रकृति की स्थापना के साथ निकट संबंध में "प्राथमिक कणों" की अवधारणा का गठन किया गया था। 19वीं और 20वीं सदी के मोड़ पर खोज। पदार्थ के गुणों के सबसे छोटे वाहक - अणु और परमाणु - और इस तथ्य की स्थापना कि अणु परमाणुओं से बने होते हैं, पहली बार सभी ज्ञात पदार्थों को एक परिमित के संयोजन के रूप में वर्णित करना संभव बना दिया, यद्यपि बड़ी, संरचनात्मक की संख्या घटक - परमाणु। यौगिक घटक परमाणुओं - इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों की उपस्थिति की बाद की पहचान, नाभिक की जटिल प्रकृति की स्थापना, जो केवल दो प्रकार के कणों (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) से बनी थी, ने असतत तत्वों की संख्या को काफी कम कर दिया जो कि पदार्थ के गुणों का निर्माण करते हैं, और यह मानने का कारण देते हैं कि पदार्थ के घटक भागों की श्रृंखला असतत संरचनाहीन संरचनाओं - प्राथमिक कणों के साथ समाप्त होती है। ऐसी धारणा, सामान्यतया, ज्ञात तथ्यों का एक एक्सट्रपलेशन है और इसे कड़ाई से प्रमाणित नहीं किया जा सकता है। निश्चित रूप से यह कहना असंभव है कि दी गई परिभाषा के अर्थ में प्राथमिक कण मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, जिन्हें लंबे समय तक प्राथमिक कण माना जाता था, में एक जटिल संरचना पाई गई। इस संभावना से इंकार नहीं किया जा सकता है कि पदार्थ के संरचनात्मक घटकों का क्रम मौलिक रूप से अनंत है। यह भी पता चल सकता है कि पदार्थ के अध्ययन के किसी चरण में कथन "इसमें शामिल है ..." सामग्री से रहित होगा। इस मामले में, ऊपर दी गई "प्राथमिकता" की परिभाषा को छोड़ना होगा। प्राथमिक कणों का अस्तित्व एक प्रकार का अभिधारणा है, और इसकी वैधता की जाँच करना भौतिकी के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक है।

इलेक्ट्रॉन से न्यूट्रिनो तक

इलेक्ट्रॉन

ऐतिहासिक रूप से, पहला खोजा गया प्राथमिक कण एक इलेक्ट्रॉन था - परमाणुओं में एक नकारात्मक प्राथमिक विद्युत आवेश का वाहक

यह "सबसे पुराना" प्राथमिक कण है। आदर्श रूप से, उन्होंने 1881 में भौतिकी में प्रवेश किया, जब हेल्महोल्ट्ज़ ने फैराडे के सम्मान में एक भाषण में बताया कि पदार्थ की परमाणु संरचना, फैराडे के इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों के साथ, अनिवार्य रूप से इस विचार की ओर ले जाती है कि एक विद्युत आवेश हमेशा एक गुणक होना चाहिए। कुछ प्राथमिक चार्ज, यानी इलेक्ट्रिक चार्ज के परिमाणीकरण के बारे में निष्कर्ष। एक ऋणात्मक प्राथमिक आवेश का वाहक, जैसा कि अब हम जानते हैं, इलेक्ट्रॉन है

मैक्सवेल, जिन्होंने विद्युत और चुंबकीय घटना के मौलिक सिद्धांत का निर्माण किया और फैराडे के प्रयोगात्मक परिणामों का महत्वपूर्ण रूप से उपयोग किया, ने परमाणु बिजली की परिकल्पना को स्वीकार नहीं किया।

इस बीच, इलेक्ट्रॉन के अस्तित्व के "अस्थायी" सिद्धांत की पुष्टि 1897 में जे जे थॉमसन के प्रयोगों में हुई, जिसमें उन्होंने इलेक्ट्रॉनों के साथ तथाकथित कैथोड किरणों की पहचान की और इलेक्ट्रॉन के आवेश और द्रव्यमान को मापा। कैथोड किरणों के कण थॉमसन को "कॉर्पसक्ल्स" या प्राइमर्डियल परमाणु कहा जाता है। "इलेक्ट्रॉन" शब्द का प्रयोग मूल रूप से "कॉर्पसकल" के आवेश की मात्रा को दर्शाने के लिए किया गया था। और केवल समय के साथ, कण को ही एक इलेक्ट्रॉन कहा जाने लगा।

हालांकि, एक इलेक्ट्रॉन के विचार को तुरंत स्वीकार नहीं किया गया था। जब, रॉयल सोसाइटी में एक व्याख्यान में, जे जे थॉमसन - इलेक्ट्रॉन के खोजकर्ता - ने सुझाव दिया कि कैथोड किरणों के कणों को परमाणु के संभावित घटक के रूप में माना जाना चाहिए, उनके कुछ सहयोगियों ने ईमानदारी से माना कि वह उन्हें रहस्यमय बना रहे थे। 1925 में प्लांक ने स्वयं स्वीकार किया था कि वह तब, 1900 में, इलेक्ट्रॉन की परिकल्पना में अंत तक विश्वास नहीं करते थे

हम कह सकते हैं कि 1911 में मापने वाले मिलिकेन के प्रयोगों के बाद। व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों के आरोप, इस पहले प्राथमिक कण को अस्तित्व का अधिकार प्राप्त हुआ

फोटोन

1912-1915 में आर. मिलिकन द्वारा फोटॉन के अस्तित्व का प्रत्यक्ष प्रायोगिक प्रमाण दिया गया था। 1922 में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के साथ-साथ ए। कॉम्पटन के अपने अध्ययन में, जिन्होंने एक्स-रे के प्रकीर्णन को उनकी आवृत्ति में परिवर्तन के साथ खोजा था।

एक फोटॉन, एक अर्थ में, एक विशेष कण है। तथ्य यह है कि अन्य कणों (न्यूट्रिनो को छोड़कर) के विपरीत, इसके आराम का द्रव्यमान शून्य के बराबर है। इसलिए, इसे तुरंत एक कण नहीं माना गया था: पहले यह माना जाता था कि एक परिमित और गैर-शून्य आराम द्रव्यमान की उपस्थिति एक प्राथमिक कण की एक अनिवार्य विशेषता है।

एक फोटॉन प्रकाश की एक "एनिमेटेड" प्लैंक क्वांटम है, यानी प्रकाश की एक मात्रा जो एक आवेग को वहन करती है

ब्लैकबॉडी विकिरण के नियमों को समझाने के लिए 1901 में प्लैंक द्वारा प्रकाश की क्वांटा की शुरुआत की गई थी। लेकिन वह कण नहीं थे, बल्कि एक आवृत्ति या किसी अन्य की प्रकाश ऊर्जा का केवल सबसे छोटा संभव "हिस्सा" था।

यद्यपि प्रकाश ऊर्जा के परिमाणीकरण के बारे में प्लैंक की धारणा संपूर्ण शास्त्रीय सिद्धांत के बिल्कुल विपरीत थी, प्लैंक स्वयं इसे तुरंत नहीं समझ पाए। वैज्ञानिक ने लिखा है कि उन्होंने "... किसी तरह शास्त्रीय सिद्धांत के ढांचे में एच के मूल्य को पेश करने की कोशिश की। हालांकि, तमाम कोशिशों के बाद भी यह मान बेहद हठी निकला।" बाद में, इस मान को प्लैंक नियतांक (h = 6 * 10 -27 erg.s) कहा गया।

प्लांक नियतांक के लागू होने के बाद भी स्थिति स्पष्ट नहीं हुई।

आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत ने "जीवित" फोटॉन या क्वांटा बनाया, जिन्होंने 1905 में दिखाया कि क्वांटा में न केवल ऊर्जा होनी चाहिए, बल्कि गति भी होनी चाहिए, और यह कि वे पूर्ण अर्थ में कण हैं, केवल विशेष हैं, क्योंकि उनका बाकी द्रव्यमान शून्य है, और वे प्रकाश की गति से चलते हैं

तो, एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के एक कण के अस्तित्व के बारे में निष्कर्ष - एक फोटॉन - एम। प्लैंक (1900) के काम से उत्पन्न होता है। यह मानते हुए कि एक काले शरीर से विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा मात्राबद्ध है, प्लैंक ने विकिरण स्पेक्ट्रम के लिए सही सूत्र प्राप्त किया। प्लैंक के विचार को विकसित करते हुए, ए। आइंस्टीन (1905) ने माना कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण (प्रकाश) वास्तव में व्यक्तिगत क्वांटा (फोटॉन) का प्रवाह है, और इस आधार पर उन्होंने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के नियमों की व्याख्या की।

प्रोटोन

प्रोटॉन की खोज ई. रदरफोर्ड ने 1919 में परमाणु नाभिक के साथ अल्फा कणों की परस्पर क्रिया के अध्ययन में की थी

अधिक सटीक रूप से, प्रोटॉन की खोज परमाणु नाभिक की खोज से जुड़ी है। इसे रदरफोर्ड ने उच्च ऊर्जा वाले अल्फा कणों के साथ नाइट्रोजन परमाणुओं पर बमबारी करके बनाया था। रदरफोर्ड ने निष्कर्ष निकाला कि "नाइट्रोजन परमाणु का नाभिक तेजी से α-कण के साथ टकराव पर विकसित होने वाली जबरदस्त ताकतों के कारण विघटित हो जाता है, और यह कि मुक्त हाइड्रोजन परमाणु नाइट्रोजन नाभिक का एक घटक हिस्सा बनाता है।" 1920 में, रदरफोर्ड द्वारा हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक को प्रोटॉन कहा जाता था (ग्रीक में एक प्रोटॉन का अर्थ सबसे सरल, प्राथमिक होता है)। एक नाम के लिए अन्य सुझाव थे। इसलिए, उदाहरण के लिए, "बैरन" नाम प्रस्तावित किया गया था (ग्रीक में बारोस का अर्थ है भारीपन)। हालांकि, इसने हाइड्रोजन नाभिक की केवल एक विशेषता पर जोर दिया - इसका द्रव्यमान। प्रोटॉन की मौलिक प्रकृति को दर्शाते हुए "प्रोटॉन" शब्द बहुत गहरा और अधिक अर्थपूर्ण था, क्योंकि प्रोटॉन सबसे सरल नाभिक है - हाइड्रोजन के सबसे हल्के समस्थानिक का नाभिक। यह निस्संदेह कण भौतिकी में सबसे सफल शब्दों में से एक है। इस प्रकार, प्रोटॉन एक इकाई धनात्मक आवेश वाले कण होते हैं और द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1840 गुना होता है।

न्यूट्रॉन

एक अन्य कण जो नाभिक बनाता है, न्यूट्रॉन की खोज 1932 में जे. चाडविक ने बेरिलियम के साथ अल्फा कणों की बातचीत का अध्ययन करते हुए की थी। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के करीब होता है, लेकिन इसमें विद्युत आवेश नहीं होता है। न्यूट्रॉन की खोज ने कणों की पहचान पूरी की - परमाणुओं के संरचनात्मक तत्व और उनके नाभिक

समस्थानिकों की खोज ने नाभिक की संरचना के प्रश्न को स्पष्ट नहीं किया। इस समय तक, केवल प्रोटॉन - हाइड्रोजन नाभिक, और इलेक्ट्रॉनों को जाना जाता था, और इसलिए इन सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज कणों के विभिन्न संयोजनों द्वारा आइसोटोप के अस्तित्व को समझाने की कोशिश करना स्वाभाविक था। कोई सोचता होगा कि नाभिक में ए प्रोटॉन होते हैं, जहां ए द्रव्यमान संख्या होती है, और ए ? Z इलेक्ट्रॉन। इस मामले में, कुल सकारात्मक चार्ज परमाणु संख्या Z . के साथ मेल खाता है

सबसे पहले, एक सजातीय नाभिक की ऐसी सरल तस्वीर ने नाभिक के छोटे आयामों के बारे में निष्कर्ष का खंडन नहीं किया, जो रदरफोर्ड के प्रयोगों के बाद हुआ। एक इलेक्ट्रॉन r0 = e 2 / mc 2 का "प्राकृतिक त्रिज्या" (जो इलेक्ट्रॉन स्व-ऊर्जा mc 2 के साथ गोलाकार खोल पर वितरित आवेश के इलेक्ट्रोस्टैटिक ऊर्जा e 2 / r0 को बराबर करके प्राप्त किया जाता है) r0 = 2.82 * है। १०-१५ मीटर एक इलेक्ट्रॉन १०-१४ मीटर की त्रिज्या के साथ एक नाभिक के अंदर होने के लिए काफी छोटा है, हालांकि वहां बड़ी संख्या में कणों को रखना मुश्किल होगा। 1920 में। रदरफोर्ड और अन्य वैज्ञानिकों ने एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन के स्थिर संयोजन की संभावना पर विचार किया, जो एक प्रोटॉन के बराबर द्रव्यमान के साथ एक तटस्थ कण को पुन: उत्पन्न करता है। हालांकि, इलेक्ट्रिक चार्ज की कमी के कारण ऐसे कणों का पता लगाना मुश्किल होगा। यह संभावना नहीं है कि वे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव में विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तरह धातु की सतहों से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल सकते हैं

केवल एक दशक बाद, प्राकृतिक रेडियोधर्मिता का गहन अध्ययन किया गया, और परमाणुओं के कृत्रिम परिवर्तन को प्रेरित करने के लिए रेडियोधर्मी विकिरण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा, नाभिक के एक नए घटक भाग का अस्तित्व मज़बूती से स्थापित हुआ। 1930 में जीसेन विश्वविद्यालय के डब्ल्यू. बोथे और जी. बेकर ने लिथियम और बेरिलियम को अल्फा कणों से विकिरणित किया और, एक गीजर काउंटर की मदद से, इससे उत्पन्न होने वाले मर्मज्ञ विकिरण को रिकॉर्ड किया। चूंकि यह विकिरण विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों से अप्रभावित था और इसमें उच्च मर्मज्ञ शक्ति थी, लेखकों ने निष्कर्ष निकाला कि कठोर गामा विकिरण उत्सर्जित किया गया था। 1932 में एफ। जूलियट और आई। क्यूरी ने बेरिलियम के साथ प्रयोगों को दोहराया, इस तरह के मर्मज्ञ विकिरण को पैराफिन ब्लॉक के माध्यम से पारित किया। उन्होंने पाया कि पैराफिन से असामान्य रूप से उच्च ऊर्जा वाले प्रोटॉन उत्सर्जित होते हैं, और निष्कर्ष निकाला है कि पैराफिन से गुजरने से, गामा किरणों के बिखरने से प्रोटॉन उत्पन्न होते हैं। (१९२३ में यह पाया गया कि एक्स-रे इलेक्ट्रॉनों द्वारा बिखरे हुए हैं, कॉम्पटन प्रभाव दे रहे हैं।)

जे. चाडविक ने प्रयोग दोहराया। उन्होंने पैराफिन का भी इस्तेमाल किया और एक आयनीकरण कक्ष की मदद से, जिसमें इलेक्ट्रॉनों के परमाणुओं से बाहर निकलने पर उत्पन्न होने वाले चार्ज को एकत्र किया गया था, रिकॉइल प्रोटॉन की सीमा को मापा।

चाडविक ने विकिरण को अवशोषित करने और नाइट्रोजन रिकॉइल परमाणुओं की सीमा को मापने के लिए गैसीय नाइट्रोजन (एक विल्सन कक्ष में, जहां पानी की बूंदें एक आवेशित कण के ट्रैक के साथ संघनित होती हैं) का भी उपयोग किया। दोनों प्रयोगों के परिणामों के लिए ऊर्जा और संवेग के संरक्षण के नियमों को लागू करते हुए, वह इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि पाया गया तटस्थ विकिरण गामा विकिरण नहीं है, बल्कि एक प्रोटॉन के करीब द्रव्यमान वाले कणों की एक धारा है। चैडविक ने यह भी दिखाया कि गामा विकिरण के ज्ञात स्रोत प्रोटॉन को नॉक आउट नहीं करते हैं।

इस प्रकार, एक नए कण के अस्तित्व की पुष्टि हुई, जिसे अब न्यूट्रॉन कहा जाता है

धात्विक बेरिलियम का विभाजन इस प्रकार हुआ:

अल्फा कण 4 2 हे (आवेश 2, द्रव्यमान संख्या 4) बेरिलियम नाभिक (आवेश 4, द्रव्यमान संख्या 9) से टकराया, जिसके परिणामस्वरूप कार्बन और न्यूट्रॉन

न्यूट्रॉन की खोज एक महत्वपूर्ण कदम था। नाभिक की प्रेक्षित विशेषताओं की व्याख्या अब न्यूट्रॉन और प्रोटॉन को नाभिक के घटक भागों के रूप में मानकर की जा सकती है

न्यूट्रॉन को अब प्रोटॉन से 0.1% भारी माना जाता है। मुक्त न्यूट्रॉन (नाभिक के बाहर) रेडियोधर्मी क्षय से गुजरते हैं, एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में बदल जाते हैं। यह एक मिश्रित तटस्थ कण की मूल परिकल्पना की याद दिलाता है। हालांकि, एक स्थिर नाभिक के अंदर, न्यूट्रॉन प्रोटॉन से बंधे होते हैं और अनायास क्षय नहीं होते हैं।

पोजीट्रान

1930 से 1950 के दशक तक, मुख्य रूप से कॉस्मिक किरणों में नए कणों की खोज की गई थी। 1932 में, उनकी रचना में, ए। एंडरसन ने पहला एंटीपार्टिकल - एक पॉज़िट्रॉन (ई +) - एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के साथ एक कण की खोज की, लेकिन एक सकारात्मक विद्युत आवेश के साथ। पॉज़िट्रॉन खोजा जाने वाला पहला एंटीपार्टिकल था। पॉज़िट्रॉन की खोज से कुछ समय पहले पी। डिराक (1928-31) द्वारा विकसित इलेक्ट्रॉन के सापेक्षतावादी सिद्धांत से सीधे ई + का अस्तित्व। 1936 में। अमेरिकी भौतिकविदों के। एंडरसन और एस। नेडरमीयर ने कॉस्मिक किरणों म्यूऑन (विद्युत आवेश के दोनों संकेतों के) के अध्ययन में खोज की - लगभग 200 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान वाले कण, और अन्यथा आश्चर्यजनक रूप से ई-, ई + के गुणों के करीब।

पदार्थ में पॉज़िट्रॉन (सकारात्मक इलेक्ट्रॉन) मौजूद नहीं हो सकते, क्योंकि जब वे धीमा हो जाते हैं, तो वे नष्ट हो जाते हैं, नकारात्मक इलेक्ट्रॉनों से जुड़ जाते हैं। इस प्रक्रिया में, जिसे जोड़ी उत्पादन की रिवर्स प्रक्रिया के रूप में माना जा सकता है, सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रॉन गायब हो जाते हैं, जबकि फोटॉन बनते हैं, जिससे उनकी ऊर्जा स्थानांतरित होती है। एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन के विनाश में, ज्यादातर मामलों में, दो फोटॉन बनते हैं, बहुत कम बार - एक फोटॉन। एक-फोटॉन का विनाश तभी हो सकता है जब इलेक्ट्रॉन नाभिक से मजबूती से जुड़ा हो; इस मामले में नाभिक की भागीदारी संवेग के संरक्षण के लिए आवश्यक है। दूसरी ओर, एक मुक्त इलेक्ट्रॉन के साथ दो-फोटॉन का विनाश भी हो सकता है। विनाश की प्रक्रिया अक्सर पॉज़िट्रॉन के लगभग पूरी तरह से बंद हो जाने के बाद होती है। इस मामले में, समान ऊर्जा वाले दो फोटॉन विपरीत दिशाओं में उत्सर्जित होते हैं

पॉज़िट्रॉन की खोज एंडरसन ने विल्सन चैम्बर विधि द्वारा ब्रह्मांडीय किरणों के अध्ययन में की थी। आकृति, जो विल्सन कैमरे में एंडरसन की तस्वीर का पुनरुत्पादन है, एक सकारात्मक कण को 0.6 सेमी मोटी लेड प्लेट में 6.3 107 eV / s की गति के साथ प्रवेश करती है और इसे 2.3 107 eV / s की गति के साथ बाहर निकालती है। आप इस कण के द्रव्यमान पर एक ऊपरी सीमा निर्धारित कर सकते हैं, यह मानते हुए कि यह केवल टकराव में ऊर्जा खो देता है। यह सीमा 20 मी है। इस और इसी तरह की अन्य तस्वीरों के आधार पर, एंडरसन ने एक सकारात्मक कण के अस्तित्व की परिकल्पना की, जिसका द्रव्यमान लगभग एक साधारण इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है। इस निष्कर्ष की जल्द ही विल्सन के कक्ष में ब्लैकेट और ओचिआलिनी की टिप्पणियों से पुष्टि हुई। इसके तुरंत बाद, क्यूरी और जूलियट ने पाया कि पॉज़िट्रॉन रेडियोधर्मी स्रोतों से गामा किरणों के रूपांतरण से उत्पन्न होते हैं, और कृत्रिम रेडियोधर्मी समस्थानिकों द्वारा भी उत्सर्जित होते हैं। चूंकि एक फोटॉन, तटस्थ होने के कारण, एक जोड़ी (एक पॉज़िट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन) बनाता है, यह विद्युत आवेश के संरक्षण के सिद्धांत से चलता है कि, निरपेक्ष मान में, एक पॉज़िट्रॉन का आवेश एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर होता है

पॉज़िट्रॉन द्रव्यमान का पहला मात्रात्मक निर्धारण थिबॉल्ट द्वारा किया गया था, जिन्होंने ट्रोकॉइड विधि द्वारा ई / एम अनुपात को मापा और इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि पॉज़िट्रॉन और इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान 15% से अधिक नहीं हैं। मास स्पेक्ट्रोग्राफिक सेटअप का इस्तेमाल करने वाले स्पाइस और ज़हान के बाद के प्रयोगों से पता चला कि इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन का द्रव्यमान 2% की सटीकता के साथ मेल खाता है। फिर भी बाद में, डमोंड और सहकर्मियों ने विनाश विकिरण की तरंग दैर्ध्य को बड़ी सटीकता के साथ मापा। प्रायोगिक त्रुटियों (0.2%) की सटीकता के साथ, उन्होंने तरंग दैर्ध्य मान प्राप्त किया जिसकी इस धारणा के तहत उम्मीद की जाएगी कि पॉज़िट्रॉन और इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान समान है

युग्म उत्पादन प्रक्रिया पर लागू होने वाले कोणीय गति के संरक्षण के नियम से पता चलता है कि पॉज़िट्रॉन में अर्ध-पूर्णांक स्पिन होता है और इसलिए, फर्मी आंकड़ों का पालन करता है। यह मान लेना उचित है कि पॉज़िट्रॉन का स्पिन 1/2 है, जैसा कि इलेक्ट्रॉन का स्पिन है

Peonies और Muons। मेसोन की खोज

मेसन की खोज, पॉज़िट्रॉन की खोज के विपरीत, एक अवलोकन का परिणाम नहीं था, बल्कि प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक अध्ययनों की एक पूरी श्रृंखला से एक निष्कर्ष था।

1932 में, रॉसी ने बोथे और कोहलहर्स्टर द्वारा प्रस्तावित संयोग पद्धति का उपयोग करते हुए दिखाया कि समुद्र के स्तर पर देखे गए ब्रह्मांडीय विकिरण का एक ज्ञात भाग 1 मीटर मोटी तक सीसा प्लेटों को भेदने में सक्षम कणों से बना है। इसके तुरंत बाद, उन्होंने भी आकर्षित किया ब्रह्मांडीय किरणों में दो अलग-अलग घटकों के अस्तित्व पर ध्यान दें। एक घटक के कण (मर्मज्ञ घटक) किसी पदार्थ की बड़ी मोटाई से गुजरने में सक्षम होते हैं, और विभिन्न पदार्थों द्वारा उनके अवशोषण की डिग्री इन पदार्थों के द्रव्यमान के लगभग समानुपाती होती है। एक अन्य घटक (शावर बनाने वाला घटक) के कण जल्दी से अवशोषित हो जाते हैं, खासकर भारी तत्वों द्वारा; इस मामले में, बड़ी संख्या में माध्यमिक कण (वर्षा) बनते हैं। एंडरसन और नेडेमेयर द्वारा विल्सन कक्ष के साथ किए गए लीड प्लेटों के माध्यम से ब्रह्मांडीय किरण कणों के पारित होने का अध्ययन करने के लिए प्रयोगों से यह भी पता चला है कि ब्रह्मांडीय किरणों के दो अलग-अलग घटक हैं। इन प्रयोगों से पता चला है कि, औसतन, लेड में ब्रह्मांडीय किरण कणों की ऊर्जा हानि सैद्धांतिक रूप से गणना की गई टक्कर हानि के समान परिमाण के क्रम की थी, इनमें से कुछ कणों ने बहुत अधिक नुकसान का अनुभव किया।

1934 में बेथे और हिटलर ने इलेक्ट्रॉनों के विकिरण हानि और फोटॉन द्वारा जोड़े के उत्पादन के सिद्धांत को प्रकाशित किया। एंडरसन और नेडेमेयर द्वारा देखे गए कम मर्मज्ञ घटक के गुण बेथे और हेटलर के सिद्धांत द्वारा अनुमानित इलेक्ट्रॉनों के गुणों के अनुरूप थे; उसी समय, विकिरण प्रक्रियाओं के लिए बड़े नुकसान को जिम्मेदार ठहराया गया था। रॉसी द्वारा खोजे गए शावर-जनरेटिंग विकिरण के गुणों को भी इस धारणा पर समझाया जा सकता है कि इस विकिरण में उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन और फोटॉन होते हैं। दूसरी ओर, बेथे और हिटलर के सिद्धांत की वैधता को स्वीकार करते हुए, किसी को यह निष्कर्ष निकालना पड़ा कि रॉसी के प्रयोगों में "मर्मज्ञ" कण और एंडरसन और नेडेमेयर के प्रयोगों में कम अवशोषित कण इलेक्ट्रॉनों से भिन्न होते हैं। मुझे यह मानना पड़ा कि मर्मज्ञ कण इलेक्ट्रॉनों की तुलना में भारी होते हैं, क्योंकि सिद्धांत के अनुसार, विकिरण के कारण होने वाली ऊर्जा हानि द्रव्यमान के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है

इस संबंध में, उच्च ऊर्जाओं पर विकिरण के सिद्धांत के पतन की संभावना पर चर्चा की गई। वैकल्पिक रूप से, विलियम्स ने 1934 में सुझाव दिया कि कॉस्मिक किरणों के मर्मज्ञ कणों में एक प्रोटॉन का द्रव्यमान हो सकता है। इस परिकल्पना से जुड़ी कठिनाइयों में से एक न केवल सकारात्मक, बल्कि नकारात्मक प्रोटॉन के अस्तित्व की आवश्यकता थी, क्योंकि विल्सन कक्ष के प्रयोगों से पता चला है कि ब्रह्मांडीय किरणों के मर्मज्ञ कणों में दोनों संकेतों के आरोप हैं। इसके अलावा, विल्सन कैमरे में एंडरसन और नेडेमेयर द्वारा ली गई कुछ तस्वीरों में, कोई ऐसे कण देख सकता था जो इलेक्ट्रॉनों की तरह उत्सर्जित नहीं होते थे, लेकिन, हालांकि, प्रोटॉन के रूप में भारी नहीं थे। इस प्रकार, 1936 के अंत तक यह लगभग स्पष्ट हो गया कि ब्रह्मांडीय किरणों में, इलेक्ट्रॉनों के अलावा, एक अज्ञात प्रकार के कण भी होते हैं, संभवतः एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान और एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बीच एक द्रव्यमान मध्यवर्ती के साथ कण। यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि 1935 में, विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक विचारों से, युकावा ने ऐसे कणों के अस्तित्व की भविष्यवाणी की थी

मध्यवर्ती द्रव्यमान वाले कणों का अस्तित्व सीधे तौर पर 1937 में नेडेमेयर और एंडरसन, स्ट्रीट और स्टीवेन्सन के प्रयोगों द्वारा सिद्ध किया गया था।

नेडेमेयर और एंडरसन के प्रयोग ब्रह्मांडीय किरण कणों की ऊर्जा हानि पर उपर्युक्त अध्ययनों की निरंतरता (एक बेहतर कार्यप्रणाली के साथ) थे। उन्हें चुंबकीय क्षेत्र में रखे विल्सन कक्ष में ले जाया गया और 1 सेमी मोटी प्लेटिनम प्लेट द्वारा दो हिस्सों में विभाजित किया गया। व्यक्तिगत ब्रह्मांडीय किरण कणों के लिए गति के नुकसान को प्लेट के पहले और बाद में वेक वक्रता को मापकर निर्धारित किया गया था।

अवशोषित कणों की व्याख्या आसानी से इलेक्ट्रॉनों के रूप में की जा सकती है। यह व्याख्या इस तथ्य से समर्थित है कि अवशोषित कण, मर्मज्ञ के विपरीत, अक्सर प्लैटिनम अवशोषक में माध्यमिक प्रक्रियाओं का कारण बनते हैं और ज्यादातर समूहों (दो या अधिक) में पाए जाते हैं। यह वही है जिसकी अपेक्षा की जानी चाहिए, क्योंकि प्रयोग के समान ज्यामिति में देखे गए कई इलेक्ट्रॉन, जैसे कि नेडडेमेयर और एंडरसन में, आसपास के पदार्थ में बनने वाली वर्षा का हिस्सा हैं। मर्मज्ञ कणों की प्रकृति के लिए, नेडडेमेयर और एंडरसन द्वारा प्राप्त निम्नलिखित दो परिणामों द्वारा यहां बहुत कुछ समझाया गया था

१) । इस तथ्य के बावजूद कि अवशोषित कण कम गति मूल्यों पर अपेक्षाकृत अधिक सामान्य होते हैं, और मर्मज्ञ कण, इसके विपरीत (बड़े गति मूल्यों पर अधिक बार), एक गति अंतराल होता है जिसमें अवशोषित और मर्मज्ञ दोनों कणों का प्रतिनिधित्व किया जाता है। इस प्रकार, इन दो प्रकार के कणों के व्यवहार में अंतर को ऊर्जाओं में अंतर के लिए जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता है। यह परिणाम उच्च ऊर्जा पर विकिरण के सिद्धांत की अनुचितता द्वारा उनके व्यवहार की व्याख्या करते हुए, मर्मज्ञ कणों को इलेक्ट्रॉनों के रूप में मानने की संभावना को बाहर करता है

2))। 200 MeV / s से कम गति वाले मर्मज्ञ कणों की एक निश्चित संख्या होती है, जो न्यूनतम आयनीकरण वक्र के पास एक एकल आवेशित कण की तुलना में अधिक आयनीकरण उत्पन्न नहीं करते हैं। इसका मतलब यह है कि कॉस्मिक किरणों के मर्मज्ञ कण प्रोटॉन की तुलना में बहुत हल्के होते हैं, क्योंकि 200 MeV / s से कम की गति वाला एक प्रोटॉन एक विशिष्ट आयनीकरण उत्पन्न करता है जो न्यूनतम से लगभग 10 गुना अधिक होता है।

स्ट्रीट और स्टीवेन्सन ने एक साथ गति और विशिष्ट आयनीकरण को मापकर ब्रह्मांडीय किरण कणों के द्रव्यमान का सीधे अनुमान लगाने का प्रयास किया। उन्होंने एक विल्सन चैंबर का इस्तेमाल किया, जिसे एक संयोग-विरोधी गीजर-मुलर काउंटर सिस्टम द्वारा नियंत्रित किया गया था। इसने अपने रन के अंत के करीब कणों का चयन हासिल किया। कैमरे को ३५०० गॉस चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया था; कैमरा लगभग 1 सेकंड की देरी से चालू हुआ, जिससे बूंदों को गिनना संभव हो गया। बड़ी संख्या में तस्वीरों में, स्ट्रीट और स्टीफेंसन ने अत्यधिक रुचि में से एक पाया।

यह तस्वीर 29 MeV/s के संवेग वाले एक कण के निशान को दिखाती है, जिसका आयनीकरण न्यूनतम से लगभग छह गुना है। नीचे की ओर बढ़ने पर इस कण पर ऋणात्मक आवेश होता है। संवेग और विशिष्ट आयनीकरण को देखते हुए, इसका द्रव्यमान लगभग 175 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के बराबर हो जाता है; 25% की संभावित त्रुटि विशिष्ट आयनीकरण माप की अशुद्धि के कारण है। ध्यान दें कि 29 MeV / s की गति वाले इलेक्ट्रॉन में व्यावहारिक रूप से न्यूनतम आयनीकरण होता है। दूसरी ओर, इस तरह के संवेग और प्रोटॉन द्रव्यमान वाले कणों (या तो एक सामान्य प्रोटॉन ऊपर की ओर बढ़ रहा है, या एक नकारात्मक प्रोटॉन नीचे की ओर बढ़ रहा है) में विशिष्ट आयनीकरण होता है, जो न्यूनतम से लगभग 200 गुना अधिक होता है; इसके अलावा, कक्ष के गैस में ऐसे प्रोटॉन की सीमा 1 सेमी से कम होनी चाहिए। उसी समय, विचाराधीन निशान 7 सेमी के लिए स्पष्ट रूप से दिखाई देता है, जिसके बाद यह प्रबुद्ध मात्रा छोड़ देता है

ऊपर वर्णित प्रयोगों ने निश्चित रूप से साबित कर दिया है कि मर्मज्ञ कण वास्तव में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में भारी होते हैं, लेकिन प्रोटॉन की तुलना में हल्के होते हैं। इसके अलावा, स्ट्रीट और स्टीवेन्सन के प्रयोग ने इस नए कण के द्रव्यमान का पहला मोटा अनुमान दिया, जिसे अब हम इसका सामान्य नाम कह सकते हैं - मेसन

इसलिए 1936 में ए. एंडरसन और एस. नेडरमीयर ने म्यूऑन (μ-मेसन) की खोज की। यह कण केवल इलेक्ट्रॉन से अपने द्रव्यमान में भिन्न होता है, जो इलेक्ट्रॉन से लगभग 200 गुना अधिक होता है

1947 में। पॉवेल ने फोटोग्राफिक इमल्शन में आवेशित कणों के निशान देखे, जिनकी व्याख्या युकावा मेसन के रूप में की गई थी और जिन्हें -मेसन या पियोन कहा जाता था। आवेशित पियोन के क्षय उत्पाद, जो आवेशित कण भी होते हैं, μ-मेसन या म्यूऑन कहलाते हैं। यह ठीक नकारात्मक म्यूऑन हैं जो कॉनवर्सी के प्रयोगों में देखे गए थे: पियोन के विपरीत, म्यूऑन, इलेक्ट्रॉनों की तरह, परमाणु नाभिक के साथ दृढ़ता से बातचीत नहीं करते हैं

चूंकि रुके हुए पियोन के क्षय के दौरान, एक कड़ाई से परिभाषित ऊर्जा के म्यूऑन हमेशा बनते थे, इसके बाद से μ तक संक्रमण के दौरान एक और तटस्थ कण बनना चाहिए (इसका द्रव्यमान शून्य के बहुत करीब निकला)। दूसरी ओर, यह कण व्यावहारिक रूप से पदार्थ के साथ बातचीत नहीं करता है, इसलिए यह निष्कर्ष निकाला गया कि यह एक फोटान नहीं हो सकता। इस प्रकार, भौतिकविदों का सामना एक नए तटस्थ कण से होता है, जिसका द्रव्यमान शून्य के बराबर होता है

तो, चार्ज किए गए युकावा मेसन की खोज की गई, जो एक म्यूऑन और न्यूट्रिनो में क्षय हो रहा था। इस क्षय के सापेक्ष π-मेसन जीवनकाल 2 · 10 -8 s निकला। तब यह पता चला कि म्यूऑन भी अस्थिर है, इसके क्षय के परिणामस्वरूप एक इलेक्ट्रॉन बनता है। म्यूऑन का जीवनकाल 10 -6 s के क्रम का निकला। चूंकि म्यूऑन क्षय के दौरान उत्पन्न इलेक्ट्रॉन में कड़ाई से परिभाषित ऊर्जा नहीं होती है, इसलिए यह निष्कर्ष निकाला गया कि, इलेक्ट्रॉन के साथ, म्यूऑन क्षय के दौरान दो न्यूट्रिनो बनते हैं।

न्युट्रीनो

न्यूट्रिनो की खोज, एक कण जो लगभग पदार्थ के साथ बातचीत नहीं करता है, डब्ल्यू। पाउली (1930) के एक सैद्धांतिक अनुमान से उत्पन्न होता है, जिसने इस तरह के एक कण के जन्म की धारणा के कारण कठिनाइयों को खत्म करना संभव बना दिया। रेडियोधर्मी नाभिक के बीटा क्षय की प्रक्रियाओं में ऊर्जा संरक्षण का नियम। न्यूट्रिनो के अस्तित्व की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि केवल 1953 में हुई थी (एफ. रेइन्स और सी. कोवेन, यूएसए)

नाभिक के β-क्षय के दौरान, जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, इलेक्ट्रॉनों के अलावा, न्यूट्रिनो भी उत्सर्जित होते हैं। इस कण को पहले सैद्धांतिक रूप से भौतिकी में "पेश" किया गया था। यह न्यूट्रिनो का अस्तित्व था जिसे पाउली ने अपनी प्रयोगात्मक खोज (1956) से कई साल पहले 1929 में प्रतिपादित किया था। पाउली को परमाणु नाभिक के β-क्षय की प्रक्रिया में ऊर्जा के संरक्षण के नियम को बचाने के लिए शून्य (या नगण्य) द्रव्यमान वाले न्यूट्रिनो तटस्थ कण की आवश्यकता थी

पाउली ने मूल रूप से नाभिक के β-क्षय द्वारा उत्पन्न काल्पनिक तटस्थ कण को न्यूट्रॉन कहा था (यह चाडविक की खोज से पहले था) और सुझाव दिया कि यह नाभिक का हिस्सा है

न्यूट्रॉन क्षय के कार्य में गठित न्यूट्रिनो की परिकल्पना पर आना कितना मुश्किल था, कम से कम इस तथ्य से देखा जा सकता है कि कमजोर बातचीत के गुणों पर फर्मी के मौलिक लेख की उपस्थिति से ठीक एक साल पहले, शोधकर्ता, बोल रहा था परमाणु परमाणु भौतिकी की वर्तमान स्थिति पर, दो कणों को निरूपित करने के लिए "न्यूट्रॉन" शब्द का इस्तेमाल किया, जिन्हें अब न्यूट्रॉन और न्यूट्रिनो कहा जाता है। "उदाहरण के लिए, पॉली के प्रस्ताव के अनुसार," फर्मी कहते हैं, "यह कल्पना करना संभव होगा कि परमाणु नाभिक के अंदर न्यूट्रॉन होते हैं जो एक साथ β-कणों के साथ उत्सर्जित होंगे। ये न्यूट्रॉन पदार्थ की बड़ी परतों से होकर गुजर सकते हैं, व्यावहारिक रूप से अपनी ऊर्जा खोए बिना, और इसलिए व्यावहारिक रूप से अप्राप्य होंगे। एक न्यूट्रॉन का अस्तित्व, निस्संदेह, कुछ अब तक समझ में नहीं आने वाले प्रश्नों की व्याख्या कर सकता है, जैसे कि परमाणु नाभिक के आँकड़े, कुछ नाभिकों के विषम eigenmoments, और शायद, मर्मज्ञ विकिरण की प्रकृति। " दरअसल, जब β-इलेक्ट्रॉनों के साथ उत्सर्जित और पदार्थ द्वारा खराब अवशोषित कण की बात आती है, तो न्यूट्रिनो को ध्यान में रखना आवश्यक है। यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि 1932 में न्यूट्रॉन और न्यूट्रिनो की समस्याएँ अत्यधिक भ्रमित थीं। सिद्धांतकारों और प्रयोगकर्ताओं द्वारा मौलिक और शब्दावली दोनों कठिनाइयों को हल करने में एक वर्ष का कठिन परिश्रम लगा।

"न्यूट्रॉन की खोज के बाद," पाउली ने कहा, "रोम में सेमिनारों में, फर्मी ने मेरे नए कण को भारी न्यूट्रॉन से अलग करने के लिए, β-क्षय, "न्यूट्रिनो" द्वारा उत्सर्जित करना शुरू कर दिया। यह इतालवी नाम आम तौर पर स्वीकृत हो गया है।"

1930 के दशक में, फर्मी के सिद्धांत को पॉज़िट्रॉन क्षय (विक, 1934) और नाभिक के कोणीय गति में परिवर्तन के साथ संक्रमण के लिए सामान्यीकृत किया गया था (गामो और टेलर, 1937)

न्यूट्रिनो के "भाग्य" की तुलना एक इलेक्ट्रॉन के "भाग्य" से की जा सकती है। दोनों कण शुरू में काल्पनिक थे - इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों के अनुसार पदार्थ की परमाणु संरचना लाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन पेश किया गया था, और न्यूट्रिनो - β-क्षय की प्रक्रिया में ऊर्जा के संरक्षण के कानून को बचाने के लिए। और बहुत बाद में उन्हें वास्तविक के रूप में खोजा गया

विचित्रता से आकर्षण तक

अजीब कणों की खोज

1947 में, बटलर और रोचेस्टर ने विल्सन कक्ष में दो कणों का अवलोकन किया, जिन्हें V कण कहा जाता है। दो ट्रैक देखे गए, जैसे कि लैटिन अक्षर V बना रहे हों। दो पटरियों के गठन ने संकेत दिया कि कण अस्थिर हैं और दूसरे, हल्के वाले में क्षय हो जाते हैं। V-कणों में से एक उदासीन था और विपरीत आवेश वाले दो आवेशित कणों में विघटित हो गया था। (बाद में इसे न्यूट्रल के-मेसन से पहचाना गया, जो सकारात्मक और नकारात्मक पियॉन में बदल जाता है)। दूसरे को आवेशित किया गया और कम द्रव्यमान वाले आवेशित कण और एक तटस्थ कण में विघटित हो गया। (बाद में उसकी पहचान एक आवेशित K + मेसन के साथ हुई, जो आवेशित और तटस्थ पियोन में बदल जाता है)

वी-कण पहली नज़र में, एक और व्याख्या स्वीकार करते हैं: उनकी उपस्थिति की व्याख्या कणों के क्षय के रूप में नहीं, बल्कि एक बिखरने की प्रक्रिया के रूप में की जा सकती है। दरअसल, अंतिम अवस्था में एक आवेशित कण के गठन के साथ एक नाभिक पर एक आवेशित कण के बिखरने की प्रक्रिया, साथ ही दो आवेशित कणों के निर्माण के साथ एक नाभिक पर एक तटस्थ कण के अकुशल प्रकीर्णन की प्रक्रिया विल्सन में दिखेगी। कक्ष उसी तरह से V कणों के क्षय के रूप में। लेकिन इस तरह की संभावना को इस आधार पर आसानी से खारिज कर दिया गया था कि सघन मीडिया में बिखरने की प्रक्रिया अधिक संभावित है। और वी-घटनाओं को सीसा में नहीं देखा गया, जो विल्सन कक्ष में मौजूद था, लेकिन सीधे कक्ष में ही, जो कम घनत्व वाली गैस से भरा होता है (सीसा के घनत्व की तुलना में)

ध्यान दें कि यदि -मेसन की प्रायोगिक खोज कुछ अर्थों में "अपेक्षित" थी, तो न्यूक्लियॉन इंटरैक्शन की प्रकृति की व्याख्या करने की आवश्यकता के संबंध में, तो वी-कणों की खोज, जैसे म्यूऑन की खोज, निकली एक पूर्ण आश्चर्य

वी-कणों की खोज और उनकी सबसे "प्राथमिक" विशेषताओं के निर्धारण में एक दशक से अधिक समय लगा। 1947 में इन कणों के पहले अवलोकन के बाद। रोचेस्टर और बटलर ने दो और वर्षों तक अपने प्रयोग जारी रखे, लेकिन वे एक भी कण का निरीक्षण करने में विफल रहे। और उपकरण को पहाड़ों में ऊंचा उठाने के बाद ही, वी-कणों की फिर से खोज की गई, और नए कणों की भी खोज की गई।

जैसा कि बाद में पता चला, ये सभी अवलोकन एक ही कण के विभिन्न क्षयों के अवलोकन के रूप में निकले - K-मेसन (आवेशित या तटस्थ)

जन्म के समय वी-कणों का "व्यवहार" और उसके बाद के क्षय ने इस तथ्य को जन्म दिया कि उन्हें अजीब कहा जाने लगा

प्रयोगशाला में अजीब कण पहली बार 1954 में प्राप्त किए गए थे। फाउलर, शट, थार्नडाइक और व्हाइटमोर, जिन्होंने 1.5 GeV की प्रारंभिक ऊर्जा के साथ ब्रुकहेवन कॉस्मोट्रॉन से आयनों के एक बीम का उपयोग करते हुए, अजीब कणों के साहचर्य गठन की प्रतिक्रियाओं का अवलोकन किया।

50 के दशक की शुरुआत से। प्राथमिक कणों के अध्ययन के लिए त्वरक मुख्य उपकरण बन गए हैं। 70 के दशक में। त्वरक में त्वरित कणों की ऊर्जा दसियों और सैकड़ों अरबों इलेक्ट्रॉन वोल्ट (GeV) के बराबर होती है। कणों की ऊर्जा को बढ़ाने की इच्छा इस तथ्य के कारण है कि उच्च ऊर्जाएं कम दूरी पर पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने की संभावना को खोलती हैं, टकराने वाले कणों की ऊर्जा जितनी अधिक होती है। त्वरक ने नए डेटा प्राप्त करने की दर में काफी वृद्धि की है और कुछ ही समय में माइक्रोवर्ल्ड के गुणों के बारे में हमारे ज्ञान का विस्तार और समृद्ध किया है। अजीब कणों का अध्ययन करने के लिए त्वरक के उपयोग ने उनके गुणों, विशेष रूप से उनके क्षय की विशेषताओं का अधिक विस्तार से अध्ययन करना संभव बना दिया, और जल्द ही एक महत्वपूर्ण खोज हुई: ऑपरेशन के दौरान कुछ माइक्रोप्रोसेस की विशेषताओं को बदलने की संभावना का स्पष्टीकरण दर्पण प्रतिबिंब का - तथाकथित। रिक्त स्थान का उल्लंघन, समता (1956)। अरबों इलेक्ट्रॉन वोल्ट की ऊर्जा के साथ प्रोटॉन त्वरक के कमीशन ने भारी एंटीपार्टिकल्स की खोज करना संभव बना दिया: एंटीप्रोटॉन (1955), एंटीन्यूट्रॉन (1956), एंटीसिग्मा हाइपरॉन (1960)। 1964 में, सबसे भारी हाइपरॉन W- (लगभग दो प्रोटॉन द्रव्यमान के द्रव्यमान के साथ) की खोज की गई थी

अनुनाद।

1960 के दशक में। त्वरक पर, बड़ी संख्या में अत्यंत अस्थिर (अन्य अस्थिर प्राथमिक कणों की तुलना में) कणों की खोज की गई, जिन्हें "अनुनाद" कहा जाता था। अधिकांश अनुनादों का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है। उनमें से पहला, D1 (1232), 1953 से जाना जाता है। यह पता चला है कि अनुनाद प्राथमिक कणों का बड़ा हिस्सा बनाते हैं

एक राज्य में -मेसन और न्यूक्लियॉन की मजबूत बातचीत 3/2 के कुल समस्थानिक स्पिन और 3/2 के क्षण के साथ न्यूक्लियॉन में एक उत्तेजित अवस्था की उपस्थिति की ओर ले जाती है। बहुत ही कम समय (लगभग 10 -23 सेकेंड) के भीतर यह अवस्था एक न्यूक्लियॉन और π-मेसन में क्षय हो जाती है। चूँकि इस अवस्था में स्थिर प्राथमिक कणों की तरह काफी निश्चित क्वांटम संख्याएँ होती हैं, इसलिए इसे कण कहना स्वाभाविक था। इस राज्य के बहुत कम जीवनकाल पर जोर देने के लिए, इसे और इसी तरह की अल्पकालिक अवस्थाओं को अनुनाद कहा जाता था।

1952 में फर्मी द्वारा खोजे गए न्यूक्लियॉन अनुनाद को बाद में 3/2 3/2 आइसोबार कहा गया (इस तथ्य को उजागर करने के लिए कि Δ आइसोबार के स्पिन और समस्थानिक स्पिन 3/2 हैं)। चूंकि अनुनादों का जीवनकाल महत्वहीन है, इसलिए उन्हें सीधे नहीं देखा जा सकता है, इसी तरह "साधारण" प्रोटॉन, π-मेसन और म्यूऑन कैसे देखे जाते हैं (ट्रैक उपकरणों में उनके ट्रैक के बाद)। कणों के बिखरने वाले क्रॉस सेक्शन के विशिष्ट व्यवहार के साथ-साथ उनके क्षय उत्पादों के गुणों का अध्ययन करके अनुनादों की खोज की जाती है। अधिकांश ज्ञात प्राथमिक कण ठीक-ठीक प्रतिध्वनि के समूह से संबंधित हैं

प्राथमिक कणों के भौतिकी के लिए -अनुनाद की खोज का बहुत महत्व था

ध्यान दें कि उत्तेजित अवस्थाएँ या प्रतिध्वनि भौतिकी की पूरी तरह से नई वस्तु नहीं हैं। वे पहले परमाणु और परमाणु भौतिकी में जाने जाते थे, जहाँ उनका अस्तित्व परमाणु की समग्र प्रकृति (एक नाभिक और इलेक्ट्रॉनों से निर्मित) और एक नाभिक (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से निर्मित) से जुड़ा होता है। परमाणु राज्यों के गुणों के लिए, वे केवल विद्युत चुम्बकीय संपर्क द्वारा निर्धारित होते हैं। उनके क्षय की कम संभावनाएं विद्युत चुम्बकीय संपर्क स्थिरांक की छोटीता से जुड़ी हैं

उत्साहित राज्य न केवल न्यूक्लियॉन के लिए मौजूद हैं (इस मामले में, वे इसकी समदाब रेखीय अवस्थाओं की बात करते हैं), बल्कि π-मेसन के लिए भी (इस मामले में, वे मेसन प्रतिध्वनि की बात करते हैं)

फेनमैन लिखते हैं, "मजबूत बातचीत में अनुनादों की उपस्थिति का कारण स्पष्ट नहीं है। "पहले, सिद्धांतकारों ने यह भी नहीं माना कि क्षेत्र सिद्धांत में बड़े युग्मन स्थिरांक के साथ अनुनाद मौजूद हैं। बाद में उन्होंने महसूस किया कि यदि अंतःक्रिया स्थिरांक काफी बड़ा है, तो समदाब रेखीय अवस्थाएँ उत्पन्न होती हैं। हालांकि, मौलिक सिद्धांत के लिए प्रतिध्वनि के अस्तित्व के तथ्य का सही अर्थ अस्पष्ट है "

"मंत्रमुग्ध" कण

1974 के अंत में। प्रयोगकर्ताओं के दो समूहों (ब्रुकहेवन में प्रोटॉन त्वरक पर टिंग का समूह और बी। रिक्टर का समूह, जिन्होंने स्टैनफोर्ड में टकराने वाले इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन बीम के साथ स्थापना पर काम किया) ने एक साथ प्राथमिक कण भौतिकी में एक महत्वपूर्ण खोज की: उन्होंने एक नए कण की खोज की - प्रतिध्वनि 3.1 GeV के बराबर द्रव्यमान के साथ (तीन प्रोटॉन द्रव्यमान से अधिक)

इस अनुनाद की सबसे आश्चर्यजनक संपत्ति इसकी छोटी क्षय चौड़ाई थी - यह केवल 70 केवी है, जो 10 -23 एस के क्रम के जीवनकाल से मेल खाती है

-मेसन की प्रकृति की आम तौर पर स्वीकृत व्याख्या, चौथे, सी-क्वार्क के "मानक" तीन यू -, डी - और एस-क्वार्क के साथ, अस्तित्व की परिकल्पना पर आधारित है। सी-क्वार्क पहले से ज्ञात क्वार्क से एक नई क्वांटम संख्या के मूल्य से भिन्न होता है जिसे आकर्षण कहा जाता है। इसलिए, सी-क्वार्क को चार्म - या चार्म्ड - क्वार्क कहा जाता है

१९७४ में, अन्य बड़े पैमाने पर (३-४ प्रोटॉन द्रव्यमान) और साथ ही अपेक्षाकृत स्थिर y-कणों की खोज की गई थी, जिनका जीवनकाल असामान्य रूप से प्रतिध्वनि के लिए लंबा था। वे प्राथमिक कणों के एक नए परिवार से निकटता से जुड़े हुए थे - "आकर्षक", जिसके पहले प्रतिनिधि (D0, D +, Lс) 1976 में खोजे गए थे। 1975 में, एक भारी एनालॉग के अस्तित्व के बारे में पहली जानकारी एक इलेक्ट्रॉन और एक म्यूऑन (भारी लेप्टान टी) प्राप्त किया गया था

-कणों की खोज के लिए टिंग और रिक्टर को 1976 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था

1977 में। भारी (ψ-कणों की तुलना में) 10 GeV कोटि के द्रव्यमान वाले उदासीन मेसन की खोज की गई, अर्थात्। न्यूक्लियंस से दस गुना अधिक भारी। जैसा कि मेसॉन के मामले में, "अपसिलोन" मेसन कहलाने वाले इन मेसन को प्रोटॉन-न्यूक्लियर टकरावों में म्यूऑन जोड़ी के गठन की प्रतिक्रिया में देखा गया था।

निष्कर्ष

इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन की खोज के बाद के वर्षों में, पदार्थ के विभिन्न सूक्ष्म कणों की एक बड़ी संख्या की पहचान की गई है। सभी प्राथमिक कणों को अत्यंत छोटे आकार की विशेषता होती है: एक न्यूक्लियॉन और एक पायन के रैखिक आकार लगभग 10 -15 मीटर के बराबर होते हैं। सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि एक इलेक्ट्रॉन का आकार 10 -19 मीटर के क्रम का होना चाहिए।

कणों के भारी बहुमत का द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है, जो ऊर्जा इकाइयों में 1 GeV (1000 MeV) के करीब होता है।

प्राथमिक कणों की दुनिया काफी जटिल निकली। खोजे गए प्राथमिक कणों के गुण कई मायनों में अप्रत्याशित निकले। उनका वर्णन करने के लिए, शास्त्रीय भौतिकी से उधार ली गई विशेषताओं के अलावा, जैसे कि विद्युत आवेश, द्रव्यमान, कोणीय गति, कई नई विशेष विशेषताओं को पेश करना आवश्यक था, विशेष रूप से, अजीब प्राथमिक कणों का वर्णन करने के लिए - विचित्रता (के। निशिजिमा, एम। गेल-मैन , 1953), "आकर्षक" प्राथमिक कण - "आकर्षण" (अमेरिकी भौतिक विज्ञानी जे। ब्योर्केन, एस। ग्लासो, 1964); पहले से ही दी गई विशेषताओं के नाम उनके द्वारा वर्णित प्राथमिक कणों के असामान्य गुणों को दर्शाते हैं

पदार्थ की आंतरिक संरचना और प्राथमिक कणों के गुणों का अध्ययन इसके पहले चरणों से कई अच्छी तरह से स्थापित अवधारणाओं और अवधारणाओं के एक क्रांतिकारी संशोधन के साथ किया गया था। छोटे में पदार्थ के व्यवहार को नियंत्रित करने वाले कानून शास्त्रीय यांत्रिकी और इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों से इतने अलग हो गए कि उनके विवरण के लिए उन्हें पूरी तरह से नए सैद्धांतिक निर्माण की आवश्यकता थी। सापेक्षता का विशेष (विशेष) और सामान्य सिद्धांत (ए। आइंस्टीन, 1905 और 1916; सापेक्षता सिद्धांत, गुरुत्वाकर्षण) और क्वांटम यांत्रिकी (1924-27; एन। बोहर, एल। डी ब्रोगली, वी। हाइजेनबर्ग, ई। श्रोडिंगर, एम। । जन्म)। सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांत ने प्रकृति के विज्ञान में एक सच्ची क्रांति को चिह्नित किया और सूक्ष्म जगत की घटनाओं का वर्णन करने के लिए नींव रखी। हालांकि, प्राथमिक कणों के साथ होने वाली प्रक्रियाओं का वर्णन करने के लिए, क्वांटम यांत्रिकी अपर्याप्त साबित हुई। अगले चरण की आवश्यकता थी - शास्त्रीय क्षेत्रों का परिमाणीकरण (तथाकथित द्वितीयक परिमाणीकरण) और क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत का विकास। इसके विकास में सबसे महत्वपूर्ण चरण थे: क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स का निर्माण (पी। डिराक, 1929), बी-क्षय का क्वांटम सिद्धांत (ई। फर्मी, 1934), जिसने कमजोर बातचीत के आधुनिक सिद्धांत की नींव रखी, क्वांटम मेसोडायनामिक्स (युकावा, 1935)। उत्तरार्द्ध का तत्काल पूर्ववर्ती तथाकथित था। परमाणु बलों का बी-सिद्धांत (आई। ई। टैम, डी। डी। इवानेंको, 1934; मजबूत बातचीत)। यह अवधि क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (एस। टोमोनागा, आर। फेनमैन, जे। श्विंगर; 1944-49) के एक सुसंगत कंप्यूटिंग उपकरण के निर्माण के साथ समाप्त हुई, जो कि रीनॉर्मलाइजेशन तकनीक (क्वांटम फील्ड थ्योरी) के उपयोग पर आधारित है। इस तकनीक को बाद में क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के अन्य संस्करणों पर लागू करने के लिए सामान्यीकृत किया गया।

क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत का विकास और सुधार जारी है और यह प्राथमिक कणों की बातचीत का वर्णन करने का आधार है। इस सिद्धांत में कई महत्वपूर्ण सफलताएँ हैं, और फिर भी यह अभी भी पूर्णता से बहुत दूर है और प्राथमिक कणों का एक व्यापक सिद्धांत होने का दिखावा नहीं कर सकता है। प्राथमिक कणों के कई गुणों की उत्पत्ति और अंतर्निहित उनकी बातचीत की प्रकृति काफी हद तक अस्पष्ट है। शायद, प्राथमिक कणों के सिद्धांत के निर्माण से पहले सभी अवधारणाओं के एक से अधिक पुनर्गठन और माइक्रोपार्टिकल्स के गुणों और अंतरिक्ष-समय के ज्यामितीय गुणों के बीच संबंधों की बहुत गहरी समझ की आवश्यकता होगी।

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यह विचार कि दुनिया मौलिक कणों से बनी है, का एक लंबा इतिहास रहा है। पहली बार, आसपास की सभी वस्तुओं को बनाने वाले सबसे छोटे अदृश्य कणों के अस्तित्व का विचार 400 साल ईसा पूर्व ग्रीक दार्शनिक डेमोक्रिटस द्वारा व्यक्त किया गया था। उन्होंने इन कणों को परमाणु यानि अविभाज्य कण कहा। विज्ञान ने परमाणुओं की अवधारणा का उपयोग 19वीं शताब्दी की शुरुआत में ही शुरू किया था, जब इस आधार पर कई रासायनिक घटनाओं की व्याख्या करना संभव था। एम। फैराडे द्वारा विकसित इलेक्ट्रोलिसिस के सिद्धांत में XIX सदी के 30 के दशक में, एक आयन की अवधारणा दिखाई दी और प्राथमिक आवेश का मापन किया गया। लेकिन लगभग 19वीं शताब्दी के मध्य से ऐसे प्रायोगिक तथ्य सामने आने लगे जो परमाणुओं की अविभाज्यता के विचार पर संदेह करते हैं। इन प्रयोगों के परिणामों ने सुझाव दिया कि परमाणुओं की एक जटिल संरचना होती है और वे विद्युत आवेशित कणों से बने होते हैं। इसकी पुष्टि फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी हेनरी बेकरेल ने की थी, जिन्होंने 1896 में रेडियोधर्मिता की घटना की खोज की थी।

इसके बाद 1897 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी थॉमसन द्वारा पहले प्राथमिक कण की खोज की गई। यह एक इलेक्ट्रॉन था जिसने अंततः एक वास्तविक भौतिक वस्तु का दर्जा प्राप्त कर लिया और मानव जाति के इतिहास में पहला ज्ञात प्राथमिक कण बन गया। इसका द्रव्यमान हाइड्रोजन परमाणु के द्रव्यमान से लगभग 2000 गुना कम है और इसके बराबर है:

मी = 9.11 * 10 ^ (- 31) किग्रा।

एक इलेक्ट्रॉन का ऋणात्मक विद्युत आवेश प्राथमिक कहलाता है और इसके बराबर होता है:

ई = 0.60 * 10 ^ (- 19) सीएल।

परमाणु स्पेक्ट्रा के विश्लेषण से पता चलता है कि इलेक्ट्रॉन स्पिन 1/2 है, और इसका चुंबकीय क्षण एक बोहर मैग्नेटन के बराबर है। इलेक्ट्रॉन फर्मी के आंकड़ों का पालन करते हैं, क्योंकि उनके पास अर्ध-पूर्णांक स्पिन होता है। यह परमाणुओं की संरचना और धातुओं में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार पर प्रयोगात्मक डेटा के अनुरूप है। इलेक्ट्रॉन विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और गुरुत्वाकर्षण परस्पर क्रियाओं में भाग लेते हैं।

दूसरा खुला प्राथमिक कण प्रोटॉन था (ग्रीक से। प्रोटोस - पहला)। इस प्राथमिक कण की खोज 1919 में रदरफोर्ड ने विभिन्न रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के नाभिक के विखंडन के उत्पादों का अध्ययन करते हुए की थी। वस्तुतः, एक प्रोटॉन सबसे हल्के हाइड्रोजन समस्थानिक, प्रोटियम का केंद्रक होता है। प्रोटॉन का घूर्णन 1/2 है। प्रोटॉन में धनात्मक प्राथमिक आवेश + e होता है। इसका द्रव्यमान इसके बराबर है:

मी = 1.67 * 10 ^ (- 27) किग्रा।

या लगभग 1836 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान। प्रोटॉन रासायनिक तत्वों के सभी परमाणुओं के नाभिक का हिस्सा हैं। उसके बाद, 1911 में, रदरफोर्ड ने परमाणु के एक ग्रहीय मॉडल का प्रस्ताव रखा, जिससे वैज्ञानिकों को परमाणुओं की संरचना के आगे के अध्ययन में मदद मिली।

1932 में, जे. चाडविक ने तीसरे प्राथमिक कण, न्यूट्रॉन (लैटिन न्यूटर से - न तो एक और न ही अन्य) की खोज की, जिसमें कोई विद्युत आवेश नहीं है और इसका द्रव्यमान लगभग 1839 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान है। न्यूट्रॉन का प्रचक्रण भी 1/2 होता है।

विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के एक कण के अस्तित्व के बारे में निष्कर्ष - एक फोटॉन - एम। प्लैंक (1900) के काम से उत्पन्न होता है। यह मानते हुए कि एक काले शरीर से विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा मात्राबद्ध है (अर्थात, इसमें क्वांटा होता है), प्लैंक ने विकिरण स्पेक्ट्रम के लिए सही सूत्र प्राप्त किया। प्लैंक के विचार को विकसित करते हुए, ए। आइंस्टीन (1905) ने माना कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण (प्रकाश) वास्तव में व्यक्तिगत क्वांटा (फोटॉन) की एक धारा है, और इस आधार पर उन्होंने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के नियमों की व्याख्या की। 1912-1915 में आर. मिलिकन और 1922 में ए. कॉम्पटन द्वारा फोटॉन के अस्तित्व के लिए प्रत्यक्ष प्रायोगिक साक्ष्य दिए गए थे।

न्यूट्रिनो की खोज, एक ऐसा कण जो लगभग पदार्थ के साथ बातचीत नहीं करता है, 1930 में डब्ल्यू. पाउली के एक सैद्धांतिक अनुमान से मिलता है, जिसने इस तरह के एक कण के जन्म की धारणा के कारण, इसके साथ कठिनाइयों को खत्म करना संभव बना दिया। रेडियोधर्मी नाभिक के बीटा क्षय की प्रक्रियाओं में ऊर्जा संरक्षण का नियम। न्यूट्रिनो के अस्तित्व की पुष्टि केवल 1953 में एफ। रेइन्स और के। कोवेन द्वारा की गई थी।

लेकिन यह केवल कण नहीं हैं जो पदार्थ में निहित हैं। एंटीपार्टिकल्स भी हैं - प्राथमिक कण जिनके समान द्रव्यमान, स्पिन, जीवनकाल और कुछ अन्य आंतरिक विशेषताएं उनके "समकक्ष" -कणों के रूप में होती हैं, लेकिन विद्युत आवेश और चुंबकीय क्षण, बेरियन चार्ज, लेप्टन चार्ज, विचित्रता के संकेतों में कणों से भिन्न होती हैं। , आदि आदि। बिल्कुल तटस्थ को छोड़कर सभी प्राथमिक कणों में उनके एंटीपार्टिकल्स होते हैं।

पहला खुला एंटीपार्टिकल पॉज़िट्रॉन था (लैटिन पॉज़िटिवस से - सकारात्मक) - एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान वाला एक कण, लेकिन एक सकारात्मक विद्युत आवेश। इस एंटीपार्टिकल की खोज अमेरिकी भौतिक विज्ञानी कार्ल डेविड एंडरसन ने 1932 में कॉस्मिक किरणों की संरचना में की थी। दिलचस्प बात यह है कि पॉज़िट्रॉन के अस्तित्व की सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी पॉल डिराक ने प्रायोगिक खोज से लगभग एक साल पहले की थी। इसके अलावा, डिराक ने विनाश (गायब होने) की तथाकथित प्रक्रियाओं और एक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी के निर्माण की भविष्यवाणी की। अपने आप में, एक जोड़ी का विनाश प्राथमिक कणों के परिवर्तनों में से एक है जो तब होता है जब एक कण एक एंटीपार्टिकल से टकराता है। विनाश के दौरान, एक कण और एक एंटीपार्टिकल गायब हो जाते हैं, अन्य कणों में बदल जाते हैं, जिनकी संख्या और प्रकार संरक्षण कानूनों द्वारा सीमित होते हैं। विनाश की विपरीत प्रक्रिया एक जोड़े का जन्म है। पॉज़िट्रॉन स्वयं स्थिर है, लेकिन पदार्थ में, इलेक्ट्रॉनों के साथ विनाश के कारण, यह बहुत कम समय के लिए मौजूद है। एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन का विनाश इस तथ्य में निहित है कि जब वे मिलते हैं, तो वे गायब हो जाते हैं, γ- क्वांटा (फोटॉन)। और टक्कर में γ- क्वांटम, कुछ बड़े नाभिक के साथ, एक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी बनाई जाती है।

1955 में, एक और एंटीपार्टिकल की खोज की गई - एक एंटीप्रोटॉन, और थोड़ी देर बाद - एक एंटीन्यूट्रॉन। न्यूट्रॉन की तरह एक एंटीन्यूट्रॉन में विद्युत आवेश नहीं होता है, लेकिन यह निस्संदेह एंटीपार्टिकल्स से संबंधित है, क्योंकि यह विनाश की प्रक्रिया और न्यूट्रॉन-एंटीन्यूट्रॉन जोड़ी के निर्माण में भाग लेता है।

एंटीपार्टिकल्स प्राप्त करने की संभावना ने वैज्ञानिकों को एंटीमैटर बनाने के विचार के लिए प्रेरित किया। एंटीमैटर के परमाणुओं को इस तरह से बनाया जाना चाहिए: एक परमाणु के केंद्र में एक नकारात्मक चार्ज किया गया नाभिक होता है, जिसमें एंटीप्रोटॉन और एंटीन्यूट्रॉन होते हैं, और पॉज़िट्रॉन एक सकारात्मक चार्ज के साथ नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। सामान्य तौर पर, परमाणु भी तटस्थ हो जाता है। इस विचार को शानदार प्रयोगात्मक पुष्टि मिली है। 1969 में, सर्पुखोव शहर में प्रोटॉन त्वरक पर, सोवियत भौतिकविदों ने एंटीहेलियम परमाणुओं के नाभिक प्राप्त किए। इसके अलावा 2002 में, जिनेवा में सीईआरएन त्वरक में 50,000 एंटीहाइड्रोजन परमाणु तैयार किए गए थे। लेकिन, इसके बावजूद ब्रह्मांड में एंटीमैटर के संचय की खोज अभी तक नहीं हो पाई है। यह भी स्पष्ट हो जाता है कि किसी भी पदार्थ के साथ एंटीमैटर की थोड़ी सी भी बातचीत पर, उनका विनाश हो जाएगा, जो परमाणु नाभिक की ऊर्जा से कई गुना अधिक ऊर्जा की एक बड़ी रिहाई के साथ होगा, जो लोगों और पर्यावरण के लिए बेहद असुरक्षित है।

वर्तमान में, लगभग सभी ज्ञात प्राथमिक कणों के एंटीपार्टिकल्स प्रयोगात्मक रूप से खोजे गए हैं।

प्राथमिक कणों के भौतिकी में एक महत्वपूर्ण भूमिका संरक्षण कानूनों द्वारा निभाई जाती है जो सिस्टम के प्रारंभिक और अंतिम राज्यों की विशेषता वाले मात्राओं के कुछ संयोजनों के बीच समानता स्थापित करते हैं। क्वांटम भौतिकी में संरक्षण कानूनों का शस्त्रागार शास्त्रीय भौतिकी की तुलना में अधिक है। यह विभिन्न समरूपताओं (अंतरिक्ष, आवेश), आवेशों (लेप्टन, बेरियन, आदि) के संरक्षण के नियमों द्वारा पूरक था, एक या दूसरे प्रकार की बातचीत में निहित आंतरिक समरूपता।

व्यक्तिगत उप-परमाणु कणों की विशेषताओं का अलगाव एक महत्वपूर्ण है, लेकिन उनकी दुनिया को समझने का केवल प्रारंभिक चरण है। अगले चरण में, आपको अभी भी यह समझने की आवश्यकता है कि प्रत्येक कण की भूमिका क्या है, इसके कार्य क्या हैं और पदार्थ की संरचना क्या है।

भौतिकविदों ने पाया है कि, सबसे पहले, एक कण के गुण मजबूत बातचीत में भाग लेने के लिए उसकी क्षमता (या अक्षमता) से निर्धारित होते हैं। मजबूत अंतःक्रियाओं में भाग लेने वाले कण एक विशेष वर्ग बनाते हैं और हैड्रॉन कहलाते हैं। कमजोर अंतःक्रिया में भाग लेने वाले और मजबूत में भाग नहीं लेने वाले कणों को लेप्टान कहा जाता है। इसके अलावा, ऐसे कण होते हैं जो परस्पर क्रिया करते हैं।

लेप्टान।

लेप्टान को वास्तव में प्राथमिक कण माना जाता है। हालांकि लेप्टान विद्युत आवेशित हो भी सकते हैं और नहीं भी, इन सभी में स्पिन 1/2 होता है। लेप्टानों में, इलेक्ट्रॉन सबसे अच्छी तरह से जाना जाता है। इलेक्ट्रॉन खोजा जाने वाला पहला प्राथमिक कण है। अन्य सभी लेप्टानों की तरह, इलेक्ट्रॉन, जाहिरा तौर पर, एक प्राथमिक (शब्द के उचित अर्थ में) वस्तु है। जहाँ तक ज्ञात है, इलेक्ट्रॉन में कोई अन्य कण नहीं होते हैं।

एक अन्य प्रसिद्ध लेप्टन न्यूट्रिनो है। न्यूट्रिनो ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले कण हैं। ब्रह्मांड की कल्पना न्यूट्रिनो के एक अंतहीन समुद्र के रूप में की जा सकती है, जिसमें कभी-कभी परमाणुओं के रूप में द्वीप पाए जाते हैं। लेकिन न्यूट्रिनो की इतनी व्यापकता के बावजूद, उनका अध्ययन करना बहुत मुश्किल है। जैसा कि हमने पहले ही नोट किया है, न्यूट्रिनो लगभग मायावी हैं। या तो मजबूत या विद्युत चुम्बकीय बातचीत में भाग नहीं लेते, वे पदार्थ के माध्यम से प्रवेश करते हैं जैसे कि यह बिल्कुल मौजूद नहीं है। न्यूट्रिनो कुछ प्रकार के "भौतिक संसार के भूत" हैं।

ब्रह्मांडीय विकिरण के एक महत्वपूर्ण हिस्से के लिए लेखांकन, मून्स प्रकृति में काफी व्यापक हैं। कई मायनों में, म्यूऑन एक इलेक्ट्रॉन जैसा दिखता है: इसमें एक ही चार्ज और स्पिन होता है, उन इंटरैक्शन में भाग लेता है, लेकिन इसका एक बड़ा द्रव्यमान (लगभग 207 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान) होता है और अस्थिर होता है। एक सेकंड के लगभग दो मिलियनवें हिस्से में, एक म्यूऑन एक इलेक्ट्रॉन और दो न्यूट्रिनो में विघटित हो जाता है। 1970 के दशक के अंत में, एक तीसरे आवेशित लेप्टन की खोज की गई, जिसे ताऊ लेप्टन कहा जाता है। यह बहुत भारी कण है। इसका द्रव्यमान लगभग 3500 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान है। लेकिन अन्य सभी मामलों में यह एक इलेक्ट्रॉन और एक म्यूऑन की तरह व्यवहार करता है।

60 के दशक में, लेप्टान की सूची में काफी विस्तार हुआ। यह पाया गया कि न्यूट्रिनो कई प्रकार के होते हैं: इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो, म्यूओनिक न्यूट्रिनो और ताऊ न्यूट्रिनो। इस प्रकार, न्यूट्रिनो किस्मों की कुल संख्या तीन है, और लेप्टान की कुल संख्या छह है। बेशक, प्रत्येक लेप्टान का अपना एंटीपार्टिकल होता है; इस प्रकार, विभिन्न लेप्टानों की कुल संख्या बारह है। तटस्थ लेप्टान केवल कमजोर अंतःक्रियाओं में भाग लेते हैं; चार्ज - कमजोर और विद्युत चुम्बकीय में। सभी लेप्टान गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रियाओं में भाग लेते हैं, लेकिन मजबूत करने में सक्षम नहीं होते हैं।

हैड्रॉन।

जबकि सिर्फ एक दर्जन से अधिक लेप्टान हैं, सैकड़ों हैड्रॉन हैं। हैड्रॉन की इस तरह की भीड़ से पता चलता है कि हैड्रॉन प्राथमिक कण नहीं हैं, बल्कि छोटे कणों से बने होते हैं। सभी हैड्रॉन दो किस्मों में आते हैं - विद्युत आवेशित और तटस्थ। हैड्रॉन में, सबसे प्रसिद्ध और व्यापक न्यूट्रॉन और प्रोटॉन हैं, जो बदले में न्यूक्लियंस के वर्ग से संबंधित हैं। बाकी हैड्रॉन अल्पकालिक हैं और तेजी से क्षय होते हैं। हैड्रॉन सभी मूलभूत अंतःक्रियाओं में शामिल होते हैं। वे बेरियन और मेसन में विभाजित हैं। बेरियोन में न्यूक्लियॉन और हाइपरॉन शामिल हैं।

न्यूक्लियॉन के बीच परस्पर क्रिया के परमाणु बलों के अस्तित्व की व्याख्या करने के लिए, क्वांटम सिद्धांत को विशेष प्राथमिक कणों के अस्तित्व की आवश्यकता होती है, जिनका द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है, लेकिन प्रोटॉन के द्रव्यमान से कम होता है। क्वांटम सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी किए गए इन कणों को बाद में मेसन कहा गया। प्रयोगात्मक रूप से मेसन की खोज की गई है। वे एक पूरे परिवार के रूप में निकले। वे सभी एक सेकंड के अरबवें हिस्से के लिए स्वतंत्र अवस्था में रहने वाले अल्पकालिक अस्थिर कण निकले। उदाहरण के लिए, एक आवेशित पाई-मेसन या पायन का शेष द्रव्यमान 273 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान और जीवन भर होता है:

टी = 2.6 * 10 ^ (- 8) एस।

इसके अलावा, आवेशित कण त्वरक के अध्ययन में, प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक द्रव्यमान वाले कण पाए गए। इन कणों को हाइपरॉन कहा जाता था। उनमें मेसन से भी अधिक थे। हाइपरॉन के परिवार में शामिल हैं: लैम्ब्डा, सिग्मा, xi और ओमेगा माइनस हाइपरॉन।

अधिकांश ज्ञात हैड्रोन के अस्तित्व और गुणों को त्वरक पर प्रयोगों में स्थापित किया गया था। 1950 और 1960 के दशक में कई अलग-अलग हैड्रॉन की खोज ने भौतिकविदों को हैरान कर दिया। लेकिन समय के साथ, हैड्रॉन को द्रव्यमान, आवेश और स्पिन के अनुसार वर्गीकृत किया जाने लगा। धीरे-धीरे, कमोबेश स्पष्ट तस्वीर बनने लगी। वैज्ञानिक सिद्धांत में हैड्रोन के रहस्य को प्रकट करने के लिए, अनुभवजन्य डेटा की अराजकता को कैसे व्यवस्थित किया जाए, इस पर ठोस विचार सामने आए। यहां निर्णायक कदम 1963 में उठाया गया था, जब क्वार्क का सिद्धांत प्रस्तावित किया गया था।

क्वार्क सिद्धांत।

क्वार्क सिद्धांत हैड्रोन की संरचना का एक सिद्धांत है। इस सिद्धांत के पीछे मूल विचार बहुत सरल है। सभी हैड्रोन छोटे कणों से बने होते हैं जिन्हें क्वार्क कहा जाता है। इसका मतलब है कि क्वार्क हैड्रॉन की तुलना में अधिक प्राथमिक कण हैं। क्वार्क काल्पनिक कण हैं क्योंकि मुक्त अवस्था में नहीं देखा गया। क्वार्कों का बेरियन आवेश 1/3 होता है। उनके पास एक भिन्नात्मक विद्युत आवेश होता है: उनके पास एक आवेश होता है जो कि मौलिक इकाई का -1/3 या +2/3 होता है - इलेक्ट्रॉन आवेश। दो और तीन क्वार्क के संयोजन का कुल चार्ज शून्य या एक हो सकता है। सभी क्वार्क में स्पिन होता है, इसलिए वे फ़र्मियन होते हैं। क्वार्क के सिद्धांत के संस्थापक गेल-मान और ज़्विग ने 60 के दशक में ज्ञात सभी हैड्रॉन को ध्यान में रखते हुए क्वार्क के तीन प्रकार (रंग) पेश किए: यू (ऊपर से - ऊपरी), डी (नीचे से - निचला) और एस (अजीब से - अजीब) ...

क्वार्क एक दूसरे के साथ दो संभावित तरीकों में से एक में संयोजन कर सकते हैं: या तो ट्रिपल या क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े। तुलनात्मक रूप से भारी कण - बेरियन - तीन क्वार्क से बने होते हैं। बेरियनों में सबसे प्रसिद्ध न्यूट्रॉन और प्रोटॉन हैं। क्वार्क के हल्के जोड़े - एंटीक्वार्क मेसन नामक कण बनाते हैं - "मध्यवर्ती कण"। उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन दो यू क्वार्क और एक डी क्वार्क (यूयूडी) से बना होता है, और एक न्यूट्रॉन दो डी क्वार्क और एक यू क्वार्क (यूडीडी) से बना होता है। क्वार्कों के इस "तिकड़ी" को क्षय न करने के लिए, उन्हें धारण करने वाला एक बल, एक प्रकार का "गोंद", आवश्यक है।

यह पता चला कि नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के बीच परिणामी बातचीत क्वार्क के बीच अधिक शक्तिशाली बातचीत का एक अवशिष्ट प्रभाव है। इसने समझाया कि मजबूत बातचीत इतनी कठिन क्यों लगती है। जब एक प्रोटॉन न्यूट्रॉन या किसी अन्य प्रोटॉन से "चिपक जाता है", तो बातचीत में छह क्वार्क शामिल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक अन्य सभी के साथ बातचीत करता है। प्रयास का एक महत्वपूर्ण हिस्सा क्वार्क की तिकड़ी को मजबूती से चिपकाने पर खर्च किया जाता है, और एक छोटा हिस्सा क्वार्क के दो तिकड़ी को एक दूसरे से जोड़ने पर खर्च किया जाता है। लेकिन बाद में यह पता चला कि क्वार्क कमजोर अंतःक्रियाओं में भी भाग लेते हैं। कमजोर अंतःक्रियाएं क्वार्क का रंग बदल सकती हैं। इस प्रकार न्यूट्रॉन का क्षय होता है। न्यूट्रॉन में से एक डी-क्वार्क यू-क्वार्क में बदल जाता है, और अतिरिक्त चार्ज एक साथ पैदा होने वाले इलेक्ट्रॉन को दूर ले जाता है। इसी तरह, स्वाद बदलने से, कमजोर अंतःक्रिया से अन्य हैड्रॉन का क्षय होता है।

तथ्य यह है कि सभी ज्ञात हैड्रॉन तीन मूल कणों के विभिन्न संयोजनों से प्राप्त किए जा सकते हैं, क्वार्क सिद्धांत के लिए एक जीत थी। लेकिन 70 के दशक में, नए हैड्रॉन की खोज की गई (साई कण, अपसिलॉन मेसन, आदि)। इसने क्वार्क के सिद्धांत के पहले संस्करण को झटका दिया, क्योंकि अब इसमें एक भी नए कण के लिए जगह नहीं थी। क्वार्क और उनके एंटीक्वार्क के सभी संभावित संयोजन पहले ही समाप्त हो चुके थे।

तीन नए रंगों को पेश करके समस्या का समाधान किया गया। उन्हें नाम मिला - सी - क्वार्क (आकर्षण - आकर्षण), बी - क्वार्क (नीचे से - नीचे, और अधिक बार सौंदर्य - सौंदर्य, या आकर्षण), और बाद में एक और रंग पेश किया गया - टी (ऊपर से - ऊपर)।

अब तक, मुक्त क्वार्क और एंटीक्वार्क नहीं देखे गए हैं। हालांकि, उनके अस्तित्व की वास्तविकता के बारे में व्यावहारिक रूप से कोई संदेह नहीं है। इसके अलावा, क्वार्कों के बाद "वास्तविक" प्राथमिक कणों की खोज चल रही है - ग्लून्स, जो क्वार्क के बीच बातचीत के वाहक हैं, क्योंकि क्वार्कों को मजबूत अंतःक्रिया द्वारा एक साथ रखा जाता है, और ग्लून्स (रंग आवेश) मजबूत अंतःक्रिया के वाहक होते हैं। प्राथमिक कण भौतिकी का क्षेत्र, जो क्वार्क और ग्लून्स की परस्पर क्रिया का अध्ययन करता है, क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स कहलाता है। चूंकि क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स विद्युत चुम्बकीय संपर्क का सिद्धांत है, इसलिए क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स मजबूत बातचीत का सिद्धांत है। क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स क्वार्क और ग्लून्स के बीच मजबूत बातचीत का एक क्वांटम फील्ड सिद्धांत है, जो उनके बीच आदान-प्रदान द्वारा किया जाता है - ग्लून्स (क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स में फोटॉन के एनालॉग)। फोटॉन के विपरीत, ग्लून्स एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, जो विशेष रूप से क्वार्क और ग्लून्स के बीच बातचीत की ताकत में वृद्धि की ओर जाता है क्योंकि वे एक दूसरे से दूर जाते हैं। यह माना जाता है कि यह वह संपत्ति है जो परमाणु बलों की छोटी दूरी की कार्रवाई और प्रकृति में मुक्त क्वार्क और ग्लून्स की अनुपस्थिति को निर्धारित करती है।

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, हैड्रॉन में एक जटिल आंतरिक संरचना होती है: बेरियन में 3 क्वार्क, मेसन - क्वार्क और एंटीक्वार्क होते हैं।

इस प्रकार, बीसवीं शताब्दी के अंत में वास्तविक प्राथमिक कणों (मौलिक अंतःक्रियाओं के वाहकों की गिनती नहीं) की सबसे संभावित संख्या 48 है। इनमें से: लेप्टान (6x2) = 12 और क्वार्क (6x3) x2 = 36।

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"आधुनिक प्राकृतिक विज्ञान की अवधारणा"

"प्राथमिक कणों की खोज का इतिहास"

विषय

परिचय

इलेक्ट्रॉन
फोटोन
प्रोटोन
न्यूट्रॉन
पोजीट्रान
न्युट्रीनो
अजीब कणों की खोज
"आकर्षक" कण
निष्कर्ष
प्रयुक्त साहित्य की सूची

परिचय

इस शब्द के सटीक अर्थ में प्राथमिक कण प्राथमिक, आगे के अविनाशी कण हैं, जिनमें से, धारणा के अनुसार, सभी पदार्थ होते हैं। आधुनिक भौतिकी में प्राथमिक कणों की अवधारणा में, आदिम तत्वों का विचार जो भौतिक दुनिया के सभी ज्ञात गुणों को निर्धारित करता है, अभिव्यक्ति पाता है, एक ऐसा विचार जो प्राकृतिक विज्ञान के गठन के प्रारंभिक चरणों में उत्पन्न हुआ और हमेशा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता रहा है। इसके विकास में भूमिका।

भौतिकविदों ने परमाणु प्रक्रियाओं के अध्ययन में प्राथमिक कणों के अस्तित्व की खोज की, इसलिए, 20 वीं शताब्दी के मध्य तक, प्राथमिक कण भौतिकी परमाणु भौतिकी की एक शाखा थी। वर्तमान में, प्राथमिक कण भौतिकी और परमाणु भौतिकी निकट हैं, लेकिन भौतिकी की स्वतंत्र शाखाएँ हैं, जो विचाराधीन कई समस्याओं और उपयोग की जाने वाली शोध विधियों की समानता से एकजुट हैं। प्राथमिक कण भौतिकी का मुख्य कार्य प्राथमिक कणों की प्रकृति, गुणों और पारस्परिक परिवर्तनों का अध्ययन है।

सूक्ष्म स्तर पर पदार्थ की संरचना की असतत प्रकृति की स्थापना के साथ निकट संबंध में "प्राथमिक कणों" की अवधारणा का गठन किया गया था। 19 वीं और 20 वीं शताब्दी के मोड़ पर पदार्थ के गुणों के सबसे छोटे वाहक की खोज - अणु और परमाणु - और इस तथ्य की स्थापना कि अणु परमाणुओं से बने होते हैं, सभी ज्ञात पदार्थों को एक परिमित के संयोजन के रूप में वर्णित करने वाला पहला था, यद्यपि बड़े, संरचनात्मक घटकों की संख्या - परमाणु। भविष्य में यौगिक घटक की उपस्थिति का खुलासा परमाणु - इलेक्ट्रॉन और नाभिक, नाभिक की जटिल प्रकृति को स्थापित करते हुए, जो केवल दो प्रकार के कणों (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) से निर्मित हुए, पदार्थ के गुणों को बनाने वाले असतत तत्वों की संख्या को काफी कम कर दिया, और यह मानने का कारण दिया कि पदार्थ के घटक भागों की श्रृंखला असतत संरचनाहीन संरचनाओं में समाप्त होती है - प्राथमिक कण। यह धारणा, आम तौर पर बोलना, ज्ञात तथ्यों का एक एक्सट्रपलेशन है और इसे कड़ाई से प्रमाणित नहीं किया जा सकता है। यह दावा करने के लिए कि दी गई परिभाषा के अर्थ में प्राथमिक कण मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, जिन्हें लंबे समय तक प्राथमिक कण माना जाता था, में एक जटिल संरचना पाई गई। इस संभावना से इंकार नहीं किया जा सकता है कि पदार्थ के संरचनात्मक घटकों का क्रम मौलिक रूप से अनंत है। प्राथमिक कणों का अस्तित्व एक प्रकार का अभिधारणा है, और इसकी वैधता का सत्यापन भौतिकी के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक है।

प्राथमिक कणों की खोज का इतिहास

यह विचार कि दुनिया मौलिक कणों से बनी है, का एक लंबा इतिहास रहा है। पहली बार, आसपास की सभी वस्तुओं को बनाने वाले सबसे छोटे अदृश्य कणों के अस्तित्व का विचार 400 साल ईसा पूर्व ग्रीक दार्शनिक डेमोक्रिटस द्वारा व्यक्त किया गया था। उन्होंने इन कणों को परमाणु यानि अविभाज्य कण कहा। विज्ञान ने परमाणुओं की अवधारणा का उपयोग 19वीं शताब्दी की शुरुआत में ही शुरू किया था, जब इस आधार पर कई रासायनिक घटनाओं की व्याख्या करना संभव था। एम। फैराडे द्वारा विकसित इलेक्ट्रोलिसिस के सिद्धांत में XIX सदी के 30 के दशक में, एक आयन की अवधारणा दिखाई दी और प्राथमिक आवेश का मापन किया गया। १९वीं शताब्दी के अंत में रेडियोधर्मिता की घटना (ए. बेकरेल, १८९६) की खोज के साथ-साथ इलेक्ट्रॉनों (जे. थॉमसन, १८९७) और बी-कणों (ई. रदरफोर्ड, १८९९) की खोज हुई। 1905 में, भौतिकी ने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के क्वांटा की अवधारणा विकसित की - फोटॉन (ए। आइंस्टीन)।

1911 में, परमाणु नाभिक की खोज की गई (ई। रदरफोर्ड) और अंत में यह साबित हो गया कि परमाणुओं की एक जटिल संरचना होती है। 1919 में, रदरफोर्ड ने कई तत्वों के परमाणु नाभिक के विखंडन उत्पादों में प्रोटॉन की खोज की। 1932 में, जे. चाडविक ने न्यूट्रॉन की खोज की। यह स्पष्ट हो गया कि परमाणुओं के नाभिक, स्वयं परमाणुओं की तरह, एक जटिल संरचना है। नाभिक की संरचना का प्रोटॉन-न्यूट्रॉन सिद्धांत उत्पन्न हुआ (डी.डी. इवानेंको और वी। हाइजेनबर्ग)। उसी 1932 में कॉस्मिक किरणों (के. एंडरसन) में एक पॉज़िट्रॉन की खोज की गई थी। पॉज़िट्रॉन एक धनात्मक आवेशित कण होता है जिसका द्रव्यमान समान होता है और इलेक्ट्रॉन के समान (मॉड्यूलो) आवेश होता है। पॉज़िट्रॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी 1928 में पी. डिराक ने की थी। इन वर्षों के दौरान, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के पारस्परिक परिवर्तनों की खोज की गई और जांच की गई, और यह स्पष्ट हो गया कि ये कण भी प्रकृति की अपरिवर्तनीय प्राथमिक "ईंटें" नहीं हैं। 1937 में, ब्रह्मांडीय किरणों में 207 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान वाले कणों, जिन्हें म्यूऑन (एम-मेसन) कहा जाता है, की खोज की गई थी। फिर, 1947-1950 में, पियोन (यानी, पी-मेसन) की खोज की गई, जो आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, नाभिक में न्यूक्लियंस के बीच बातचीत को अंजाम देते हैं। बाद के वर्षों में, नए खोजे गए कणों की संख्या तेजी से बढ़ने लगी। यह कॉस्मिक किरणों के अध्ययन, त्वरक प्रौद्योगिकी के विकास और परमाणु प्रतिक्रियाओं के अध्ययन द्वारा सुगम बनाया गया था।

वर्तमान में, लगभग 400 उप-परमाणु कण ज्ञात हैं, जिन्हें आमतौर पर प्राथमिक कहा जाता है। इन कणों का विशाल बहुमत अस्थिर है। एकमात्र अपवाद फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रिनो हैं। अन्य सभी कण नियमित अंतराल पर अन्य कणों में स्वतःस्फूर्त रूपान्तरण से गुजरते हैं। अस्थिर प्राथमिक कण जीवन काल के संदर्भ में एक दूसरे से बहुत भिन्न होते हैं। सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला कण न्यूट्रॉन है। न्यूट्रॉन का जीवनकाल लगभग 15 मिनट है। अन्य कण बहुत कम समय के लिए "जीवित" रहते हैं। उदाहरण के लिए, एक एम-मेसन का औसत जीवनकाल 2.2 · 10 - 6 सेकेंड है, एक तटस्थ पी-मेसन - 0.87 · 10 - 16 सेकेंड है। कई बड़े कण - हाइपरॉन का औसत जीवनकाल 10 - 10 s के क्रम का होता है।

कई दसियों कण होते हैं जिनका जीवनकाल 10 - 17 सेकंड से अधिक होता है। माइक्रोवर्ल्ड के पैमाने पर, यह एक महत्वपूर्ण समय है। ऐसे कणों को अपेक्षाकृत स्थिर कहा जाता है। अधिकांश अल्पकालिक प्राथमिक कणों का जीवनकाल 10 - 22 -10 - 23 s कोटि का होता है।

पारस्परिक रूप से परिवर्तन करने की क्षमता सभी प्राथमिक कणों का सबसे महत्वपूर्ण गुण है। प्राथमिक कण पैदा होने और नष्ट होने (उत्सर्जित और अवशोषित) होने में सक्षम हैं। यह स्थिर कणों पर भी एकमात्र अंतर के साथ लागू होता है कि स्थिर कणों के परिवर्तन अनायास नहीं होते हैं, लेकिन अन्य कणों के साथ बातचीत करते समय। एक उदाहरण एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन का विनाश (अर्थात गायब होना) है, साथ में उच्च-ऊर्जा फोटॉन का उत्पादन होता है। विपरीत प्रक्रिया भी हो सकती है - एक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी का निर्माण, उदाहरण के लिए, जब पर्याप्त रूप से उच्च ऊर्जा वाला एक फोटॉन एक नाभिक से टकराता है। प्रोटॉन में भी इलेक्ट्रॉन के लिए पॉज़िट्रॉन जितना खतरनाक डबल होता है। इसे एक एंटीप्रोटोन कहा जाता है। एंटीप्रोटोन का विद्युत आवेश ऋणात्मक होता है। फिलहाल सभी कणों में एंटीपार्टिकल्स पाए गए हैं। एंटीपार्टिकल्स कणों का विरोध करते हैं क्योंकि जब कोई कण अपने एंटीपार्टिकल से मिलता है, तो वे नष्ट हो जाते हैं, यानी दोनों कण गायब हो जाते हैं, विकिरण क्वांटा या अन्य कणों में बदल जाते हैं।

यहां तक कि एक न्यूट्रॉन में भी एक एंटीपार्टिकल पाया गया है। न्यूट्रॉन और एंटीन्यूट्रॉन केवल चुंबकीय क्षण और तथाकथित बेरियन चार्ज के संकेतों में भिन्न होते हैं। एंटीमैटर के परमाणुओं का अस्तित्व संभव है, जिनमें से नाभिक में एंटीन्यूक्लियोन और पॉज़िट्रॉन के खोल होते हैं। पदार्थ के साथ एंटीमैटर के विनाश के दौरान, शेष ऊर्जा विकिरण क्वांटा की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। यह एक जबरदस्त ऊर्जा है, जो परमाणु और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी की गई ऊर्जा से काफी बेहतर है।

आज तक ज्ञात विभिन्न प्रकार के प्राथमिक कणों में कमोबेश सामंजस्यपूर्ण वर्गीकरण प्रणाली पाई जाती है।

प्राथमिक कणों को तीन समूहों में बांटा गया है: फोटॉन, लेप्टान और हैड्रॉन।

फोटॉन के समूह में एक एकल कण शामिल है - एक फोटॉन, जो विद्युत चुम्बकीय संपर्क का वाहक है।

अगले समूह में लेप्टान के हल्के कण होते हैं। इस समूह में दो प्रकार के न्यूट्रिनो (इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन), इलेक्ट्रॉन और एम-मेसन शामिल हैं।

तीसरा बड़ा समूह हैड्रोन नामक भारी कणों से बना है। यह समूह दो उपसमूहों में विभाजित है। हल्के कण मेसॉन का एक उपसमूह बनाते हैं। उनमें से सबसे हल्के सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं, साथ ही तटस्थ पी-मेसन लगभग 250 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के द्रव्यमान वाले होते हैं। Peonies एक परमाणु क्षेत्र का क्वांटा है, जैसे फोटॉन एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का क्वांटा है। इस उपसमूह में चार K मेसन और एक s 0 मेसन भी शामिल हैं। सभी मेसन में शून्य स्पिन होता है।

दूसरे उपसमूह, बेरियन में भारी कण शामिल हैं। यह सबसे विस्तृत है। सबसे हल्के बैरियन न्यूक्लियॉन हैं - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन। उनके बाद तथाकथित हाइपरॉन आते हैं। तालिका को बंद करना ओमेगा-माइनस-हाइपरन है, जिसे 1964 में खोजा गया था।

खोजे गए और नए खोजे गए हैड्रॉन की प्रचुरता ने वैज्ञानिकों को यह विश्वास दिलाया कि वे सभी कुछ अन्य मौलिक कणों से बने हैं। 1964 में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी एम. गेल-मान ने एक परिकल्पना को सामने रखा, जिसकी पुष्टि बाद के शोधों से हुई, कि सभी भारी मौलिक कण - हैड्रॉन - क्वार्क नामक अधिक मौलिक कणों से निर्मित होते हैं। क्वार्क परिकल्पना के आधार पर न केवल पहले से ज्ञात हैड्रॉन की संरचना को समझा गया, बल्कि नए के अस्तित्व की भी भविष्यवाणी की गई। गेल-मान सिद्धांत ने तीन क्वार्क और तीन एंटीक्वार्क के अस्तित्व को ग्रहण किया, जो विभिन्न संयोजनों में एक दूसरे से जुड़ते हैं। इस प्रकार, प्रत्येक बेरियन में तीन क्वार्क होते हैं, और एक एंटीबैरॉन में तीन एंटीक्वार्क होते हैं। मेसन क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े से बने होते हैं।

क्वार्क परिकल्पना को अपनाने के साथ, प्राथमिक कणों की एक सामंजस्यपूर्ण प्रणाली बनाना संभव था। हालांकि, इन काल्पनिक कणों के अनुमानित गुण अप्रत्याशित निकले। उच्च-ऊर्जा त्वरक और ब्रह्मांडीय किरणों में की गई एक मुक्त अवस्था में क्वार्क की कई खोजें असफल रहीं। वैज्ञानिकों का मानना है कि मुक्त क्वार्कों की गैर-अवलोकन के कारणों में से एक, संभवतः, उनका बहुत बड़ा द्रव्यमान है। यह आधुनिक त्वरक के साथ प्राप्त होने वाली ऊर्जा पर क्वार्क के उत्पादन को रोकता है। फिर भी, अधिकांश विशेषज्ञ अब आश्वस्त हैं कि क्वार्क भारी कणों - हैड्रॉन के अंदर मौजूद हैं।

मौलिक बातचीत। जिन प्रक्रियाओं में विभिन्न प्राथमिक कण शामिल होते हैं, उनके विशिष्ट समय और ऊर्जा में बहुत भिन्नता होती है। आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, प्रकृति में चार प्रकार की अंतःक्रियाएं होती हैं जिन्हें अन्य, सरल प्रकार के अंतःक्रियाओं में कम नहीं किया जा सकता है: मजबूत, विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और गुरुत्वाकर्षण। इस प्रकार की बातचीत को मौलिक कहा जाता है।

मजबूत (या परमाणु) अंतःक्रियाएं सभी अंतःक्रियाओं में सबसे तीव्र होती हैं। वे परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच एक अत्यंत मजबूत बंधन प्रदान करते हैं। केवल भारी कण - हैड्रॉन (मेसन और बेरियन) - एक मजबूत बातचीत में भाग ले सकते हैं। मजबूत अंतःक्रिया 10 - 15 मीटर या उससे कम की दूरी पर ही प्रकट होती है, इसलिए इसे शॉर्ट-रेंज कहा जाता है।

विद्युत चुम्बकीय संपर्क। कोई भी विद्युत आवेशित कण इस प्रकार की परस्पर क्रिया में भाग ले सकता है, साथ ही फोटॉन - विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का क्वांटा भी। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन, विशेष रूप से, परमाणुओं और अणुओं के अस्तित्व के लिए जिम्मेदार है। यह ठोस, तरल और गैसीय अवस्थाओं में पदार्थों के कई गुणों को निर्धारित करता है। प्रोटॉनों के कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण बड़ी संख्या में नाभिकों की अस्थिरता होती है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन परमाणुओं और पदार्थ के अणुओं और सूक्ष्म और स्थूल जगत की भौतिकी की कई अन्य प्रक्रियाओं द्वारा फोटॉन के अवशोषण और उत्सर्जन की प्रक्रियाओं को निर्धारित करता है।

कमजोर अंतःक्रिया माइक्रोवर्ल्ड में सभी अंतःक्रियाओं में सबसे धीमी है। फोटॉन को छोड़कर कोई भी प्राथमिक कण इसमें भाग ले सकता है।

बिना किसी अपवाद के सभी कणों में गुरुत्वाकर्षण संपर्क निहित है, हालांकि, प्राथमिक कणों के छोटे द्रव्यमान के कारण, उनके बीच गुरुत्वाकर्षण बातचीत की ताकत नगण्य है और सूक्ष्म जगत की प्रक्रियाओं में उनकी भूमिका नगण्य है। गुरुत्वाकर्षण बल अपने विशाल द्रव्यमान के साथ अंतरिक्ष पिंडों (तारों, ग्रहों आदि) की परस्पर क्रिया में निर्णायक भूमिका निभाते हैं।

XX सदी के 30 के दशक में, एक परिकल्पना उत्पन्न हुई कि प्राथमिक कणों की दुनिया में किसी भी क्षेत्र के क्वांटा के आदान-प्रदान के माध्यम से बातचीत की जाती है। यह परिकल्पना मूल रूप से हमारे हमवतन आई.ई. टैम और डी.डी. इवानेंको। उन्होंने सुझाव दिया कि मौलिक बातचीत कणों के आदान-प्रदान से उत्पन्न होती है, जैसे परमाणुओं के सहसंयोजक रासायनिक बंधन वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान से उत्पन्न होते हैं, जो खाली इलेक्ट्रॉन कोशों पर संयुक्त होते हैं।

कणों के आदान-प्रदान द्वारा की गई अंतःक्रिया को भौतिकी में विनिमय अंतःक्रिया का नाम मिला है। इसलिए, उदाहरण के लिए, आवेशित कणों के बीच विद्युत चुम्बकीय संपर्क फोटॉनों के आदान-प्रदान से उत्पन्न होता है - विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का क्वांटा।

1935 में जापानी भौतिक विज्ञानी एच। युकावा ने सैद्धांतिक रूप से दिखाया कि परमाणु नाभिक में न्यूक्लियंस के बीच मजबूत बातचीत को समझाया जा सकता है, अगर हम मान लें कि न्यूक्लियंस मेसन नामक काल्पनिक कणों का आदान-प्रदान करते हैं। युकावा ने इन कणों के द्रव्यमान की गणना की, जो लगभग 300 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के बराबर निकला। इस तरह के द्रव्यमान वाले कणों को बाद में वास्तव में खोजा गया था। इन कणों को पी-मेसन (पियोन) कहा जाता है। वर्तमान में, तीन प्रकार के पियोन ज्ञात हैं: पी +, पी - और पी 0।

1957 में, भारी कणों के अस्तित्व, तथाकथित वेक्टर बोसॉन W +, W - और Z 0, की सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की गई थी, जिससे विनिमय तंत्र कमजोर बातचीत का कारण बना। इन कणों को 1983 में प्रोटॉन और एंटीप्रोटोन के उच्च-ऊर्जा टकराने वाले बीम के साथ त्वरक प्रयोगों में खोजा गया था। प्राथमिक कण भौतिकी में वेक्टर बोसॉन की खोज एक बहुत ही महत्वपूर्ण उपलब्धि थी। इस खोज ने एक सिद्धांत की सफलता को चिह्नित किया जिसने विद्युत चुम्बकीय और कमजोर इंटरैक्शन को एक तथाकथित इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन में जोड़ा। यह नया सिद्धांत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और कमजोर अंतःक्रिया के क्षेत्र को एक ही क्षेत्र के विभिन्न घटकों के रूप में मानता है, जिसमें विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की मात्रा के साथ, वेक्टर बोसॉन भाग लेते हैं।

आधुनिक भौतिकी में इस खोज के बाद, इस विश्वास में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है कि सभी प्रकार की बातचीत एक-दूसरे से निकटता से संबंधित हैं और संक्षेप में, एक निश्चित एकीकृत क्षेत्र की विभिन्न अभिव्यक्तियाँ हैं। हालाँकि, सभी अंतःक्रियाओं का एकीकरण अभी भी केवल एक आकर्षक वैज्ञानिक परिकल्पना है।

सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी न केवल विद्युत चुम्बकीय और कमजोर, बल्कि मजबूत बातचीत को एकीकृत आधार पर विचार करने के प्रयासों में काफी प्रयास करते हैं। इस सिद्धांत को महान एकीकरण कहा जाता है। वैज्ञानिकों का सुझाव है कि गुरुत्वाकर्षण संपर्क का अपना वाहक होना चाहिए - गुरुत्वाकर्षण नामक एक काल्पनिक कण। हालांकि अभी तक इस कण की खोज नहीं हो पाई है।

वर्तमान में, यह सिद्ध माना जाता है कि सभी प्रकार की अंतःक्रियाओं को एकजुट करने वाला एक एकल क्षेत्र केवल अत्यंत उच्च कण ऊर्जा पर मौजूद हो सकता है, जो आधुनिक त्वरक में अप्राप्य है। ब्रह्मांड के अस्तित्व के शुरुआती चरणों में ही कणों में इतनी उच्च ऊर्जा हो सकती है, जो तथाकथित बिग बैंग के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुई। ब्रह्मांड विज्ञान - ब्रह्मांड के विकास का विज्ञान - बताता है कि बिग बैंग 18 अरब साल पहले हुआ था। ब्रह्मांड के विकास के मानक मॉडल में, यह माना जाता है कि विस्फोट के बाद की पहली अवधि में तापमान 10 32 K तक पहुंच सकता है, और कण ऊर्जा E = kT 10 19 GeV के मान तक पहुंच सकता है। इस अवधि के दौरान, क्वार्क और न्यूट्रिनो के रूप में पदार्थ मौजूद थे, जबकि सभी प्रकार की बातचीत को एक ही बल क्षेत्र में जोड़ा गया था। धीरे-धीरे, जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, कणों की ऊर्जा कम होती गई, और गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रिया को पहले परस्पर क्रिया के एकीकृत क्षेत्र (कणों की ऊर्जा 1019 GeV पर) से मुक्त किया गया, और फिर मजबूत अंतःक्रिया को इलेक्ट्रोवेक (ऊर्जा पर) से अलग किया गया। 1014 GeV के क्रम में)। 10 3 GeV की कोटि की ऊर्जाओं पर, सभी चार प्रकार की मूलभूत अंतःक्रियाओं को अलग-अलग पाया गया। साथ ही इन प्रक्रियाओं के साथ, पदार्थ के अधिक जटिल रूपों का निर्माण होता है - नाभिक, प्रकाश नाभिक, आयन, परमाणु, आदि। ब्रह्मांड विज्ञान अपने मॉडल में, प्रारंभिक कण भौतिकी के नियमों के साथ-साथ परमाणु और परमाणु भौतिकी के आधार पर, बिग बैंग से लेकर आज तक के विकास के विभिन्न चरणों में ब्रह्मांड के विकास का पता लगाने की कोशिश करता है।

इलेक्ट्रॉन

शायद ये इलेक्ट्रान दुनिया हैं जहाँ पाँच महाद्वीप हैं, कला, ज्ञान, युद्ध, सिंहासन और चालीस सदियों की स्मृति!

वालेरी ब्रायसोव की कविता "द वर्ल्ड ऑफ द इलेक्ट्रॉन" 13 अगस्त, 1922 को लिखी गई थी।

ऐतिहासिक रूप से, पहला खोजा गया प्राथमिक कण एक इलेक्ट्रॉन था - परमाणुओं में एक नकारात्मक प्राथमिक विद्युत आवेश का वाहक।

यह "सबसे पुराना" प्राथमिक कण है। आदर्श रूप से, उन्होंने 1881 में भौतिकी में प्रवेश किया, जब हेल्महोल्ट्ज़ ने फैराडे के सम्मान में एक भाषण में बताया कि पदार्थ की परमाणु संरचना, फैराडे के इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों के साथ, अनिवार्य रूप से इस विचार की ओर ले जाती है कि एक विद्युत आवेश हमेशा एक गुणक होना चाहिए। कुछ प्राथमिक शुल्क, यानी ... विद्युत आवेश के परिमाणीकरण के बारे में निष्कर्ष। एक ऋणात्मक प्राथमिक आवेश का वाहक, जैसा कि अब हम जानते हैं, इलेक्ट्रॉन है।

मैक्सवेल, जिन्होंने विद्युत और चुंबकीय घटना के मौलिक सिद्धांत का निर्माण किया और फैराडे के प्रयोगात्मक परिणामों का महत्वपूर्ण रूप से उपयोग किया, ने परमाणु बिजली की परिकल्पना को स्वीकार नहीं किया।

इस बीच, इलेक्ट्रॉन के अस्तित्व के "अस्थायी" सिद्धांत की पुष्टि 1897 में जे.जे. थॉमसन के प्रयोगों में हुई, जिसमें उन्होंने इलेक्ट्रॉनों के साथ तथाकथित कैथोड किरणों की पहचान की और इलेक्ट्रॉन के आवेश और द्रव्यमान को मापा। कैथोड किरणों के कण थॉमसन को "कॉर्पसक्ल्स" या प्राइमर्डियल परमाणु कहा जाता है। "इलेक्ट्रॉन" शब्द का प्रयोग मूल रूप से "कॉर्पसकल" के आवेश के परिमाण को दर्शाने के लिए किया गया था। और केवल समय के साथ, कण को ही एक इलेक्ट्रॉन कहा जाने लगा। हालांकि, एक इलेक्ट्रॉन के विचार को तुरंत स्वीकार नहीं किया गया था। जब, रॉयल सोसाइटी में एक व्याख्यान में, जे जे थॉमसन - इलेक्ट्रॉन के खोजकर्ता - ने सुझाव दिया कि कैथोड किरणों के कणों को परमाणु के संभावित घटक के रूप में माना जाना चाहिए, उनके कुछ सहयोगियों ने ईमानदारी से माना कि वह उन्हें रहस्यमय बना रहे थे। 1925 में प्लांक ने स्वयं स्वीकार किया कि वह तब, 1900 में, इलेक्ट्रॉन की परिकल्पना में अंत तक विश्वास नहीं करते थे।

हम कह सकते हैं कि 1911 में मापने वाले मिलिकेन के प्रयोगों के बाद। व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों के आरोप, इस पहले प्राथमिक कण को अस्तित्व का अधिकार प्राप्त हुआ।

फोटोन

1912-1915 में आर. मिलिकन द्वारा फोटॉन के अस्तित्व का प्रत्यक्ष प्रायोगिक प्रमाण दिया गया था। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अपने अध्ययन में, और 1922 में ए। कॉम्पटन द्वारा भी, जिन्होंने एक्स-रे की आवृत्ति में परिवर्तन के साथ बिखरने की खोज की।

एक फोटॉन, एक अर्थ में, एक विशेष कण है। तथ्य यह है कि अन्य कणों (न्यूट्रिनो को छोड़कर) के विपरीत, इसके आराम का द्रव्यमान शून्य के बराबर है। इसलिए, इसे तुरंत एक कण नहीं माना गया था: पहले यह माना जाता था कि एक परिमित और गैर-शून्य आराम द्रव्यमान की उपस्थिति एक प्राथमिक कण की एक अनिवार्य विशेषता है।

एक फोटॉन प्रकाश की एक "एनिमेटेड" प्लैंक क्वांटम है, अर्थात। एक आवेग ले जाने वाले प्रकाश की मात्रा।

ब्लैकबॉडी विकिरण के नियमों को समझाने के लिए 1901 में प्लैंक द्वारा प्रकाश की क्वांटा की शुरुआत की गई थी। लेकिन वह कण नहीं थे, बल्कि एक आवृत्ति या किसी अन्य की प्रकाश ऊर्जा का केवल सबसे छोटा संभव "हिस्सा" था।

यद्यपि प्रकाश ऊर्जा के परिमाणीकरण के बारे में प्लैंक की धारणा संपूर्ण शास्त्रीय सिद्धांत के बिल्कुल विपरीत थी, प्लैंक स्वयं इसे तुरंत नहीं समझ पाए। वैज्ञानिक ने लिखा है कि उन्होंने "... शास्त्रीय सिद्धांत के ढांचे में किसी तरह एच के मूल्य को पेश करने की कोशिश की। हालांकि, इस तरह के सभी प्रयासों के बावजूद, यह मूल्य बहुत जिद्दी निकला।" बाद में, इस मान को प्लैंक नियतांक (h = 6 * 10 -27 erg. S) कहा गया।

प्लांक नियतांक के लागू होने के बाद भी स्थिति स्पष्ट नहीं हुई।

आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत ने "जीवित" फोटॉन या क्वांटा बनाया, जिन्होंने 1905 में दिखाया कि क्वांटा में न केवल ऊर्जा होनी चाहिए, बल्कि गति भी होनी चाहिए, और यह कि वे पूर्ण अर्थ में कण हैं, केवल विशेष, क्योंकि उनका बाकी द्रव्यमान शून्य है, और वे प्रकाश की गति से चलते हैं।

तो एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के एक कण के अस्तित्व के बारे में निष्कर्ष - एक फोटॉन - एम। प्लैंक (1900) के काम से उत्पन्न होता है। यह मानते हुए कि एक काले शरीर से विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा मात्राबद्ध है, प्लैंक ने विकिरण स्पेक्ट्रम के लिए सही सूत्र प्राप्त किया। प्लैंक के विचार को विकसित करते हुए, ए। आइंस्टीन (1905) ने माना कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण (प्रकाश) वास्तव में व्यक्तिगत क्वांटा (फोटॉन) की एक धारा है, और इस आधार पर उन्होंने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के नियमों की व्याख्या की।

प्रोटोन

प्रोटॉन की खोज ई. रदरफोर्ड ने 1919 में परमाणु नाभिक के साथ अल्फा कणों की परस्पर क्रिया के अध्ययन में की थी।

अधिक सटीक रूप से, प्रोटॉन की खोज परमाणु नाभिक की खोज से जुड़ी है। इसे रदरफोर्ड ने उच्च ऊर्जा वाले बी-कणों के साथ नाइट्रोजन परमाणुओं पर बमबारी करके बनाया था। रदरफोर्ड ने निष्कर्ष निकाला कि "नाइट्रोजन परमाणु का नाभिक तेजी से बी-कण के साथ टकराव पर विकसित होने वाली जबरदस्त ताकतों के कारण विघटित हो जाता है, और यह कि मुक्त हाइड्रोजन परमाणु नाइट्रोजन नाभिक का एक घटक हिस्सा बनाता है।" 1920 में, रदरफोर्ड द्वारा हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक को प्रोटॉन कहा जाता था (ग्रीक में एक प्रोटॉन का अर्थ सबसे सरल, प्राथमिक होता है)। एक नाम के लिए अन्य सुझाव थे। इसलिए, उदाहरण के लिए, "बैरन" नाम प्रस्तावित किया गया था (ग्रीक में बारोस का अर्थ भारीपन है)। हालांकि, इसने हाइड्रोजन नाभिक की केवल एक विशेषता पर जोर दिया - इसका द्रव्यमान। प्रोटॉन की मौलिक प्रकृति को दर्शाते हुए "प्रोटॉन" शब्द बहुत गहरा और अधिक अर्थपूर्ण था, क्योंकि प्रोटॉन सबसे सरल नाभिक है - हाइड्रोजन के सबसे हल्के समस्थानिक का नाभिक। यह निस्संदेह कण भौतिकी में सबसे सफल शब्दों में से एक है। इस प्रकार, प्रोटॉन एक इकाई धनात्मक आवेश वाले कण होते हैं और द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1840 गुना होता है।

न्यूट्रॉन

एक अन्य कण जो नाभिक बनाता है, न्यूट्रॉन की खोज 1932 में जे. चाडविक ने बेरिलियम के साथ बी-कणों की बातचीत का अध्ययन करते हुए की थी। न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के करीब होता है, लेकिन इसमें विद्युत आवेश नहीं होता है। न्यूट्रॉन की खोज ने कणों की पहचान पूरी की - परमाणुओं के संरचनात्मक तत्व और उनके नाभिक।

समस्थानिकों की खोज ने नाभिक की संरचना के प्रश्न को स्पष्ट नहीं किया। इस समय तक, केवल प्रोटॉन ज्ञात थे - हाइड्रोजन नाभिक, और इलेक्ट्रॉन, और इसलिए इन सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज कणों के विभिन्न संयोजनों द्वारा आइसोटोप के अस्तित्व को समझाने की कोशिश करना स्वाभाविक था। कोई यह सोचेगा कि नाभिक में प्रोटॉन का A होता है, जहाँ A द्रव्यमान संख्या होती है, और A? Z इलेक्ट्रॉनों की होती है। इस मामले में, कुल सकारात्मक चार्ज परमाणु संख्या Z के साथ मेल खाता है।

सबसे पहले, एक सजातीय नाभिक की ऐसी सरल तस्वीर ने नाभिक के छोटे आयामों के बारे में निष्कर्ष का खंडन नहीं किया, जो रदरफोर्ड के प्रयोगों के बाद हुआ। इलेक्ट्रॉन r0 = e 2 / mc 2 की "प्राकृतिक त्रिज्या" (जो तब प्राप्त होती है जब गोलाकार खोल पर वितरित आवेश की इलेक्ट्रोस्टैटिक ऊर्जा e 2 / r0 इलेक्ट्रॉन स्व-ऊर्जा mc 2 के बराबर होती है) r0 = 2.82 है * १० - १५ मीटर। एक इलेक्ट्रॉन १०-१४ मीटर की त्रिज्या के साथ एक नाभिक के अंदर होने के लिए काफी छोटा है, हालांकि वहां बड़ी संख्या में कणों को रखना मुश्किल होगा। 1920 में। रदरफोर्ड और अन्य वैज्ञानिकों ने एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन के स्थिर संयोजन की संभावना पर विचार किया, जो एक प्रोटॉन के बराबर द्रव्यमान के साथ एक तटस्थ कण को पुन: उत्पन्न करता है। हालांकि, इलेक्ट्रिक चार्ज की कमी के कारण ऐसे कणों का पता लगाना मुश्किल होगा। यह संभावना नहीं है कि वे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव में विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तरह धातु की सतहों से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल सकते हैं।

जे. चाडविक ने प्रयोग दोहराया। उन्होंने पैराफिन का भी इस्तेमाल किया और एक आयनीकरण कक्ष की मदद से, जिसमें इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं से बाहर खटखटाए जाने पर उत्पन्न चार्ज एकत्र किया गया था, रिकॉइल प्रोटॉन की सीमा को मापा।

धात्विक बेरिलियम का विभाजन इस प्रकार हुआ: अल्फा कण 4 2 He (चार्ज 2, द्रव्यमान संख्या 4) बेरिलियम नाभिक (चार्ज 4, द्रव्यमान संख्या 9) से टकराया, जिसके परिणामस्वरूप कार्बन और न्यूट्रॉन का निर्माण हुआ। न्यूट्रॉन की खोज एक महत्वपूर्ण कदम था। नाभिक की प्रेक्षित विशेषताओं की व्याख्या अब न्यूट्रॉन और प्रोटॉन को नाभिक के घटक भागों के रूप में मान कर की जा सकती है। न्यूट्रॉन को अब प्रोटॉन से 0.1% भारी माना जाता है। मुक्त न्यूट्रॉन (नाभिक के बाहर) रेडियोधर्मी क्षय से गुजरते हैं, एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में बदल जाते हैं। यह एक मिश्रित तटस्थ कण की मूल परिकल्पना की याद दिलाता है। हालांकि, एक स्थिर नाभिक के अंदर, न्यूट्रॉन प्रोटॉन से बंधे होते हैं और अनायास क्षय नहीं होते हैं।

पोजीट्रान

1930 से 1950 के दशक तक, मुख्य रूप से कॉस्मिक किरणों में नए कणों की खोज की गई थी। 1932 में, उनकी रचना में, ए। एंडरसन ने पहला एंटीपार्टिकल - एक पॉज़िट्रॉन (ई +) - एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के साथ एक कण की खोज की, लेकिन एक सकारात्मक विद्युत आवेश के साथ। पॉज़िट्रॉन खोजा जाने वाला पहला एंटीपार्टिकल था। पॉज़िट्रॉन की खोज से कुछ समय पहले पी। डिराक (1928-31) द्वारा विकसित इलेक्ट्रॉन के सापेक्षतावादी सिद्धांत से सीधे ई + का अस्तित्व। 1936 में। अमेरिकी भौतिकविदों के। एंडरसन और एस। नेडरमीयर ने कॉस्मिक किरणों म्यूऑन (विद्युत आवेश के दोनों संकेतों के) के अध्ययन में खोज की - लगभग 200 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान वाले कण, लेकिन अन्यथा आश्चर्यजनक रूप से ई-, ई + के गुणों के करीब।

पॉज़िट्रॉन की खोज एंडरसन ने विल्सन चैम्बर विधि द्वारा ब्रह्मांडीय किरणों के अध्ययन में की थी। आकृति, जो विल्सन कैमरे में एंडरसन द्वारा ली गई तस्वीर का पुनरुत्पादन है, एक सकारात्मक कण को 0.6 सेमी मोटी लेड प्लेट में 6.3 * 107 eV / s की गति के साथ प्रवेश करती है और इसे 2.3 * 107 eV की गति के साथ छोड़ती है। / के साथ। आप इस कण के द्रव्यमान पर एक ऊपरी सीमा निर्धारित कर सकते हैं, यह मानते हुए कि यह केवल टकराव में ऊर्जा खो देता है। यह सीमा 20 मी है। इस और इसी तरह की अन्य तस्वीरों के आधार पर, एंडरसन ने एक सकारात्मक कण के अस्तित्व की परिकल्पना की, जिसका द्रव्यमान लगभग एक साधारण इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है। इस निष्कर्ष की जल्द ही विल्सन के कक्ष में ब्लैकेट और ओचिआलिनी की टिप्पणियों से पुष्टि हुई। इसके तुरंत बाद, क्यूरी और जूलियट ने पाया कि पॉज़िट्रॉन रेडियोधर्मी स्रोतों से गामा किरणों के रूपांतरण से उत्पन्न होते हैं, और कृत्रिम रेडियोधर्मी समस्थानिकों द्वारा भी उत्सर्जित होते हैं। चूंकि एक फोटॉन, तटस्थ होने के कारण, एक जोड़ी (एक पॉज़िट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन) बनाता है, तो विद्युत आवेश के संरक्षण के सिद्धांत से यह निम्नानुसार है कि, निरपेक्ष मान में, पॉज़िट्रॉन का आवेश एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर होता है।

पॉज़िट्रॉन द्रव्यमान का पहला मात्रात्मक निर्धारण थिबॉल्ट द्वारा किया गया था, जिन्होंने ट्रोकॉइड विधि द्वारा ई / एम अनुपात को मापा और इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि पॉज़िट्रॉन और इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान 15% से अधिक नहीं हैं। मास स्पेक्ट्रोग्राफिक सेटअप का इस्तेमाल करने वाले स्पाइस और ज़हान के बाद के प्रयोगों से पता चला कि इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन का द्रव्यमान 2% की सटीकता के साथ मेल खाता है। फिर भी बाद में, डमोंड और सहकर्मियों ने विनाश विकिरण की तरंग दैर्ध्य को बड़ी सटीकता के साथ मापा। प्रायोगिक त्रुटियों (0.2%) की सटीकता के साथ, उन्होंने तरंग दैर्ध्य मान प्राप्त किया जो इस धारणा के तहत अपेक्षित होगा कि पॉज़िट्रॉन और इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान समान है।

युग्म उत्पादन प्रक्रिया पर लागू होने वाले कोणीय गति के संरक्षण के नियम से पता चलता है कि पॉज़िट्रॉन में अर्ध-पूर्णांक स्पिन होता है और इसलिए, फर्मी आंकड़ों का पालन करता है। यह मान लेना उचित है कि पॉज़िट्रॉन का स्पिन 1/2 है, जैसा कि इलेक्ट्रॉन का स्पिन है।

Peonies और muons। मेसोन की खोज

मेसन की खोज, पॉज़िट्रॉन की खोज के विपरीत, एक अवलोकन का परिणाम नहीं था, बल्कि प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक अध्ययनों की एक पूरी श्रृंखला से एक निष्कर्ष था।

1932 में, रॉसी ने बोथे और कोहलहर्स्टर द्वारा प्रस्तावित संयोग पद्धति का उपयोग करते हुए दिखाया कि समुद्र के स्तर पर देखे गए ब्रह्मांडीय विकिरण का एक ज्ञात भाग 1 मीटर मोटी तक सीसा प्लेटों को भेदने में सक्षम कणों से बना है। इसके तुरंत बाद, उन्होंने भी आकर्षित किया ब्रह्मांडीय किरणों में दो अलग-अलग घटकों के अस्तित्व पर ध्यान दें। एक घटक के कण (मर्मज्ञ घटक) किसी पदार्थ की बड़ी मोटाई से गुजरने में सक्षम होते हैं, और विभिन्न पदार्थों द्वारा उनके अवशोषण की डिग्री इन पदार्थों के द्रव्यमान के लगभग समानुपाती होती है। एक अन्य घटक (शावर बनाने वाला घटक) के कण जल्दी से अवशोषित हो जाते हैं, खासकर भारी तत्वों द्वारा; इस मामले में, बड़ी संख्या में माध्यमिक कण (वर्षा) बनते हैं। एंडरसन और नेडेमेयर द्वारा विल्सन कक्ष के साथ किए गए लीड प्लेटों के माध्यम से ब्रह्मांडीय किरण कणों के पारित होने का अध्ययन करने के लिए प्रयोगों से यह भी पता चला है कि ब्रह्मांडीय किरणों के दो अलग-अलग घटक हैं। इन प्रयोगों से पता चला है कि, औसतन, लेड में कॉस्मिक किरण कणों की ऊर्जा हानि सैद्धांतिक रूप से गणना की गई टक्कर हानि के समान परिमाण के क्रम की थी, इनमें से कुछ कणों ने बहुत अधिक नुकसान का अनुभव किया।

1934 में बेथे और हिटलर ने इलेक्ट्रॉनों के विकिरण हानि और फोटॉन द्वारा जोड़े के उत्पादन के सिद्धांत को प्रकाशित किया। एंडरसन और नेडेमेयर द्वारा देखे गए कम मर्मज्ञ घटक के गुण बेथे और हेटलर के सिद्धांत द्वारा अनुमानित इलेक्ट्रॉनों के गुणों के अनुरूप थे; उसी समय, विकिरण प्रक्रियाओं के लिए बड़े नुकसान को जिम्मेदार ठहराया गया था। रॉसी द्वारा खोजे गए शावर-जनरेटिंग विकिरण के गुणों को भी इस धारणा पर समझाया जा सकता है कि इस विकिरण में उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन और फोटॉन होते हैं। दूसरी ओर, बेथे और हिटलर के सिद्धांत की वैधता को स्वीकार करते हुए, किसी को यह निष्कर्ष निकालना पड़ा कि रॉसी के प्रयोगों में "मर्मज्ञ" कण और एंडरसन और नेडेमेयर के प्रयोगों में कम अवशोषित कण इलेक्ट्रॉनों से भिन्न होते हैं। मुझे यह मान लेना पड़ा कि मर्मज्ञ कण इलेक्ट्रॉनों की तुलना में भारी होते हैं, क्योंकि सिद्धांत के अनुसार, विकिरण के कारण होने वाली ऊर्जा हानि द्रव्यमान के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

इस संबंध में, उच्च ऊर्जाओं पर विकिरण के सिद्धांत के पतन की संभावना पर चर्चा की गई। वैकल्पिक रूप से, विलियम्स ने 1934 में सुझाव दिया कि कॉस्मिक किरणों के मर्मज्ञ कणों में एक प्रोटॉन का द्रव्यमान हो सकता है। इस परिकल्पना से जुड़ी कठिनाइयों में से एक न केवल सकारात्मक, बल्कि नकारात्मक प्रोटॉन के अस्तित्व की आवश्यकता थी, क्योंकि विल्सन कक्ष के प्रयोगों से पता चला है कि ब्रह्मांडीय किरणों के मर्मज्ञ कणों में दोनों संकेतों के आरोप हैं। इसके अलावा, विल्सन कैमरे में एंडरसन और नेडेमेयर द्वारा ली गई कुछ तस्वीरों में, कोई ऐसे कण देख सकता था जो इलेक्ट्रॉनों की तरह उत्सर्जित नहीं होते थे, लेकिन, हालांकि, प्रोटॉन के रूप में भारी नहीं थे। इस प्रकार, 1936 के अंत तक यह लगभग स्पष्ट हो गया कि ब्रह्मांडीय किरणों में, इलेक्ट्रॉनों के अलावा, एक अज्ञात प्रकार के कण भी होते हैं, संभवतः एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान और एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बीच एक द्रव्यमान मध्यवर्ती के साथ कण। यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि 1935 में, युकावा ने विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक विचारों से ऐसे कणों के अस्तित्व की भविष्यवाणी की थी।

मध्यवर्ती द्रव्यमान वाले कणों का अस्तित्व सीधे तौर पर 1937 में नेडेमेयर और एंडरसन, स्ट्रीट और स्टीवेन्सन के प्रयोगों द्वारा सिद्ध किया गया था।

नेडेमेयर और एंडरसन के प्रयोग ब्रह्मांडीय किरण कणों की ऊर्जा हानि पर उपर्युक्त अध्ययनों की निरंतरता (एक बेहतर कार्यप्रणाली के साथ) थे। उन्हें एक चुंबकीय क्षेत्र में रखे विल्सन कक्ष में किया गया और 1 सेमी मोटी प्लेटिनम प्लेट द्वारा दो हिस्सों में विभाजित किया गया। व्यक्तिगत ब्रह्मांडीय किरण कणों के लिए गति के नुकसान को प्लेट के पहले और बाद में ट्रैक वक्रता को मापकर निर्धारित किया गया था।

अवशोषित कणों की व्याख्या आसानी से इलेक्ट्रॉनों के रूप में की जा सकती है। यह व्याख्या इस तथ्य से समर्थित है कि अवशोषित कण, मर्मज्ञ के विपरीत, अक्सर प्लैटिनम अवशोषक में माध्यमिक प्रक्रियाओं का कारण बनते हैं और ज्यादातर समूहों (दो या अधिक) में पाए जाते हैं। यह वही है जिसकी अपेक्षा की जानी चाहिए, क्योंकि प्रयोग के समान ज्यामिति में देखे गए कई इलेक्ट्रॉन, जैसे कि नेडडेमेयर और एंडरसन में, आसपास के पदार्थ में बनने वाली वर्षा का हिस्सा हैं। मर्मज्ञ कणों की प्रकृति के लिए, नेडडेमेयर और एंडरसन द्वारा प्राप्त निम्नलिखित दो परिणामों ने बहुत कुछ समझाया है।

2))। 200 MeV / s से कम गति वाले मर्मज्ञ कणों की एक निश्चित संख्या होती है, जो न्यूनतम आयनीकरण वक्र के पास एक एकल आवेशित कण की तुलना में अधिक आयनीकरण उत्पन्न नहीं करते हैं। इसका मतलब यह है कि कॉस्मिक किरणों के मर्मज्ञ कण प्रोटॉन की तुलना में बहुत हल्के होते हैं, क्योंकि 200 MeV / s से कम की गति वाला एक प्रोटॉन विशिष्ट आयनीकरण उत्पन्न करता है जो न्यूनतम से लगभग 10 गुना अधिक होता है।

स्ट्रीट और स्टीवेन्सन ने एक साथ गति और विशिष्ट आयनीकरण को मापकर ब्रह्मांडीय किरण कणों के द्रव्यमान का सीधे अनुमान लगाने का प्रयास किया। उन्होंने एक विल्सन चैंबर का इस्तेमाल किया, जिसे एक संयोग-विरोधी गीजर-मुलर काउंटर सिस्टम द्वारा नियंत्रित किया गया था। इसने अपने रन के अंत के करीब कणों का चयन हासिल किया। कैमरे को ३५०० गॉस चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया था; कैमरा लगभग 1 सेकंड की देरी से चालू हुआ, जिससे बूंदों को गिनना संभव हो गया। कई तस्वीरों में, स्ट्रीट और स्टीफेंसन ने अत्यधिक रुचि में से एक पाया।

यह तस्वीर 29 MeV/s के संवेग वाले एक कण के निशान को दिखाती है, जिसका आयनीकरण न्यूनतम से लगभग छह गुना है। नीचे की ओर बढ़ने पर इस कण पर ऋणात्मक आवेश होता है। संवेग और विशिष्ट आयनीकरण को देखते हुए, इसका द्रव्यमान लगभग 175 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के बराबर हो जाता है; 25% की संभावित त्रुटि विशिष्ट आयनीकरण माप की अशुद्धि के कारण है। ध्यान दें कि 29 MeV / s की गति वाले इलेक्ट्रॉन में व्यावहारिक रूप से न्यूनतम आयनीकरण होता है। दूसरी ओर, इस तरह के संवेग और प्रोटॉन द्रव्यमान वाले कणों (या तो एक सामान्य प्रोटॉन ऊपर की ओर बढ़ रहा है, या एक नकारात्मक प्रोटॉन नीचे की ओर बढ़ रहा है) में विशिष्ट आयनीकरण होता है, जो न्यूनतम से लगभग 200 गुना अधिक होता है; इसके अलावा, कक्ष के गैस में ऐसे प्रोटॉन की सीमा 1 सेमी से कम होनी चाहिए। उसी समय, प्रश्न में ट्रेस 7 सेमी की दूरी पर स्पष्ट रूप से दिखाई देता है, जिसके बाद यह प्रबुद्ध मात्रा छोड़ देता है।

ऊपर वर्णित प्रयोगों ने निश्चित रूप से साबित कर दिया है कि मर्मज्ञ कण वास्तव में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में भारी होते हैं, लेकिन प्रोटॉन की तुलना में हल्के होते हैं। इसके अलावा, स्ट्रीट और स्टीवेन्सन के प्रयोग ने इस नए कण के द्रव्यमान का पहला मोटा अनुमान दिया, जिसे अब हम इसका सामान्य नाम - मेसन कह सकते हैं।

इसलिए 1936 में ए. एंडरसन और एस. नेडरमीयर ने म्यूऑन (एम - मेसन) की खोज की। यह कण केवल इलेक्ट्रॉन से अपने द्रव्यमान में भिन्न होता है, जो इलेक्ट्रॉनिक से लगभग 200 गुना अधिक होता है।

1947 में। पॉवेल ने फोटोग्राफिक इमल्शन में आवेशित कणों के निशान देखे, जिनकी व्याख्या युकावा मेसन के रूप में की गई थी और जिन्हें पी-मेसन या पियोन कहा जाता था। आवेशित पियोन के क्षय उत्पाद, जो आवेशित कण भी होते हैं, m-mesons या muons कहलाते थे। यह ठीक नकारात्मक म्यूऑन हैं जो कॉनवर्सी के प्रयोगों में देखे गए थे: पियोन के विपरीत, म्यूऑन, इलेक्ट्रॉनों की तरह, परमाणु नाभिक के साथ दृढ़ता से बातचीत नहीं करते हैं।

चूँकि रुके हुए पियोन के क्षय के दौरान, एक कड़ाई से परिभाषित ऊर्जा के म्यूऑन हमेशा बनते थे, इसके बाद, p से m में संक्रमण होने पर, एक और तटस्थ कण बनना चाहिए (इसका द्रव्यमान शून्य के बहुत करीब निकला)। दूसरी ओर, यह कण व्यावहारिक रूप से पदार्थ के साथ बातचीत नहीं करता है, इसलिए यह निष्कर्ष निकाला गया कि यह एक फोटान नहीं हो सकता। इस प्रकार, भौतिकविदों का सामना एक नए तटस्थ कण से होता है, जिसका द्रव्यमान शून्य है। तो, चार्ज किए गए युकावा मेसन की खोज की गई, जो एक म्यूऑन और न्यूट्रिनो में क्षय हो रहा था। इस क्षय के सापेक्ष पी-मेसन का जीवनकाल 2 × 10 -8 सेकेंड निकला। तब यह पता चला कि म्यूऑन भी अस्थिर है, इसके क्षय के परिणामस्वरूप एक इलेक्ट्रॉन बनता है। म्यूऑन का जीवनकाल 10 -6 s के क्रम का निकला। चूंकि म्यूऑन क्षय के दौरान उत्पन्न इलेक्ट्रॉन में कड़ाई से परिभाषित ऊर्जा नहीं होती है, इसलिए यह निष्कर्ष निकाला गया कि, इलेक्ट्रॉन के साथ, म्यूऑन क्षय के दौरान दो न्यूट्रिनो बनते हैं। १९४७ में, कॉस्मिक किरणों में भी, एस. पॉवेल के समूह ने २७४ इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के द्रव्यमान वाले p+ और p-मेसन की खोज की, जो नाभिक में न्यूट्रॉन के साथ प्रोटॉन की बातचीत में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ऐसे कणों के अस्तित्व का सुझाव एच. युकावा ने 1935 में दिया था।

न्युट्रीनो

नाभिक के p-क्षय में, जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, इलेक्ट्रॉनों के अलावा, न्यूट्रिनो भी उत्सर्जित होते हैं। इस कण को पहले सैद्धांतिक रूप से भौतिकी में "पेश" किया गया था। यह न्यूट्रिनो का अस्तित्व था जिसे पाउली ने अपनी प्रयोगात्मक खोज (1956) से कई साल पहले 1929 में प्रतिपादित किया था। पाउली को परमाणु नाभिक के β-क्षय की प्रक्रिया में ऊर्जा के संरक्षण के नियम को बचाने के लिए शून्य (या नगण्य) द्रव्यमान वाले न्यूट्रिनो तटस्थ कण की आवश्यकता थी।

प्रारंभ में, पाउली ने नाभिक के β-क्षय द्वारा उत्पन्न काल्पनिक तटस्थ कण को न्यूट्रॉन कहा (यह चाडविक की खोज से पहले था) और सुझाव दिया कि यह नाभिक का हिस्सा है।

न्यूट्रॉन क्षय के कार्य में गठित न्यूट्रिनो की परिकल्पना पर आना कितना मुश्किल था, यह इस तथ्य से स्पष्ट है कि कमजोर बातचीत के गुणों पर फर्मी के मौलिक पेपर के प्रकट होने से ठीक एक साल पहले, शोधकर्ता ने एक रिपोर्ट दी परमाणु परमाणु भौतिकी की वर्तमान स्थिति में "न्यूट्रॉन" शब्द का प्रयोग दो कणों को निरूपित करने के लिए किया जाता है, जिन्हें अब न्यूट्रॉन और न्यूट्रिनो कहा जाता है। "उदाहरण के लिए, पॉली के प्रस्ताव के अनुसार," फर्मी कहते हैं, "यह कल्पना करना संभव होगा कि परमाणु नाभिक के अंदर न्यूट्रॉन हैं, जो एक साथ पी-कणों के साथ उत्सर्जित होंगे। ये न्यूट्रॉन व्यावहारिक रूप से पदार्थ की बड़ी परतों से गुजर सकते हैं। अपनी ऊर्जा खोए बिना, और इसलिए, वे व्यावहारिक रूप से अप्राप्य होंगे। न्यूट्रॉन का अस्तित्व, निस्संदेह, कुछ को अभी तक समझ में नहीं आने वाले प्रश्नों की व्याख्या कर सकता है, जैसे कि परमाणु नाभिक के आँकड़े, कुछ नाभिक के विषम eigenmoments, और यह भी, शायद, मर्मज्ञ विकिरण की प्रकृति।" दरअसल, जब पी-इलेक्ट्रॉनों से उत्सर्जित और पदार्थ द्वारा खराब अवशोषित कण की बात आती है, तो न्यूट्रिनो को ध्यान में रखना आवश्यक है। यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि 1932 में न्यूट्रॉन और न्यूट्रिनो की समस्याएँ अत्यधिक भ्रमित थीं। सिद्धांतकारों और प्रयोगकर्ताओं द्वारा मौलिक और शब्दावली दोनों कठिनाइयों को हल करने में एक वर्ष का कठिन परिश्रम लगा।

"न्यूट्रॉन की खोज के बाद," पाउली ने कहा, "रोम में सेमिनारों में, फर्मी ने β-क्षय में उत्सर्जित मेरे नए कण को भारी न्यूट्रॉन से अलग करने के लिए" न्यूट्रिनो "कहना शुरू किया। यह इतालवी नाम आम तौर पर स्वीकार किया गया।"

1930 के दशक में, फर्मी के सिद्धांत को पॉज़िट्रॉन क्षय (विक, 1934) और नाभिक के कोणीय गति में परिवर्तन के साथ संक्रमण के लिए सामान्यीकृत किया गया था (गैमो और टेलर, 1937)।

न्यूट्रिनो के "भाग्य" की तुलना एक इलेक्ट्रॉन के "भाग्य" से की जा सकती है। दोनों कण पहले काल्पनिक थे - इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों के अनुसार पदार्थ की परमाणु संरचना लाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन पेश किया गया था, और न्यूट्रिनो - β-क्षय की प्रक्रिया में ऊर्जा के संरक्षण के कानून को बचाने के लिए। और बहुत बाद में उन्हें असली के रूप में खोजा गया।

1962 में यह पाया गया कि दो अलग-अलग न्यूट्रिनो हैं: इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन। 1964 में, तथाकथित का गैर-संरक्षण। संयुक्त समता (ली त्सुंग-दाओ और यांग जेन-निंग द्वारा प्रस्तुत और स्वतंत्र रूप से एलडी लांडौ द्वारा 1956 में), जिसका अर्थ है समय प्रतिबिंब के संचालन के दौरान शारीरिक प्रक्रियाओं के व्यवहार पर सामान्य विचारों को संशोधित करने की आवश्यकता।

अजीब कणों की खोज

40 के दशक के अंत - 50 के दशक के प्रारंभ में असामान्य गुणों वाले कणों के एक बड़े समूह की खोज द्वारा चिह्नित किया गया था, जिसे "अजीब" कहा जाता है। ब्रह्मांडीय किरणें, त्वरक पर अजीब कणों की बाद की खोज की गई - ऐसे इंस्टॉलेशन जो तेज प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के तीव्र प्रवाह का निर्माण करते हैं। पदार्थ से टकराने पर, त्वरित प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन नए प्राथमिक कणों को जन्म देते हैं, जो अध्ययन का विषय बन जाते हैं।

1947 में, बटलर और रोचेस्टर ने विल्सन कक्ष में दो कणों का अवलोकन किया, जिन्हें वी-कण कहा जाता है। दो पटरियों को देखा गया, जैसे कि लैटिन अक्षर वी। दो पटरियों के गठन ने संकेत दिया कि कण अस्थिर हैं और दूसरे, हल्के वाले में क्षय हो गए हैं। V-कणों में से एक उदासीन था और विपरीत आवेश वाले दो आवेशित कणों में विघटित हो गया था। (बाद में इसे न्यूट्रल के-मेसन से पहचाना गया, जो सकारात्मक और नकारात्मक पियॉन में बदल जाता है)। दूसरे को आवेशित किया गया और कम द्रव्यमान वाले आवेशित कण और एक तटस्थ कण में विघटित हो गया। (बाद में इसकी पहचान एक आवेशित K + -मेसन के साथ की गई, जो आवेशित और तटस्थ पियोन में बदल जाता है)।

वी-कण पहली नज़र में, एक और व्याख्या स्वीकार करते हैं: उनकी उपस्थिति की व्याख्या कणों के क्षय के रूप में नहीं, बल्कि एक बिखरने की प्रक्रिया के रूप में की जा सकती है। दरअसल, अंतिम अवस्था में एक आवेशित कण के गठन के साथ एक नाभिक पर एक आवेशित कण के बिखरने की प्रक्रिया, साथ ही दो आवेशित कणों के निर्माण के साथ एक नाभिक पर एक तटस्थ कण के अकुशल प्रकीर्णन की प्रक्रिया विल्सन में दिखेगी। कक्ष उसी तरह जैसे वी-कणों का क्षय। लेकिन इस तरह की संभावना को इस आधार पर आसानी से खारिज कर दिया गया था कि सघन मीडिया में बिखरने की प्रक्रिया अधिक संभावित है। और वी-घटनाओं को सीसा में नहीं देखा गया, जो विल्सन कक्ष में मौजूद था, लेकिन सीधे कक्ष में ही, जो कम घनत्व (सीसा के घनत्व की तुलना में) के साथ गैस से भरा होता है।

ध्यान दें कि यदि पी-मेसन की प्रायोगिक खोज किसी अर्थ में "अपेक्षित" थी, तो न्यूक्लियॉन इंटरैक्शन की प्रकृति की व्याख्या करने की आवश्यकता के संबंध में, तो वी-कणों की खोज, जैसे म्यूऑन की खोज, साबित हुई एक पूर्ण आश्चर्य।

वी-कणों की खोज और उनकी सबसे "प्राथमिक" विशेषताओं के निर्धारण में एक दशक से अधिक समय लगा। 1947 में इन कणों के पहले अवलोकन के बाद। रोचेस्टर और बटलर ने दो और वर्षों तक अपने प्रयोग जारी रखे, लेकिन वे एक भी कण का निरीक्षण करने में विफल रहे। पहाड़ों में उपकरण को ऊंचा उठाने के बाद ही वी-कणों की फिर से खोज की गई, और नए कणों की भी खोज की गई।

जैसा कि बाद में पता चला, ये सभी अवलोकन एक ही कण - के-मेसन (आवेशित या तटस्थ) के विभिन्न क्षयों के अवलोकन थे।

जन्म के समय V कणों के "व्यवहार" और उसके बाद के क्षय ने उन्हें अजीब कहा है।

प्रयोगशाला में अजीब कण पहली बार 1954 में प्राप्त किए गए थे। फाउलर, शट, थार्नडाइक और व्हाइटमोर, जिन्होंने 1.5 GeV की प्रारंभिक ऊर्जा के साथ ब्रुकहेवन कॉस्मोट्रॉन से आयनों के एक बीम का उपयोग करते हुए, अजीब कणों के साहचर्य गठन की प्रतिक्रियाओं का अवलोकन किया।

50 के दशक की शुरुआत से। प्राथमिक कणों के अध्ययन के लिए त्वरक मुख्य उपकरण बन गए हैं। 70 के दशक में। त्वरक में त्वरित कणों की ऊर्जा दसियों और सैकड़ों अरबों इलेक्ट्रॉन वोल्ट (GeV) के बराबर होती है। कणों की ऊर्जा को बढ़ाने की इच्छा इस तथ्य के कारण है कि उच्च ऊर्जाएं कम दूरी पर पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने की संभावना को खोलती हैं, टकराने वाले कणों की ऊर्जा जितनी अधिक होती है। त्वरक ने नए डेटा प्राप्त करने की दर में काफी वृद्धि की है और कुछ ही समय में माइक्रोवर्ल्ड के गुणों के बारे में हमारे ज्ञान का विस्तार और समृद्ध किया है। अजीब कणों का अध्ययन करने के लिए त्वरक के उपयोग ने उनके गुणों, विशेष रूप से उनके क्षय की विशेषताओं का अधिक विस्तार से अध्ययन करना संभव बना दिया, और जल्द ही एक महत्वपूर्ण खोज हुई: ऑपरेशन के दौरान कुछ माइक्रोप्रोसेस की विशेषताओं को बदलने की संभावना का स्पष्टीकरण दर्पण प्रतिबिंब का - तथाकथित। रिक्त स्थान का उल्लंघन, समता (1956)। अरबों इलेक्ट्रॉन वोल्ट की ऊर्जा के साथ प्रोटॉन त्वरक के कमीशन ने भारी एंटीपार्टिकल्स की खोज करना संभव बना दिया: एंटीप्रोटॉन (1955), एंटीन्यूट्रॉन (1956), एंटीसिग्मा हाइपरॉन (1960)। 1964 में, सबसे भारी हाइपरॉन डब्ल्यू - की खोज की गई थी (लगभग दो प्रोटॉन द्रव्यमान के द्रव्यमान के साथ)।

अनुनाद।

1960 के दशक में। बड़ी संख्या में अत्यंत अस्थिर (अन्य अस्थिर प्राथमिक कणों की तुलना में) कण, जिन्हें "अनुनाद" कहा जाता है। अधिकांश प्रतिध्वनि के द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक होते हैं, त्वरक पर खोजे गए थे। प्राथमिक कणों का बड़ा हिस्सा बनाते हैं।

3/2 के कुल समस्थानिक स्पिन और 3/2 के क्षण के साथ पी-मेसन और न्यूक्लियॉन की मजबूत बातचीत से न्यूक्लियॉन में एक उत्तेजित अवस्था का आभास होता है। बहुत ही कम समय (लगभग 10 -23 सेकेंड) के भीतर यह अवस्था एक न्यूक्लियॉन और एक पी-मेसन में क्षय हो जाती है। चूँकि इस अवस्था में स्थिर प्राथमिक कणों की तरह काफी निश्चित क्वांटम संख्याएँ होती हैं, इसलिए इसे कण कहना स्वाभाविक था। इस राज्य के बहुत कम जीवनकाल पर जोर देने के लिए, इसे और इसी तरह की अल्पकालिक अवस्थाओं को अनुनाद कहा जाता था।

1952 में फर्मी द्वारा खोजे गए न्यूक्लियॉन रेजोनेंस को बाद में डी 3/2 3/2 आइसोबार कहा गया (इस तथ्य को उजागर करने के लिए कि डी आइसोबार का स्पिन और आइसोटोपिक स्पिन 3/2 है)। चूंकि अनुनादों का जीवनकाल महत्वहीन होता है, इसलिए उन्हें सीधे नहीं देखा जा सकता है, इसी तरह "साधारण" प्रोटॉन, पी-मेसन और म्यूऑन कैसे देखे जाते हैं (ट्रैक उपकरणों में उनके ट्रैक द्वारा)। कणों के बिखरने वाले क्रॉस सेक्शन के विशिष्ट व्यवहार के साथ-साथ उनके क्षय उत्पादों के गुणों का अध्ययन करके अनुनादों की खोज की जाती है। अधिकांश ज्ञात प्राथमिक कण प्रतिध्वनि के समूह से संबंधित हैं।

प्राथमिक कणों के भौतिकी के लिए डी-रेजोनेंस की खोज का बहुत महत्व था।

ध्यान दें कि उत्तेजित अवस्थाएँ या प्रतिध्वनि भौतिकी की पूरी तरह से नई वस्तु नहीं हैं। वे पहले परमाणु और परमाणु भौतिकी में जाने जाते थे, जहाँ उनका अस्तित्व परमाणु की समग्र प्रकृति (एक नाभिक और इलेक्ट्रॉनों से निर्मित) और एक नाभिक (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से निर्मित) से जुड़ा होता है। परमाणु राज्यों के गुणों के लिए, वे केवल विद्युत चुम्बकीय संपर्क द्वारा निर्धारित होते हैं। उनके क्षय की छोटी संभावनाएं विद्युत चुम्बकीय संपर्क की निरंतरता की छोटीता से जुड़ी होती हैं।

उत्तेजित अवस्थाएँ न केवल न्यूक्लियॉन के लिए मौजूद होती हैं (इस मामले में, कोई इसके समदाब रेखीय अवस्थाओं की बात करता है), बल्कि पी-मेसन के लिए भी (इस मामले में, कोई मेसन प्रतिध्वनि की बात करता है)।

"मजबूत बातचीत में प्रतिध्वनि की उपस्थिति का कारण स्पष्ट नहीं है," फेनमैन लिखते हैं। मौलिक सिद्धांत के लिए प्रतिध्वनि का अस्तित्व स्पष्ट नहीं है। "

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परिचय।

इलेक्ट्रॉन से न्यूट्रिनो तक

इलेक्ट्रॉन

फोटोन

प्रोटोन

न्यूट्रॉन

पोजीट्रान

Peonies और Muons। मेसोन की खोज

न्युट्रीनो

विचित्रता से आकर्षण तक

अजीब कणों की खोज

अनुनाद।

"मंत्रमुग्ध" कण

निष्कर्ष

साहित्य

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परिचय

प्राथमिक कणों की खोज का इतिहास

आज तक ज्ञात विभिन्न प्रकार के प्राथमिक कणों में कमोबेश सामंजस्यपूर्ण वर्गीकरण प्रणाली पाई जाती है।

प्राथमिक कणों को तीन समूहों में बांटा गया है: फोटॉन, लेप्टान और हैड्रॉन।

फोटॉन के समूह में एक एकल कण शामिल है - एक फोटॉन, जो विद्युत चुम्बकीय संपर्क का वाहक है।

इलेक्ट्रॉन

शायद ये इलेक्ट्रान दुनिया हैं जहाँ पाँच महाद्वीप हैं, कला, ज्ञान, युद्ध, सिंहासन और चालीस सदियों की स्मृति!

वालेरी ब्रायसोव की कविता "द वर्ल्ड ऑफ द इलेक्ट्रॉन" 13 अगस्त, 1922 को लिखी गई थी।

फोटोन

एक फोटॉन प्रकाश की एक "एनिमेटेड" प्लैंक क्वांटम है, अर्थात। एक आवेग ले जाने वाले प्रकाश की मात्रा।

प्लांक नियतांक के लागू होने के बाद भी स्थिति स्पष्ट नहीं हुई।

प्रोटोन

प्रोटॉन की खोज ई. रदरफोर्ड ने 1919 में परमाणु नाभिक के साथ अल्फा कणों की परस्पर क्रिया के अध्ययन में की थी।

न्यूट्रॉन

पोजीट्रान

Peonies और muons। मेसोन की खोज

न्युट्रीनो

अजीब कणों की खोज

जैसा कि बाद में पता चला, ये सभी अवलोकन एक ही कण - के-मेसन (आवेशित या तटस्थ) के विभिन्न क्षयों के अवलोकन थे।

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अनुनाद।

प्राथमिक कणों के भौतिकी के लिए डी-रेजोनेंस की खोज का बहुत महत्व था।

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