मेसन - ये कण क्या हैं? मेसन की अवधारणा, विवरण, गुण और प्रकार

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

20वीं सदी के मध्य तक, "कण चिड़ियाघर" की अवधारणा भौतिकी में दिखाई दी, जिसका अर्थ है पदार्थ के विभिन्न प्राथमिक घटक, जिनका वैज्ञानिकों को पर्याप्त शक्तिशाली त्वरक बनाए जाने के बाद सामना करना पड़ा। "चिड़ियाघर" के सबसे अधिक निवासियों में से एक मेसन नामक वस्तुएं थीं। कणों का यह परिवार, बेरियन के साथ, हैड्रोन के बड़े समूह में शामिल है। उनके अध्ययन ने पदार्थ की संरचना के गहरे स्तर तक प्रवेश करना संभव बना दिया और इसके बारे में ज्ञान के क्रम में मौलिक कणों और अंतःक्रियाओं के आधुनिक सिद्धांत - मानक मॉडल में योगदान दिया।

खोज इतिहास

1930 के दशक की शुरुआत में, परमाणु नाभिक की संरचना को स्पष्ट किए जाने के बाद, इसके अस्तित्व को सुनिश्चित करने वाली शक्तियों की प्रकृति के बारे में सवाल उठे। यह स्पष्ट था कि नाभिकों को बांधने वाली अंतःक्रिया अत्यंत तीव्र होनी चाहिए और कुछ कणों के आदान-प्रदान के माध्यम से की जानी चाहिए। 1934 में जापानी सिद्धांतकार एच. युकावा द्वारा की गई गणना से पता चला कि ये वस्तुएं द्रव्यमान में इलेक्ट्रॉन से 200-300 गुना बड़ी हैं और,क्रमशः, प्रोटॉन से कई गुना कम। बाद में उन्हें मेसन का नाम मिला, जिसका ग्रीक में अर्थ है "मध्य"। हालांकि, बहुत अलग कणों के द्रव्यमान की निकटता के कारण उनकी पहली प्रत्यक्ष पहचान एक "मिसफायर" साबित हुई।

1936 में, ब्रह्मांडीय किरणों में युकावा की गणना के अनुरूप द्रव्यमान वाली वस्तुओं (उन्हें म्यू-मेसन कहा जाता था) की खोज की गई थी। ऐसा लग रहा था कि परमाणु बलों की वांछित मात्रा मिल गई है। लेकिन फिर यह पता चला कि म्यू-मेसन ऐसे कण हैं जो न्यूक्लियंस के बीच विनिमय बातचीत से संबंधित नहीं हैं। वे, इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो के साथ, सूक्ष्म जगत में वस्तुओं के दूसरे वर्ग से संबंधित हैं - लेप्टान। कणों का नाम बदलकर म्यूऑन कर दिया गया और खोज जारी रही।

युकावा क्वांटा केवल 1947 में खोजा गया था और इसे "पी-मेसन्स" या पियोन कहा जाता था। यह पता चला कि एक विद्युत आवेशित या तटस्थ पाई-मेसन वास्तव में वह कण है जिसका विनिमय न्यूक्लियॉन को नाभिक में सह-अस्तित्व की अनुमति देता है।

मेसन संरचना

यह लगभग तुरंत स्पष्ट हो गया: चपरासी "कण चिड़ियाघर" में अकेले नहीं, बल्कि कई रिश्तेदारों के साथ आए। हालांकि, इन कणों की संख्या और विविधता के कारण यह स्थापित करना संभव था कि वे कम संख्या में मूलभूत वस्तुओं के संयोजन हैं। क्वार्क ऐसे संरचनात्मक तत्व निकले।

मेसन एक क्वार्क और एक एंटीक्वार्क की एक बाध्य अवस्था है (कनेक्शन मजबूत अंतःक्रिया के क्वांटा के माध्यम से किया जाता है - ग्लून्स)। क्वार्क का "मजबूत" चार्ज एक क्वांटम संख्या है, जिसे पारंपरिक रूप से "रंग" कहा जाता है। हालांकि, सभी हैड्रोनऔर उनमें मेसन रंगहीन हैं। इसका क्या मतलब है? एक मेसन एक क्वार्क और विभिन्न प्रकार के एक एंटीक्वार्क द्वारा बनाया जा सकता है (या, जैसा कि वे कहते हैं, स्वाद, "स्वाद"), लेकिन यह हमेशा रंग और एंटीकलर को जोड़ता है। उदाहरण के लिए, π⁺-मेसन यू-क्वार्क - एंटी-डी-क्वार्क (यूडी̄) की एक जोड़ी से बनता है, और उनके रंग शुल्क का संयोजन "नीला - एंटी- नीला", "लाल - लाल-विरोधी" या हरा-विरोधी-हरा। ग्लून्स के आदान-प्रदान से क्वार्क का रंग बदल जाता है, जबकि मेसन रंगहीन रहता है।

पुरानी पीढ़ियों के क्वार्क, जैसे कि एस, सी और बी, उनके द्वारा बनाए गए मेसॉन को संबंधित स्वाद देते हैं - विचित्रता, आकर्षण और आकर्षण, जो उनकी अपनी क्वांटम संख्याओं द्वारा व्यक्त किया जाता है। मेसन का पूर्णांक विद्युत आवेश इसे बनाने वाले कणों और प्रतिकणों के भिन्नात्मक आवेशों से बना होता है। इस जोड़ी के अलावा, जिसे वैलेंस क्वार्क कहा जाता है, मेसन में कई ("समुद्र") आभासी जोड़े और ग्लून्स शामिल हैं।

मेसन और मौलिक ताकतें

मेसन, या यों कहें, क्वार्क जो उन्हें बनाते हैं, मानक मॉडल द्वारा वर्णित सभी प्रकार के इंटरैक्शन में भाग लेते हैं। अंतःक्रिया की तीव्रता का सीधा संबंध इसके कारण होने वाली प्रतिक्रियाओं की समरूपता से है, अर्थात कुछ मात्राओं के संरक्षण से।

कमजोर प्रक्रियाएं सबसे कम तीव्र होती हैं, वे ऊर्जा, विद्युत आवेश, संवेग, कोणीय गति (स्पिन) का संरक्षण करती हैं - दूसरे शब्दों में, केवल सार्वभौमिक समरूपता कार्य करती हैं। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन में, मेसॉन की समता और स्वाद क्वांटम संख्या भी संरक्षित होती है। ये वे प्रक्रियाएं हैं जो प्रतिक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैंक्षय।

मजबूत अंतःक्रिया सबसे सममित है, अन्य मात्राओं को संरक्षित करना, विशेष रूप से, आइसोस्पिन। यह आयन एक्सचेंज के माध्यम से नाभिक में न्यूक्लियंस की अवधारण के लिए जिम्मेदार है। आवेशित पाई-मेसनों को उत्सर्जित और अवशोषित करके, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन परस्पर परिवर्तन से गुजरते हैं, और एक तटस्थ कण के आदान-प्रदान के दौरान, प्रत्येक न्यूक्लियॉन स्वयं ही रहता है। इसे क्वार्क के स्तर पर कैसे प्रदर्शित किया जा सकता है, यह नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

मजबूत अंतःक्रिया मेसनों के नाभिकों द्वारा प्रकीर्णन, हैड्रॉन टक्करों में उनके उत्पादन और अन्य प्रक्रियाओं को भी नियंत्रित करती है।

क्वार्कोनियम क्या है

एक ही स्वाद के क्वार्क और एक एंटीक्वार्क के संयोजन को क्वार्कोनिया कहा जाता है। यह शब्द आमतौर पर मेसॉन पर लागू होता है जिसमें बड़े पैमाने पर सी- और बी-क्वार्क होते हैं। एक अत्यधिक भारी टी-क्वार्क के पास एक बाध्य अवस्था में प्रवेश करने का समय नहीं होता है, तुरंत हल्के में क्षय हो जाता है। संयोजन cc̄ को चारमोनियम कहा जाता है, या छिपे हुए आकर्षण वाला एक कण (J/ψ-meson); संयोजन bb̄ बॉटोनियम है, जिसमें एक छिपा हुआ आकर्षण (Υ-मेसन) है। दोनों को कई गुंजयमान - उत्तेजित - अवस्थाओं की उपस्थिति की विशेषता है।

प्रकाश घटकों द्वारा निर्मित कण - uū, dd̄ या ss̄ - स्वादों का एक सुपरपोजिशन (सुपरपोजिशन) हैं, क्योंकि इन क्वार्कों के द्रव्यमान मूल्य में करीब हैं। इस प्रकार, तटस्थ π⁰-मेसन uū और dd̄ राज्यों का एक सुपरपोजिशन है, जिसमें क्वांटम संख्याओं का एक ही सेट होता है।

मेसन अस्थिरता

कण और प्रतिकण के संयोजन से परिणाम होता हैकि किसी भी मेसन का जीवन उनके विनाश में समाप्त हो जाता है। जीवनकाल इस बात पर निर्भर करता है कि कौन सी बातचीत क्षय को नियंत्रित करती है।

• मेसन जो "मजबूत" विनाश के चैनल के माध्यम से क्षय हो जाते हैं, कहते हैं, नए मेसन के बाद के जन्म के साथ ग्लून्स में, बहुत लंबे समय तक नहीं रहते हैं - 10^-20 - 10 ^{- 21} पृ. ऐसे कणों का एक उदाहरण क्वार्कोनिया है।
• विद्युतचुंबकीय विनाश भी काफी तीव्र है: π⁰-मेसन का जीवनकाल, जिसका क्वार्क-एंटीक्वार्क युग्म लगभग 99% की संभावना के साथ दो फोटॉनों में नष्ट हो जाता है, लगभग है 8 10 -17 ^स.
• कमजोर विनाश (लेप्टान में क्षय) बहुत कम तीव्रता के साथ होता है। इस प्रकार, एक आवेशित शेर (π⁺ – ud̄ – या π^- – dū) काफी लंबा रहता है – औसतन 2.6 10-8 ^{s और आमतौर पर एक म्यूऑन और एक न्यूट्रिनो (या संबंधित एंटीपार्टिकल्स) में बदल जाता है।}

अधिकांश मेसन तथाकथित हैड्रॉन अनुनाद हैं, अल्पकालिक (10^-22 – 10^-24 c) परिघटनाएं जो कुछ उच्च ऊर्जा श्रेणियों में होते हैं, जो परमाणु की उत्तेजित अवस्थाओं के समान होते हैं। वे डिटेक्टरों पर पंजीकृत नहीं हैं, लेकिन प्रतिक्रिया के ऊर्जा संतुलन के आधार पर गणना की जाती है।

स्पिन, कक्षीय गति और समता

बैरियन के विपरीत, मेसन प्राथमिक कण होते हैं जिनका स्पिन नंबर (0 या 1) का पूर्णांक मान होता है, यानी वे बोसॉन होते हैं। क्वार्क फ़र्मियन होते हैं और उनमें आधा-पूर्णांक स्पिन ½ होता है। यदि एक क्वार्क और एक प्रतिक्वार्क के संवेग आघूर्ण समान्तर हैं, तो उनकायोग - मेसन स्पिन - 1 के बराबर है, यदि विरोधी समानांतर है, तो यह शून्य के बराबर होगा।

घटकों के एक जोड़े के पारस्परिक संचलन के कारण, मेसन में एक कक्षीय क्वांटम संख्या भी होती है, जो इसके द्रव्यमान में योगदान करती है। कक्षीय गति और स्पिन कण की कुल कोणीय गति को निर्धारित करते हैं, जो स्थानिक, या पी-समता (दर्पण उलटा के संबंध में तरंग फ़ंक्शन की एक निश्चित समरूपता) की अवधारणा से जुड़े होते हैं। स्पिन एस और आंतरिक (कण के संदर्भ के अपने फ्रेम से संबंधित) पी-समता के संयोजन के अनुसार, निम्न प्रकार के मेसन प्रतिष्ठित हैं:

• छद्म - सबसे हल्का (एस=0, पी=-1);
• वेक्टर (एस=1, पी=-1);
• अदिश (एस=0, पी=1);
• छद्म-सदिश (एस=1, पी=1)।

अंतिम तीन प्रकार बहुत बड़े मेसन हैं, जो उच्च ऊर्जा वाले राज्य हैं।

समस्थानिक और एकात्मक समरूपता

मेसोन के वर्गीकरण के लिए एक विशेष क्वांटम संख्या - समस्थानिक स्पिन का उपयोग करना सुविधाजनक है। मजबूत प्रक्रियाओं में, समान आइसोस्पिन मान वाले कण उनके विद्युत आवेश की परवाह किए बिना सममित रूप से भाग लेते हैं, और एक वस्तु के विभिन्न आवेश राज्यों (आइसोस्पिन अनुमानों) के रूप में प्रतिनिधित्व किया जा सकता है। ऐसे कणों का एक समूह, जो द्रव्यमान में बहुत करीब होते हैं, एक आइसोमल्टीप्लेट कहलाते हैं। उदाहरण के लिए, पायन आइसोट्रिप्लेट में तीन अवस्थाएं शामिल हैं: π⁺, π⁰ और π^--मेसन.

आइसोस्पिन के मान की गणना सूत्र I=(N–1)/2 द्वारा की जाती है, जहां N गुणक में कणों की संख्या है। इस प्रकार, एक शेर का आइसोस्पिन 1 के बराबर होता है, और इसके प्रक्षेपण I_z एक विशेष चार्ज मेंस्थान क्रमशः +1, 0 और -1 हैं। चार अजीब मेसन - काओन - दो आइसोडबल बनाते हैं: K⁺ और K⁰ आइसोस्पिन +½ और विचित्रता +1 और एंटीपार्टिकल्स K के डबल के साथ- ^{और के̄}0^{, जिसके लिए ये मान ऋणात्मक हैं।}

हैड्रोन का विद्युत आवेश (मेसन सहित) Q, आइसोस्पिन प्रक्षेपण I_z और तथाकथित हाइपरचार्ज Y (बैरियन संख्या और सभी स्वाद का योग) से संबंधित है नंबर)। यह संबंध निशिजिमा-गेल-मान सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है: Q=I_z + Y/2. यह स्पष्ट है कि एक मल्टीप्लेट के सभी सदस्यों का हाइपरचार्ज समान होता है। मेसों की बेरियन संख्या शून्य होती है।

फिर, मेसन को अतिरिक्त स्पिन और समता के साथ सुपरमल्टीप्लेट्स में समूहीकृत किया जाता है। आठ स्यूडोस्केलर मेसन एक ऑक्टेट बनाते हैं, वेक्टर कण एक नॉन (नौ) बनाते हैं, और इसी तरह। यह एक उच्च स्तरीय समरूपता का प्रकटीकरण है जिसे एकात्मक कहा जाता है।

मेसन और नई भौतिकी की खोज

वर्तमान में, भौतिक विज्ञानी सक्रिय रूप से उन घटनाओं की खोज कर रहे हैं, जिनके विवरण से मानक मॉडल का विस्तार होगा और माइक्रोवर्ल्ड के एक गहरे और अधिक सामान्य सिद्धांत - न्यू फिजिक्स के निर्माण के साथ इससे आगे जाना होगा। यह माना जाता है कि मानक मॉडल इसे सीमित, कम ऊर्जा वाले मामले के रूप में दर्ज करेगा। इस खोज में मेसों का अध्ययन महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

विशेष रुचि विदेशी मेसन हैं - एक संरचना वाले कण जो सामान्य मॉडल के ढांचे में फिट नहीं होते हैं। तो, लार्ज हैड्रॉन में2014 में कोलाइडर ने Z(4430) टेट्राक्वार्क की पुष्टि की, जो दो ud̄cc̄ क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े की एक बाध्य अवस्था है, जो सुंदर बी मेसन का एक मध्यवर्ती क्षय उत्पाद है। ये क्षय कणों के एक काल्पनिक नए वर्ग - लेप्टोक्वार्क की संभावित खोज के संदर्भ में भी दिलचस्प हैं।

मॉडल अन्य विदेशी राज्यों की भी भविष्यवाणी करते हैं जिन्हें मेसन के रूप में वर्गीकृत किया जाना चाहिए, क्योंकि वे मजबूत प्रक्रियाओं में भाग लेते हैं, लेकिन शून्य बेरियन संख्या होती है, जैसे ग्लूबॉल, केवल क्वार्क के बिना ग्लून्स द्वारा गठित। ऐसी सभी वस्तुएं मौलिक अंतःक्रियाओं की प्रकृति के बारे में हमारे ज्ञान को महत्वपूर्ण रूप से भर सकती हैं और सूक्ष्म जगत के भौतिकी के आगे विकास में योगदान कर सकती हैं।