परमाणु शब्द का अर्थ है "अविभाज्य"। यह ग्रीक दार्शनिकों द्वारा सबसे छोटे कणों को निरूपित करने के लिए पेश किया गया था, उनके विचार के अनुसार, पदार्थ होते हैं।

उन्नीसवीं सदी के भौतिकविदों और रसायनज्ञों ने उनके लिए ज्ञात सबसे छोटे कणों के लिए इस शब्द को अपनाया। यद्यपि हम लंबे समय से परमाणुओं को "विभाजित" करने में सक्षम हैं और अविभाज्य होना बंद हो गया है, फिर भी इस शब्द को संरक्षित किया गया है। हमारे वर्तमान विचार के अनुसार परमाणु में सबसे छोटे कण होते हैं, जिन्हें हम कहते हैं प्राथमिक कण. अन्य प्राथमिक कण भी हैं जो वास्तव में परमाणुओं के घटक नहीं हैं। वे आमतौर पर शक्तिशाली साइक्लोट्रॉन, सिंक्रोट्रॉन और अन्य कण त्वरक का उपयोग करके उत्पादित किए जाते हैं जो विशेष रूप से इन कणों का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। वे तब भी उत्पन्न होते हैं जब कॉस्मिक किरणें वातावरण से गुजरती हैं। ये प्राथमिक कण एक सेकंड के कुछ मिलियनवें हिस्से के बाद क्षय हो जाते हैं, और अक्सर उनके प्रकट होने के बाद भी कम समय में। क्षय के परिणामस्वरूप, वे या तो बदल जाते हैं, अन्य प्राथमिक कणों में बदल जाते हैं, या विकिरण के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं।

प्राथमिक कणों का अध्ययन अल्पकालिक प्राथमिक कणों की बढ़ती संख्या पर केंद्रित है। यद्यपि यह समस्या बहुत महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से, क्योंकि यह भौतिकी के सबसे मौलिक नियमों से जुड़ी है, फिर भी, कणों का अध्ययन वर्तमान में भौतिकी की अन्य शाखाओं से लगभग अलगाव में किया जाता है। इस कारण से, हम खुद को केवल उन कणों पर विचार करने तक सीमित रखेंगे जो सबसे आम सामग्री के स्थायी घटक हैं, साथ ही कुछ कण जो उनके बहुत करीब हैं। उन्नीसवीं शताब्दी के अंत में खोजे गए प्राथमिक कणों में से पहला इलेक्ट्रॉन था, जो तब एक अत्यंत उपयोगी सेवक बन गया। रेडियो ट्यूबों में, इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह निर्वात में चलता है; और यह इस प्रवाह को समायोजित करके है कि आने वाले रेडियो संकेतों को बढ़ाया जाता है और ध्वनि या शोर में परिवर्तित किया जाता है। एक टेलीविजन सेट में, इलेक्ट्रॉन बीम एक पेन के रूप में कार्य करता है जो रिसीवर स्क्रीन पर तुरंत और सटीक रूप से दोहराता है जो ट्रांसमीटर का कैमरा देखता है। इन दोनों स्थितियों में, इलेक्ट्रॉन निर्वात में गति करते हैं, ताकि यदि संभव हो तो, कुछ भी उनके आंदोलन में हस्तक्षेप न करे। एक अन्य उपयोगी गुण गैस के माध्यम से गुजरने, इसे चमकने की उनकी क्षमता है। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉनों को एक निश्चित दबाव पर गैस से भरी कांच की नली से गुजरने की अनुमति देकर, हम इस घटना का उपयोग नियॉन प्रकाश उत्पन्न करने के लिए करते हैं, जिसका उपयोग रात में बड़े शहरों को रोशन करने के लिए किया जाता है। और यहाँ इलेक्ट्रॉनों के साथ एक और मुलाकात है: बिजली चमकी, और असंख्य इलेक्ट्रॉनों, हवा की मोटाई को तोड़ते हुए, गड़गड़ाहट की एक रोलिंग ध्वनि पैदा करते हैं।

हालांकि, स्थलीय स्थितियों में अपेक्षाकृत कम संख्या में इलेक्ट्रॉन होते हैं जो स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकते हैं, जैसा कि हमने पिछले उदाहरणों में देखा था। उनमें से अधिकांश परमाणुओं में सुरक्षित रूप से बंधे हैं। चूँकि परमाणु का नाभिक धनावेशित होता है, यह ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों को अपनी ओर आकर्षित करता है, जिससे वे उन कक्षाओं में रहने के लिए विवश हो जाते हैं जो नाभिक के अपेक्षाकृत निकट होती हैं। एक परमाणु में आमतौर पर एक नाभिक और कई इलेक्ट्रॉन होते हैं। यदि एक इलेक्ट्रॉन एक परमाणु को छोड़ देता है, तो इसे आमतौर पर तुरंत दूसरे इलेक्ट्रॉन द्वारा बदल दिया जाता है, जिसे परमाणु नाभिक अपने तत्काल वातावरण से बड़ी ताकत से आकर्षित करता है।

यह अद्भुत इलेक्ट्रॉन कैसा दिखता है? उसे न किसी ने देखा है और न कभी देखेगा; और फिर भी हम इसके गुणों को इतनी अच्छी तरह जानते हैं कि हम बहुत विस्तार से भविष्यवाणी कर सकते हैं कि यह सबसे विविध स्थितियों में कैसे व्यवहार करेगा। हम इसका द्रव्यमान (इसका "वजन") और इसका विद्युत आवेश जानते हैं। हम जानते हैं कि ज्यादातर समय वह ऐसा व्यवहार करता है जैसे कि वह बहुत छोटे का सामना कर रहा हो कण, अन्य मामलों में यह गुणों का खुलासा करता है लहर की. एक अत्यंत सारगर्भित, लेकिन साथ ही साथ इलेक्ट्रॉन का बहुत सटीक सिद्धांत कई दशक पहले अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी डिराक द्वारा अपने अंतिम रूप में प्रस्तावित किया गया था। यह सिद्धांत हमें यह निर्धारित करने का अवसर देता है कि इलेक्ट्रॉन किन परिस्थितियों में एक कण की तरह अधिक होगा, और किन परिस्थितियों में इसका तरंग चरित्र प्रबल होगा। यह दोहरी प्रकृति - कण और तरंग - इलेक्ट्रॉन की स्पष्ट तस्वीर देना मुश्किल बनाती है; इसलिए, एक सिद्धांत जो इन दोनों अवधारणाओं को ध्यान में रखता है और फिर भी इलेक्ट्रॉन का पूरा विवरण देता है, वह बहुत ही सारगर्भित होना चाहिए। लेकिन इलेक्ट्रॉन जैसी उल्लेखनीय घटना के वर्णन को मटर और लहरों जैसी सांसारिक छवियों तक सीमित करना अनुचित होगा।

डिराक के इलेक्ट्रॉन के सिद्धांत के परिसर में से एक यह था कि एक प्राथमिक कण होना चाहिए जिसमें इलेक्ट्रॉन के समान गुण हों, सिवाय इसके कि यह सकारात्मक रूप से चार्ज होता है और नकारात्मक चार्ज नहीं होता है। दरअसल, इस तरह के एक इलेक्ट्रॉन जुड़वां की खोज की गई और इसका नाम रखा गया पोजीट्रान. यह कॉस्मिक किरणों का हिस्सा है, और कुछ रेडियोधर्मी पदार्थों के क्षय के परिणामस्वरूप भी होता है। स्थलीय परिस्थितियों में पॉज़िट्रॉन का जीवन छोटा होता है। जैसे ही यह एक इलेक्ट्रॉन के पड़ोस में होता है, और यह सभी पदार्थों में होता है, इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन एक दूसरे को "खत्म" कर देते हैं; पॉज़िट्रॉन का धनात्मक विद्युत आवेश इलेक्ट्रॉन के ऋणात्मक आवेश को निष्क्रिय कर देता है। चूंकि, सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार, द्रव्यमान ऊर्जा का एक रूप है, और चूंकि ऊर्जा "अविनाशी" है, इसलिए इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन के संयुक्त द्रव्यमान द्वारा दर्शाई गई ऊर्जा को किसी तरह संग्रहीत किया जाना चाहिए। यह कार्य एक फोटॉन (प्रकाश की मात्रा), या आमतौर पर दो फोटॉन द्वारा किया जाता है, जो इस घातक टक्कर के परिणामस्वरूप उत्सर्जित होते हैं; उनकी ऊर्जा इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन की कुल ऊर्जा के बराबर होती है।

हम यह भी जानते हैं कि रिवर्स प्रक्रिया भी हो रही है, एक फोटॉन, कुछ शर्तों के तहत, उदाहरण के लिए, एक परमाणु के नाभिक के करीब उड़ान भर सकता है, एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन "कुछ भी नहीं" बना सकता है। इस तरह के निर्माण के लिए, इसकी ऊर्जा कम से कम इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन के कुल द्रव्यमान के अनुरूप ऊर्जा के बराबर होनी चाहिए।

इसलिए, प्राथमिक कण शाश्वत या स्थायी नहीं होते हैं। इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन दोनों आ और जा सकते हैं; हालांकि, ऊर्जा और परिणामी विद्युत प्रभार संरक्षित हैं।

इलेक्ट्रॉन के अपवाद के साथ, किसी भी अन्य कण की तुलना में हमें बहुत पहले ज्ञात प्राथमिक कण पॉज़िट्रॉन नहीं है, जो अपेक्षाकृत दुर्लभ है, लेकिन प्रोटोनहाइड्रोजन परमाणु का नाभिक है। पॉज़िट्रॉन की तरह, यह धनात्मक रूप से आवेशित होता है, लेकिन इसका द्रव्यमान पॉज़िट्रॉन या इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से लगभग दो हज़ार गुना अधिक होता है। इन कणों की तरह, प्रोटॉन कभी-कभी तरंग गुण प्रदर्शित करता है, लेकिन केवल असाधारण विशेष परिस्थितियों में। यह कि इसकी तरंग प्रकृति कम स्पष्ट है, वास्तव में इसके बहुत बड़े द्रव्यमान का प्रत्यक्ष परिणाम है। तरंग प्रकृति, जो सभी पदार्थों की विशेषता है, हमारे लिए तब तक बहुत महत्वपूर्ण नहीं हो जाती जब तक हम इलेक्ट्रॉनों जैसे असाधारण प्रकाश कणों के साथ काम करना शुरू नहीं करते।

प्रोटॉन एक बहुत ही सामान्य कण है। हाइड्रोजन परमाणु में एक प्रोटॉन होता है, जो इसका नाभिक होता है, और एक इलेक्ट्रॉन, जो इसके चारों ओर परिक्रमा करता है। प्रोटॉन भी अन्य सभी परमाणु नाभिकों का हिस्सा है।

सैद्धांतिक भौतिकविदों ने भविष्यवाणी की थी कि इलेक्ट्रॉन की तरह प्रोटॉन में भी एक एंटीपार्टिकल होता है। प्रारंभिक नकारात्मक प्रोटॉनया प्रति प्रोटोन, जिसमें प्रोटॉन के समान गुण होते हैं लेकिन नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, ने इस भविष्यवाणी की पुष्टि की। एक प्रोटॉन के साथ एक एंटीप्रोटोन की टक्कर उन दोनों को उसी तरह "खत्म" कर देती है जैसे कि एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन के टकराव के मामले में।

एक और प्राथमिक कण न्यूट्रॉन, लगभग एक प्रोटॉन के समान द्रव्यमान होता है, लेकिन विद्युत रूप से तटस्थ होता है (बिल्कुल कोई विद्युत आवेश नहीं)। हमारी सदी के तीसवें दशक में इसकी खोज - पॉज़िट्रॉन की खोज के साथ-साथ - परमाणु भौतिकी के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण थी। न्यूट्रॉन सभी परमाणु नाभिक का हिस्सा है (अपवाद के साथ, निश्चित रूप से, हाइड्रोजन परमाणु के साधारण नाभिक का, जो कि केवल एक मुक्त प्रोटॉन है); जब एक परमाणु नाभिक टूटता है, तो यह एक (या अधिक) न्यूट्रॉन छोड़ता है। परमाणु बम का विस्फोट यूरेनियम या प्लूटोनियम के नाभिक से निकलने वाले न्यूट्रॉन के कारण होता है।

चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन मिलकर परमाणु नाभिक बनाते हैं, और दोनों को न्यूक्लियॉन कहा जाता है, कुछ समय बाद, एक मुक्त न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में बदल जाता है।

हम एक अन्य कण से परिचित हैं जिसे कहा जाता है प्रतिन्यूट्रॉन, जो न्यूट्रॉन की तरह विद्युत रूप से तटस्थ है। इसमें न्यूट्रॉन के कई गुण होते हैं, लेकिन मूलभूत अंतरों में से एक यह है कि एक एंटीन्यूट्रॉन एक एंटीप्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में बदल जाता है। टकराने, न्यूट्रॉन और एंटीन्यूट्रॉन एक दूसरे को नष्ट कर देते हैं,

फोटोन, या प्रकाश क्वांटम, एक अत्यंत रोचक प्राथमिक कण। किताब पढ़ना चाहते हैं तो हम बल्ब जलाते हैं। तो, शामिल प्रकाश बल्ब बड़ी संख्या में फोटॉन उत्पन्न करता है जो प्रकाश की गति से पुस्तक के साथ-साथ कमरे के अन्य सभी कोनों में भागते हैं। उनमें से कुछ, दीवारों से टकराते हुए, तुरंत मर जाते हैं, अन्य बार-बार अन्य वस्तुओं की दीवारों से टकराते और उछलते हैं, लेकिन एक सेकंड के दस लाखवें हिस्से से भी कम समय के बाद, वे सभी मर जाते हैं, कुछ को छोड़कर जो खिड़की से भागने और अंतरिक्ष में खिसकने का प्रबंधन करते हैं। फोटॉन उत्पन्न करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की आपूर्ति एक प्रकाश बल्ब के माध्यम से बहने वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा की जाती है जो चालू है; मरने पर, फोटॉन इस ऊर्जा को किसी पुस्तक या अन्य वस्तु को गर्म करके या आंख को देते हैं, जिससे ऑप्टिक तंत्रिकाओं की उत्तेजना होती है।

एक फोटॉन की ऊर्जा, और इसलिए इसका द्रव्यमान अपरिवर्तित नहीं रहता है: बहुत हल्के फोटॉन के साथ-साथ बहुत भारी भी होते हैं। साधारण प्रकाश उत्पन्न करने वाले फोटॉन बहुत हल्के होते हैं, उनका द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का केवल कुछ मिलियनवां भाग होता है। अन्य फोटॉन का द्रव्यमान लगभग एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है, और इससे भी अधिक। भारी फोटॉन के उदाहरण एक्स-रे और गामा किरणें हैं।

यहाँ एक सामान्य नियम है: प्राथमिक कण जितना हल्का होगा, उसकी तरंग प्रकृति उतनी ही अधिक अभिव्यंजक होगी। सबसे भारी प्राथमिक कण - प्रोटॉन - अपेक्षाकृत कमजोर तरंग विशेषताओं को प्रकट करते हैं; वे इलेक्ट्रॉनों के लिए कुछ हद तक मजबूत हैं; सबसे मजबूत फोटॉन के होते हैं। वास्तव में, प्रकाश की तरंग प्रकृति की खोज इसकी कणिका विशेषताओं की तुलना में बहुत पहले की गई थी। हम जानते हैं कि प्रकाश विद्युत चुम्बकीय तरंगों की गति से ज्यादा कुछ नहीं है क्योंकि मैक्सवेल ने पिछली शताब्दी के उत्तरार्ध के दौरान इसका प्रदर्शन किया था, लेकिन बीसवीं शताब्दी के भोर में यह प्लैंक और आइंस्टीन थे जिन्होंने यह पाया कि प्रकाश में कणिका संबंधी विशेषताएं भी होती हैं। यह कभी-कभी अलग "क्वांटा" के रूप में उत्सर्जित होता है, या, दूसरे शब्दों में, फोटॉन की एक धारा के रूप में। इस बात से इनकार नहीं किया जा सकता है कि प्रकाश की प्रकृति की इन दो स्पष्ट रूप से भिन्न धारणाओं को हमारे दिमाग में एक साथ जोड़ना और एक साथ विलय करना मुश्किल है; लेकिन हम कह सकते हैं कि, इलेक्ट्रॉन की "दोहरी प्रकृति" की तरह, प्रकाश जैसी मायावी घटना की हमारी अवधारणा बहुत ही सारगर्भित होनी चाहिए। और केवल जब हम अपने विचार को कच्चे शब्दों में व्यक्त करना चाहते हैं, तो हमें कभी-कभी प्रकाश की तुलना कणों की एक धारा, फोटॉन या विद्युत चुम्बकीय प्रकृति की तरंग गति से करनी चाहिए।

घटना की कणिका प्रकृति और इसके "लहर" गुणों के बीच एक संबंध है। कण जितना भारी होगा, उसकी संगत तरंगदैर्घ्य उतनी ही कम होगी; तरंगदैर्घ्य जितना लंबा होगा, संगत कण उतना ही हल्का होगा। एक्स-रे, जो बहुत भारी फोटॉन से बने होते हैं, उनके अनुरूप बहुत कम तरंग दैर्ध्य होते हैं। लाल प्रकाश, जिसमें नीले प्रकाश की तुलना में लंबी तरंग दैर्ध्य होती है, नीले प्रकाश फोटॉन की तुलना में हल्के फोटॉन से बनी होती है। अस्तित्व में सबसे लंबी विद्युत चुम्बकीय तरंगें - रेडियो तरंगें - छोटे फोटॉन से बनी होती हैं। ये तरंगें कणों के गुणों को जरा भी प्रदर्शित नहीं करती हैं, उनकी तरंग प्रकृति पूरी तरह से प्रमुख विशेषता है।

और अंत में, सभी छोटे प्राथमिक कणों में सबसे छोटा है न्युट्रीनो. यह विद्युत आवेश से रहित है, और यदि इसका कोई द्रव्यमान है, तो यह शून्य के करीब है। कुछ अतिशयोक्ति के साथ, हम कह सकते हैं कि न्यूट्रिनो केवल गुणों से रहित है।

प्राथमिक कणों के बारे में हमारा ज्ञान भौतिकी की आधुनिक सीमा है। परमाणु की खोज उन्नीसवीं सदी में हुई थी, और उस समय के वैज्ञानिकों ने विभिन्न प्रकार के परमाणुओं की बढ़ती संख्या की खोज की; इसी तरह आज हम अधिक से अधिक प्राथमिक कण पाते हैं। और यद्यपि यह सिद्ध हो चुका है कि परमाणुओं में प्राथमिक कण होते हैं, हम यह उम्मीद नहीं कर सकते कि सादृश्य से यह पाया जाएगा कि प्राथमिक कणों में और भी छोटे कण होते हैं। आज हम जिस समस्या का सामना कर रहे हैं वह बहुत अलग है, और इस बात का ज़रा भी संकेत नहीं है कि हम प्राथमिक कणों को विभाजित कर सकते हैं। इसके बजाय, यह आशा की जानी चाहिए कि यह दिखाया जाएगा कि सभी प्राथमिक कण एक और भी मौलिक घटना की अभिव्यक्ति हैं। और यदि यह स्थापित करना संभव होता, तो हम प्राथमिक कणों के सभी गुणों को समझने में सक्षम होते; उनके द्रव्यमान की गणना कर सकते हैं और वे कैसे बातचीत करते हैं। इस समस्या के समाधान के लिए कई प्रयास किए गए हैं, जो भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं में से एक है।

प्राथमिक कण ऐसे कण होते हैं जिन्हें अभी तक आंतरिक संरचना नहीं मिली है। पिछली शताब्दी में भी, परमाणुओं को प्राथमिक कण माना जाता था। उनकी आंतरिक संरचना - नाभिक और इलेक्ट्रॉन - 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में खोजी गई थी। ई. रदरफोर्ड के प्रयोगों में। परमाणुओं का आकार लगभग 10 -8 सेमी है, नाभिक हजारों गुना छोटा है, और इलेक्ट्रॉनों का आकार बहुत छोटा है। आधुनिक सिद्धांतों और प्रयोगों के अनुसार यह 10 -16 सेमी से कम है।

इस प्रकार, अब इलेक्ट्रॉन एक प्राथमिक कण है। जहां तक ​​नाभिक का संबंध है, उनकी खोज के तुरंत बाद उनकी आंतरिक संरचना का पता चला। वे न्यूक्लियॉन - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने होते हैं। नाभिक काफी घने होते हैं: नाभिक के बीच की औसत दूरी उनके अपने आकार से केवल कुछ गुना होती है। यह पता लगाने के लिए कि न्यूक्लियंस में क्या शामिल है, इसमें लगभग आधी सदी लग गई, हालांकि, साथ ही, प्रकृति के अन्य रहस्य प्रकट हुए और हल हो गए।

न्यूक्लियंस में तीन क्वार्क होते हैं, जो एक इलेक्ट्रॉन के समान सटीकता के साथ प्राथमिक होते हैं, अर्थात, उनकी त्रिज्या 10 -16 सेमी से कम होती है। न्यूक्लियंस की त्रिज्या - क्वार्क के कब्जे वाले क्षेत्र का आकार - लगभग 10 -13 सेमी होता है। कण - बेरियन, तीन अलग-अलग (या समान) क्वार्क से बना होता है। क्वार्क अलग-अलग तरीकों से ट्रिपल बना सकते हैं, और यह एक बेरियन के गुणों में अंतर को निर्धारित करता है, उदाहरण के लिए, इसमें एक अलग स्पिन हो सकता है।

इसके अलावा, क्वार्क जोड़े में मिल सकते हैं - मेसन, जिसमें क्वार्क और एंटीक्वार्क शामिल होते हैं। मेसॉन का स्पिन पूर्णांक मान लेता है, जबकि बेरियन के लिए यह आधा-पूर्णांक मान लेता है। बेरियन और मेसन को मिलाकर हैड्रॉन कहा जाता है।

क्वार्क मुक्त रूप में नहीं पाए गए हैं, और वर्तमान में स्वीकृत अवधारणाओं के अनुसार, वे केवल हैड्रॉन के रूप में मौजूद हो सकते हैं। क्वार्क की खोज से पहले, कुछ समय के लिए हैड्रोन को प्राथमिक कण माना जाता था (और यह नाम अभी भी साहित्य में काफी सामान्य है)।

हैड्रॉन की समग्र संरचना का पहला प्रयोगात्मक संकेत स्टैनफोर्ड (यूएसए) रैखिक त्वरक पर प्रोटॉन द्वारा इलेक्ट्रॉनों के बिखरने पर प्रयोग था, जिसे केवल प्रोटॉन के अंदर कुछ बिंदु वस्तुओं की उपस्थिति मानकर समझाया जा सकता था।

जल्द ही यह स्पष्ट हो गया कि ये क्वार्क थे, जिनके अस्तित्व को सिद्धांतकारों ने पहले भी माना था।

यहाँ आधुनिक प्राथमिक कणों की एक तालिका है। छह प्रकार के क्वार्क के अलावा (प्रयोगों में अब तक केवल पांच ही सामने आए हैं, लेकिन सिद्धांतकारों का सुझाव है कि एक छठा भी है), इस तालिका में लेप्टन - कणों को सूचीबद्ध किया गया है जिनसे इलेक्ट्रॉन भी संबंधित है। इस परिवार में म्यूऑन और (काफी हाल ही में) टी-लेप्टन की भी खोज की गई है। उनमें से प्रत्येक का अपना न्यूट्रिनो होता है, जिससे लेप्टान स्वाभाविक रूप से तीन जोड़े में विभाजित हो जाते हैं e, n e; एम, एन एम; टी, एन टी।

इनमें से प्रत्येक युग्म क्वार्क के संगत युग्म के साथ मिलकर एक चौगुना बनाता है, जिसे पीढ़ी कहते हैं। कणों के गुण पीढ़ी-दर-पीढ़ी दोहराए जाते हैं, जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है। केवल जनता अलग है। दूसरी पीढ़ी पहली से भारी है, और तीसरी पीढ़ी दूसरी से भारी है।

प्रकृति में, पहली पीढ़ी के कण मुख्य रूप से पाए जाते हैं, और बाकी कृत्रिम रूप से आवेशित कण त्वरक पर या वातावरण में ब्रह्मांडीय किरणों की बातचीत के दौरान बनाए जाते हैं।

स्पिन 1/2 क्वार्क और लेप्टान के अलावा, जिसे सामूहिक रूप से पदार्थ के कण कहा जाता है, तालिका में स्पिन 1 वाले कणों को सूचीबद्ध किया गया है। ये पदार्थ के कणों द्वारा बनाए गए क्षेत्रों के क्वांटा हैं। इनमें से सबसे प्रसिद्ध कण फोटॉन है, जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का एक क्वांटम है।

तथाकथित मध्यवर्ती बोसॉन वू+ और वू- , जिनका द्रव्यमान बहुत अधिक है, हाल ही में काउंटर पर प्रयोगों में खोजे गए थे आर- कई सौ GeV की ऊर्जा पर किरणें। ये क्वार्क और लेप्टान के बीच कमजोर अंतःक्रिया के वाहक हैं। और अंत में, ग्लून्स क्वार्क के बीच मजबूत बातचीत के वाहक हैं। स्वयं क्वार्कों की तरह, ग्लून्स मुक्त रूप में नहीं पाए गए हैं, लेकिन हैड्रोन के निर्माण और विनाश की प्रतिक्रियाओं के मध्यवर्ती चरणों में दिखाई देते हैं। हाल ही में, ग्लून्स द्वारा उत्पन्न हैड्रॉन जेट का पता लगाया गया है। चूंकि क्वार्क और ग्लून्स के सिद्धांत की सभी भविष्यवाणियां - क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स - अनुभव से सहमत हैं, ग्लून्स के अस्तित्व के बारे में लगभग कोई संदेह नहीं है।

स्पिन 2 वाला एक कण गुरुत्वाकर्षण है। इसका अस्तित्व आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत, क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों और सापेक्षता के सिद्धांत से उपजा है। प्रयोगात्मक रूप से गुरुत्वाकर्षण का पता लगाना बेहद मुश्किल होगा, क्योंकि यह पदार्थ के साथ बहुत कमजोर रूप से संपर्क करता है।

अंत में, प्रश्न चिह्न वाली तालिका में स्पिन 0 (H-mesons) और 3/2 (ग्रेविटिनो) वाले कण दिखाई देते हैं; वे प्रयोगात्मक रूप से नहीं पाए गए हैं, लेकिन उनका अस्तित्व कई आधुनिक सैद्धांतिक मॉडलों में माना जाता है।

प्राथमिक कण

घुमाना	0?	1/2				1				3/2	2?
शीर्षक	हिग्स कण	पदार्थ के कण				फील्ड क्वांटा
		क्वार्क		लेप्टॉन		फोटोन	वेक्टर बोसॉन		ग्लुओं	ग्रेविटिनो	गुरुत्वाकर्षण
प्रतीक	एच	तुम	डी	नी	इ	जी	जेड	वू	जी
(वजन)	(?)	(?)	(0,5)	(0)	(~95 जीवी)	(~ 80 जीवी)	(?)	(?)
प्रतीक	साथ	एस	एनएम	एम
(वजन)	(0?)	(106)
प्रतीक	टी	बी	एन टू	टी
(वजन)	(0?)	(1784)
बेरियन चार्ज	0	1/3	1/3	0	0	0	0	0	0	0	0
आवेश	0, ± 1	2/3	1/3	0	-1	0	0	±1	0	0	0
रंग	-	3	3	-	-	-	-	-	8	-	-

हैड्रॉन - मजबूत अंतःक्रियाओं में शामिल कणों का सामान्य नाम . यह नाम ग्रीक शब्द से आया है जिसका अर्थ है "मजबूत, बड़ा"। सभी हैड्रॉन दो बड़े समूहों में विभाजित हैं - मेसन और बेरियन।

बेरिऑनों(ग्रीक शब्द से जिसका अर्थ है "भारी") अर्ध-पूर्णांक स्पिन के साथ हैड्रॉन हैं . सबसे प्रसिद्ध बेरियन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन हैं . बेरियन में क्वांटम संख्या वाले कई कण भी शामिल होते हैं, जिन्हें एक बार कहा जाता है विषमता. विचित्रता की इकाई लैम्ब्डा बेरियन (L°) और सिग्मा बेरियोन (S - , S+ और S°) के परिवार के पास है। सूचकांक +, -, 0 विद्युत आवेश या कण की तटस्थता का संकेत देते हैं। बेरियन xy (X - और X°) में विचित्रता की दो इकाइयाँ हैं। बैरियन डब्ल्यू - तीन के बराबर एक विचित्रता है। सूचीबद्ध बेरियोन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग डेढ़ गुना है, और उनका विशिष्ट जीवनकाल लगभग 10 -10 s है। याद रखें कि प्रोटॉन व्यावहारिक रूप से स्थिर है, जबकि न्यूट्रॉन 15 मिनट से अधिक समय तक जीवित रहता है। ऐसा लगता है कि भारी बेरियन बहुत अल्पकालिक हैं, लेकिन सूक्ष्म जगत के पैमाने पर ऐसा नहीं है। ऐसा कण, यहां तक ​​कि अपेक्षाकृत धीमी गति से, प्रकाश की गति के 10% के बराबर गति के साथ, कई मिलीमीटर की दूरी तय करने और प्राथमिक कणों के डिटेक्टर में अपनी छाप छोड़ने का प्रबंधन करता है। बेरियन के गुणों में से एक जो उन्हें अन्य प्रकार के कणों से अलग करता है, उसे संरक्षित बेरियन चार्ज की उपस्थिति माना जा सकता है। यह मान सभी ज्ञात प्रक्रियाओं में स्थिरता के प्रायोगिक तथ्य का वर्णन करने के लिए पेश किया गया था, जिसमें बेरियन और एंटीबैरोन की संख्या के बीच अंतर होता है।

प्रोटोन- हैड्रोन के वर्ग से एक स्थिर कण, हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक। यह कहना मुश्किल है कि किस घटना को प्रोटॉन की खोज माना जाना चाहिए: आखिरकार, हाइड्रोजन आयन के रूप में, यह लंबे समय से जाना जाता है। ई। रदरफोर्ड (1911) द्वारा परमाणु के ग्रहीय मॉडल का निर्माण, और आइसोटोप की खोज (एफ। सोडी, जे। थॉमसन, एफ। एस्टन, 1906-1919), और अल्फा द्वारा हाइड्रोजन नाभिक के अवलोकन को खारिज कर दिया। नाइट्रोजन नाभिक के कणों ने प्रोटॉन की खोज में भूमिका निभाई (ई. रदरफोर्ड, 1919)। 1925 में, पी. ब्लैकेट को एक बादल कक्ष में प्रोटॉन के निशान की पहली तस्वीरें मिलीं (देखें परमाणु विकिरण डिटेक्टर), तत्वों के कृत्रिम परिवर्तन की खोज की पुष्टि करता है। इन प्रयोगों में, ए-कण को ​​नाइट्रोजन नाभिक द्वारा कब्जा कर लिया गया था, जो एक प्रोटॉन उत्सर्जित करता था और ऑक्सीजन समस्थानिक में बदल जाता था।

न्यूट्रॉन के साथ, प्रोटॉन सभी रासायनिक तत्वों के परमाणु नाभिक बनाते हैं, और नाभिक में प्रोटॉन की संख्या किसी दिए गए तत्व की परमाणु संख्या निर्धारित करती है। प्रोटॉन में प्राथमिक आवेश के बराबर धनात्मक विद्युत आवेश होता है, अर्थात इलेक्ट्रॉन आवेश का निरपेक्ष मान। यह प्रयोगात्मक रूप से 10 -21 की सटीकता के साथ सत्यापित किया गया है। प्रोटॉन द्रव्यमान एम p \u003d (938.2796 ± 0.0027) MeV या ~ 1.6-10 -24 g, यानी प्रोटॉन इलेक्ट्रॉन से 1836 गुना भारी है! आधुनिक दृष्टिकोण से, प्रोटॉन एक वास्तविक प्राथमिक कण नहीं है: इसमें दो होते हैं तुम-इलेक्ट्रिक चार्ज के साथ क्वार्क +2/3 (प्राथमिक चार्ज की इकाइयों में) और एक डी-क्वार्क इलेक्ट्रिक चार्ज -1/3 के साथ। क्वार्क अन्य काल्पनिक कणों के आदान-प्रदान से जुड़े हुए हैं - ग्लून्स, क्षेत्र का क्वांटा जो मजबूत बातचीत करता है। प्रायोगिक डेटा, जिसमें प्रोटॉन द्वारा इलेक्ट्रॉनों के बिखरने की प्रक्रियाओं पर विचार किया गया था, वास्तव में प्रोटॉन के अंदर बिंदु बिखरने वाले केंद्रों की उपस्थिति की गवाही देते हैं। ये प्रयोग एक निश्चित अर्थ में रदरफोर्ड के समान हैं, जिसके कारण परमाणु नाभिक की खोज हुई। एक मिश्रित कण के रूप में, प्रोटॉन का परिमित आकार ~ 10 -13 सेमी है, हालांकि, निश्चित रूप से, इसे एक ठोस गेंद के रूप में प्रदर्शित नहीं किया जा सकता है। बल्कि, प्रोटॉन एक फजी सीमा के साथ एक बादल जैसा दिखता है, जिसमें उभरते और नष्ट करने वाले आभासी कण होते हैं।

प्रोटॉन, सभी हैड्रॉन की तरह, प्रत्येक मौलिक बातचीत में भाग लेता है। इसलिए। मजबूत अंतःक्रियाएं नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को बांधती हैं, विद्युत चुम्बकीय बातचीत - परमाणुओं में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों। कमजोर अंतःक्रियाओं के उदाहरण एक न्यूट्रॉन का बीटा क्षय या एक प्रोटॉन का एक न्यूट्रॉन में एक पॉज़िट्रॉन और एक न्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ इंट्रान्यूक्लियर परिवर्तन (एक मुक्त प्रोटॉन के लिए, संरक्षण और रूपांतरण के कानून के कारण ऐसी प्रक्रिया असंभव है) ऊर्जा, चूंकि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान थोड़ा बड़ा होता है)। प्रोटॉन स्पिन 1/2 है। अर्ध-पूर्णांक स्पिन वाले हैड्रॉन को बेरियन कहा जाता है ("भारी" के लिए ग्रीक शब्द से)। बैरियन में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, विभिन्न हाइपरॉन (एल, एस, एक्स, डब्ल्यू) और नए क्वांटम संख्या वाले कई कण शामिल हैं, जिनमें से अधिकांश अभी तक खोजे नहीं गए हैं। बैरियंस को चिह्नित करने के लिए, एक विशेष संख्या पेश की गई है - बेरियन चार्ज, बेरियन के लिए 1 के बराबर, - 1 - एंटीबैरोन के लिए, और ओ - अन्य सभी कणों के लिए। बेरियन चार्ज बेरियन क्षेत्र का स्रोत नहीं है; इसे केवल कणों के साथ प्रतिक्रियाओं में देखी गई नियमितताओं का वर्णन करने के लिए पेश किया गया था। इन नियमितताओं को बेरियन चार्ज संरक्षण कानून के रूप में व्यक्त किया जाता है: सिस्टम में बेरियन और एंटीबैरोन की संख्या के बीच का अंतर किसी भी प्रतिक्रिया में संरक्षित होता है। बैरियन आवेश के संरक्षण से प्रोटॉन का क्षय होना असंभव हो जाता है, क्योंकि यह बैरियनों में सबसे हल्का है। यह कानून प्रकृति में अनुभवजन्य है और निश्चित रूप से, प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किया जाना चाहिए। बैरियन चार्ज के संरक्षण के कानून की सटीकता को प्रोटॉन की स्थिरता की विशेषता है, जिसके जीवनकाल के लिए प्रायोगिक अनुमान कम से कम 1032 वर्षों का मूल्य देता है।

प्राथमिक कण- प्राथमिक, आगे अघुलनशील कण, जिनमें से सभी पदार्थों की रचना मानी जाती है। आधुनिक भौतिकी में, शब्द "प्राथमिक कण" आमतौर पर पदार्थ के सबसे छोटे कणों के एक बड़े समूह को संदर्भित करने के लिए प्रयोग किया जाता है जो परमाणु नहीं हैं (परमाणु देखें) या परमाणु नाभिक (परमाणु नाभिक देखें); अपवाद हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक है - प्रोटॉन।

20वीं सदी के 80 के दशक तक, विज्ञान के लिए 500 से अधिक प्राथमिक कण ज्ञात थे, जिनमें से अधिकांश अस्थिर हैं। प्राथमिक कणों में प्रोटॉन (पी), न्यूट्रॉन (एन), इलेक्ट्रॉन (ई), फोटॉन (γ), पी-मेसन (π), म्यूऑन (μ), भारी लेप्टान (τ +, τ -), तीन प्रकार के न्यूट्रिनो शामिल हैं - इलेक्ट्रॉनिक (वी ई), म्यूऑन (वी μ) और तथाकथित भारी डेप्टन (वी ), साथ ही साथ "अजीब" कण (के-मेसन और हाइपरॉन), विभिन्न अनुनाद, छिपे हुए आकर्षण के साथ मेसन, "आकर्षक" " कण, अपसिलोन कण (Υ), "सुंदर" कण, मध्यवर्ती वेक्टर बोसॉन, आदि। भौतिकी की एक स्वतंत्र शाखा दिखाई दी - प्राथमिक कण भौतिकी।

प्राथमिक कण भौतिकी का इतिहास 1897 में शुरू हुआ, जब जे. जे. थॉमसन ने इलेक्ट्रॉन की खोज की (इलेक्ट्रॉनिक विकिरण देखें); 1911 में, आर. मिलिकन ने इसके विद्युत आवेश के परिमाण को मापा। "फोटॉन" की अवधारणा - प्रकाश की मात्रा - 1900 में प्लैंक (एम। प्लैंक) द्वारा पेश की गई थी। फोटॉन के अस्तित्व के लिए प्रत्यक्ष प्रायोगिक साक्ष्य मिलिकन (1912-1915) और कॉम्पटन (ए.एच. कॉम्पटन, 1922) द्वारा प्राप्त किए गए थे। परमाणु नाभिक के अध्ययन की प्रक्रिया में, ई। रदरफोर्ड ने प्रोटॉन की खोज की (प्रोटॉन विकिरण देखें), और 1932 में चाडविक (जे। चाडविक) - न्यूट्रॉन (न्यूट्रॉन विकिरण देखें)। 1953 में, न्यूट्रिनो का अस्तित्व, जिसकी डब्लू. पाउली ने 1930 में भविष्यवाणी की थी, प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हो गया था।

प्राथमिक कणों को तीन समूहों में बांटा गया है। पहले को एक प्राथमिक कण द्वारा दर्शाया जाता है - एक फोटॉन, एक -क्वांटम, या विद्युत चुम्बकीय विकिरण की मात्रा। दूसरा समूह लेप्टन (ग्रीक लेप्टोस छोटा, हल्का) है, जो विद्युत चुम्बकीय के अलावा, कमजोर अंतःक्रियाओं में भी भाग लेता है। छह लेप्टान ज्ञात हैं: इलेक्ट्रॉन और इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो, म्यूऑन और म्यूऑन न्यूट्रिनो, भारी τ-लेप्टन और संबंधित न्यूट्रिनो। तीसरा - प्राथमिक कणों का मुख्य समूह हैड्रोन (ग्रीक हैड्रोस लार्ज, स्ट्रॉन्ग) है, जो मजबूत इंटरैक्शन (नीचे देखें) सहित सभी प्रकार के इंटरैक्शन में भाग लेते हैं। हैड्रोन में दो प्रकार के कण शामिल होते हैं: बेरियन (ग्रीक बेरीज़ भारी) - आधे-पूर्णांक स्पिन वाले कण और एक प्रोटॉन के द्रव्यमान से कम द्रव्यमान वाले कण, और मेसन (ग्रीक मेसोस माध्यम) - शून्य या पूर्णांक स्पिन वाले कण (इलेक्ट्रॉन देखें) पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस)। बैरियन में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, हाइपरॉन, प्रतिध्वनि का हिस्सा और "मंत्रमुग्ध" कण और कुछ अन्य प्राथमिक कण शामिल हैं। एकमात्र स्थिर बैरियन प्रोटॉन है, बाकी बेरियन अस्थिर हैं (मुक्त अवस्था में न्यूट्रॉन एक अस्थिर कण है, लेकिन स्थिर परमाणु नाभिक के अंदर बाध्य अवस्था में यह स्थिर है। मेसन्स को उनका नाम मिला क्योंकि पहले के द्रव्यमान खोजे गए मेसन - पाई-मेसन और के-मेसन - में एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बीच के मान थे। बाद में, मेसन की खोज की गई, जिसका द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक है। हैड्रोन की विशेषता भी है विचित्रता (एस) - शून्य, सकारात्मक या नकारात्मक क्वांटम संख्या। शून्य विचित्रता वाले हैड्रॉन को सामान्य कहा जाता है, और एस 0 के साथ - अजीब जी। ज़्विग और एम। गेल-मान ने स्वतंत्र रूप से 1964 में हैड्रॉन की क्वार्क संरचना का प्रस्ताव दिया। के परिणाम कई प्रयोगों से संकेत मिलता है कि क्वार्क हैड्रोन के अंदर वास्तविक भौतिक संरचनाएं हैं। इनमें कई असामान्य गुण हैं, उदाहरण के लिए, एक आंशिक विद्युत आवेश, आदि। मुक्त अवस्था में, क्वार्क नहीं देखे जाते हैं चाहे। ऐसा माना जाता है कि सभी हैड्रॉन क्वार्क के विभिन्न संयोजनों के कारण बनते हैं।

प्रारंभ में, रेडियोधर्मी क्षय (रेडियोधर्मिता देखें) और ब्रह्मांडीय विकिरण (देखें) के अध्ययन में प्राथमिक कणों की जांच की गई थी। हालांकि, 20वीं शताब्दी के 50 के दशक से, आवेशित कण त्वरक (देखें) पर प्राथमिक कणों पर शोध किया गया है, जिसमें त्वरित कण एक लक्ष्य पर बमबारी करते हैं या उड़ते हुए कणों से टकराते हैं। इस मामले में, कण एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनका पारस्परिक परिवर्तन होता है। इस प्रकार अधिकांश प्राथमिक कणों की खोज की गई।

प्रत्येक प्राथमिक कण, अपने अंतर्निहित अंतःक्रियाओं की बारीकियों के साथ, पूर्णांक या भिन्नात्मक संख्याओं (क्वांटम संख्या) के रूप में व्यक्त कुछ भौतिक मात्राओं के असतत मूल्यों के एक सेट द्वारा वर्णित किया गया है। सभी प्राथमिक कणों की सामान्य विशेषताएं द्रव्यमान (एम), जीवनकाल (टी), स्पिन (जे) हैं - प्राथमिक कणों की गति का उचित क्षण, जिसमें क्वांटम प्रकृति होती है और पूरे कण की गति से जुड़ी नहीं होती है , विद्युत आवेश (Ω) और चुंबकीय क्षण (μ)। निरपेक्ष मान में अध्ययन किए गए प्राथमिक कणों के विद्युत आवेश इलेक्ट्रॉन आवेश (e≈1.6*10 -10 k) के पूर्णांक गुणज होते हैं। ज्ञात प्राथमिक कणों में 0, ±1 और ±2 के बराबर विद्युत आवेश होते हैं।

सभी प्राथमिक कणों में समान एंटीपार्टिकल्स होते हैं, जिनमें से द्रव्यमान और स्पिन कण के द्रव्यमान और स्पिन के बराबर होते हैं, और विद्युत आवेश, चुंबकीय क्षण और अन्य विशेषताएँ निरपेक्ष मान में समान होती हैं और संकेत में विपरीत होती हैं। उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन का एंटीपार्टिकल एक पॉज़िट्रॉन है - एक सकारात्मक विद्युत आवेश वाला इलेक्ट्रॉन। एक प्राथमिक कण, जो इसके प्रतिकण के समान होता है, वास्तव में तटस्थ कहलाता है, उदाहरण के लिए, एक न्यूट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रॉन, एक न्यूट्रिनो और एक एंटीन्यूट्रिनो, आदि। जब एंटीपार्टिकल्स एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, तो वे नष्ट हो जाते हैं (देखें)।

जब एक प्राथमिक कण भौतिक वातावरण में प्रवेश करता है, तो वे इसके साथ बातचीत करते हैं। मजबूत, विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और गुरुत्वाकर्षण बातचीत हैं। 10 -15 मीटर (1 फर्मी) से कम की दूरी पर स्थित प्राथमिक कणों के बीच मजबूत बातचीत (विद्युत चुम्बकीय से मजबूत) होती है। 1.5 फर्मी से अधिक दूरी पर, कणों के बीच परस्पर क्रिया बल शून्य के करीब होता है। यह प्राथमिक कणों के बीच मजबूत अंतःक्रिया है जो परमाणु नाभिक की असाधारण शक्ति प्रदान करती है, जो स्थलीय परिस्थितियों में पदार्थ की स्थिरता को रेखांकित करती है। मजबूत अंतःक्रिया की एक विशिष्ट विशेषता विद्युत आवेश से इसकी स्वतंत्रता है। हैड्रॉन मजबूत बातचीत करने में सक्षम हैं। मजबूत अंतःक्रियाएं अल्पकालिक कणों के क्षय का कारण बनती हैं (10 -23 - 10 -24 सेकंड के क्रम पर जीवनकाल), जिन्हें प्रतिध्वनि कहा जाता है।

सभी आवेशित प्राथमिक कण, फोटॉन और तटस्थ कण जिनमें चुंबकीय क्षण होता है (उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन) विद्युत चुम्बकीय संपर्क के अधीन होते हैं। विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाओं के केंद्र में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ संबंध है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन की ताकतें मजबूत इंटरेक्शन की ताकतों की तुलना में लगभग 100 गुना कमजोर होती हैं। विद्युत चुम्बकीय संपर्क का मुख्य दायरा परमाणु और अणु हैं (अणु देखें)। यह अंतःक्रिया ठोसों की संरचना, रसायन की प्रकृति को निर्धारित करती है। प्रक्रियाएं। यह प्राथमिक कणों के बीच की दूरी तक सीमित नहीं है, इसलिए परमाणु का आकार परमाणु नाभिक के आकार से लगभग 10 4 गुना बड़ा होता है।

कमजोर अंतःक्रियाएं प्राथमिक कणों को शामिल करने वाली अत्यंत धीमी प्रक्रियाओं के अंतर्गत आती हैं। उदाहरण के लिए, कमजोर अंतःक्रिया वाले न्यूट्रिनो पृथ्वी और सूर्य की मोटाई में स्वतंत्र रूप से प्रवेश कर सकते हैं। कमजोर अंतःक्रियाएं तथाकथित अर्ध-स्थिर प्राथमिक कणों के धीमे क्षय का कारण बनती हैं, जिनका जीवनकाल 10 8 - 10 -10 सेकंड की सीमा में होता है। मजबूत अंतःक्रिया के दौरान पैदा हुए प्राथमिक कण (10 -23 -10 -24 सेकंड में), लेकिन धीरे-धीरे क्षय (10 -10 सेकंड), अजीब कहा जाता है।

कण द्रव्यमान की नगण्यता के कारण प्राथमिक कणों के बीच गुरुत्वाकर्षण की बातचीत बहुत कम प्रभाव देती है। बड़े पैमाने पर मैक्रोऑब्जेक्ट्स पर इस प्रकार की बातचीत का अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है।

विभिन्न भौतिक विशेषताओं वाले प्राथमिक कणों की विविधता उनके व्यवस्थितकरण की कठिनाई की व्याख्या करती है। सभी प्राथमिक कणों में से केवल फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रिनो, प्रोटॉन और उनके एंटीपार्टिकल्स वास्तव में स्थिर होते हैं, क्योंकि उनका जीवनकाल लंबा होता है। ये कण अन्य प्राथमिक कणों के सहज परिवर्तन के अंतिम उत्पाद हैं। प्राथमिक कणों का जन्म पहले तीन प्रकार की अंतःक्रियाओं के परिणामस्वरूप हो सकता है। दृढ़ता से परस्पर क्रिया करने वाले कणों के लिए, मजबूत अंतःक्रियात्मक प्रतिक्रियाएँ उत्पादन का स्रोत होती हैं। लेप्टान, सबसे अधिक संभावना है, अन्य प्राथमिक कणों के क्षय से उत्पन्न होते हैं या फोटॉन के प्रभाव में जोड़े (कण + एंटीपार्टिकल) में पैदा होते हैं।

प्राथमिक कणों की धाराएँ आयनकारी विकिरण बनाती हैं (देखें), जिससे पर्यावरण के तटस्थ अणुओं का आयनीकरण होता है। प्राथमिक कणों का जैविक प्रभाव विकिरणित ऊतकों और शरीर के तरल पदार्थों में उच्च रासायनिक गतिविधि वाले पदार्थों के निर्माण से जुड़ा होता है। इन पदार्थों में मुक्त कण (मुक्त कण देखें), पेरोक्साइड (देखें) और अन्य शामिल हैं। प्राथमिक कणों का जैव-अणुओं और सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाओं पर भी सीधा प्रभाव पड़ सकता है, इंट्रामोलेक्युलर बॉन्ड्स का टूटना, मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों का डीपोलीमराइज़ेशन आदि। ऊर्जा प्रवास की प्रक्रिया और मेटास्टेबल यौगिकों के गठन की स्थिति के दीर्घकालिक संरक्षण से उत्पन्न होती है। कुछ मैक्रोमोलेक्यूलर सबस्ट्रेट्स में उत्तेजना। कोशिकाओं में, एंजाइम सिस्टम की गतिविधि को दबा दिया जाता है या विकृत कर दिया जाता है, कोशिका झिल्ली और सतह सेल रिसेप्टर्स की संरचना बदल जाती है, जिससे झिल्ली पारगम्यता में वृद्धि होती है और प्रसार प्रक्रियाओं में परिवर्तन होता है, प्रोटीन विकृतीकरण, ऊतक निर्जलीकरण की घटना के साथ, और कोशिका के आंतरिक वातावरण का विघटन। कोशिकाओं की संवेदनशीलता काफी हद तक उनके समसूत्री विभाजन (मिटोसिस देखें) और चयापचय की तीव्रता पर निर्भर करती है: इस तीव्रता में वृद्धि के साथ, ऊतकों की रेडियो संवेदनशीलता बढ़ जाती है (रेडियोसक्रियता देखें)। प्राथमिक कणों के प्रवाह की यह संपत्ति - आयनकारी विकिरण - विकिरण चिकित्सा (देखें) के लिए उनके उपयोग पर आधारित है, विशेष रूप से घातक नवोप्लाज्म के उपचार में। आवेशित प्राथमिक कणों की मर्मज्ञ शक्ति काफी हद तक रैखिक ऊर्जा हस्तांतरण (देखें) पर निर्भर करती है, अर्थात, अपने पथ की इकाई से संबंधित आवेशित कण के पारित होने के बिंदु पर माध्यम द्वारा अवशोषित औसत ऊर्जा पर।

प्राथमिक कणों के प्रवाह का हानिकारक प्रभाव विशेष रूप से हेमटोपोइएटिक ऊतक की स्टेम कोशिकाओं, अंडकोष के उपकला, छोटी आंत और त्वचा को प्रभावित करता है (विकिरण बीमारी, विकिरण क्षति देखें)। सबसे पहले, वे प्रणालियाँ जो विकिरण के दौरान सक्रिय ऑर्गोजेनेसिस और विभेदन की स्थिति में होती हैं, प्रभावित होती हैं (क्रिटिकल ऑर्गन देखें)।

प्राथमिक कणों का जैविक और चिकित्सीय प्रभाव उनके प्रकार और विकिरण की खुराक पर निर्भर करता है (आयनीकरण विकिरण की खुराक देखें)। इसलिए, उदाहरण के लिए, जब लगभग 100 रेड की खुराक पर पूरे मानव शरीर पर एक्स-रे (एक्स-रे थेरेपी देखें), गामा विकिरण (गामा थेरेपी देखें) और प्रोटॉन विकिरण (प्रोटॉन थेरेपी देखें) के संपर्क में आने पर, एक अस्थायी परिवर्तन हेमटोपोइजिस में मनाया जाता है; न्यूट्रॉन विकिरण (न्यूट्रॉन विकिरण देखें) के बाहरी संपर्क से शरीर में विभिन्न रेडियोधर्मी पदार्थों का निर्माण होता है, उदाहरण के लिए, सोडियम, फॉस्फोरस आदि के रेडियोन्यूक्लाइड। जब रेडियोन्यूक्लाइड जो बीटा कणों (इलेक्ट्रॉनों या पॉज़िट्रॉन) या गामा क्वांटा के स्रोत होते हैं, प्रवेश करते हैं शरीर, ऐसा होता है शरीर का आंतरिक विकिरण (रेडियोधर्मी पदार्थों का समावेश देखें)। इस संबंध में विशेष रूप से खतरनाक हैं, उदाहरण के लिए, शरीर में एक समान वितरण के साथ रेडियोन्यूक्लाइड का तेजी से पुनर्विक्रय करना। ट्रिटियम (3H) और पोलोनियम-210।

रेडियोन्यूक्लाइड जो प्राथमिक कणों के स्रोत हैं और चयापचय में भाग लेने वाले रेडियोआइसोटोप डायग्नोस्टिक्स (देखें) में उपयोग करते हैं।

ग्रंथ सूची:अखीज़र ए। आई। और रेकालो एम। पी। प्राथमिक कणों की जीवनी, कीव, 1983, ग्रंथ सूची; Bogolyubov N. N. और Shirokov D. V. क्वांटम फ़ील्ड, मॉस्को, 1980; जन्म एम। परमाणु भौतिकी, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1965; जोन्स एक्स। रेडियोलॉजी का भौतिकी, ट्रांस। अंग्रेजी से। एम।, 1965; Krongauz A. N., Lyapidevsky V. K. और Frolova A. V. नैदानिक ​​डोसिमेट्री के भौतिक आधार, एम।, 1969; उच्च-ऊर्जा विकिरण का उपयोग करते हुए विकिरण चिकित्सा, एड। I. बेकर और जी. शुबर्ट, ट्रांस। जर्मन से।, एम।, 1964; टुबियाना एम। एट अल। विकिरण चिकित्सा और रेडियोबायोलॉजी की भौतिक नींव, ट्रांस। फ्रेंच, मॉस्को, 1969 से; Shpolsky E. V. परमाणु भौतिकी, खंड 1, एम।, 1984; यांग च। प्राथमिक कण, ट्रांस। अंग्रेजी से। एम।, 1963।

आर वी स्टावन्त्स्की।

प्राथमिक कणसंकीर्ण अर्थ में - ऐसे कण जिन्हें अन्य कणों से मिलकर नहीं माना जा सकता है। आधुनिक भौतिकी में, शब्द " प्राथमिक कण" एक व्यापक अर्थ में प्रयोग किया जाता है: यह पदार्थ के सबसे छोटे कणों को दिया गया नाम है, इस शर्त के अधीन कि वे परमाणु नहीं हैं (प्रोटॉन एक अपवाद है); कभी-कभी इस कारण से प्राथमिक कणउप-परमाणु कण कहलाते हैं। इनमें से अधिकांश कण (350 से अधिक ज्ञात हैं) मिश्रित प्रणाली हैं।

प्राथमिक कणविद्युत चुम्बकीय, कमजोर, मजबूत और गुरुत्वाकर्षण बातचीत में भाग लें। छोटे द्रव्यमान के कारण प्राथमिक कणउनके गुरुत्वाकर्षण संपर्क को आमतौर पर ध्यान में नहीं रखा जाता है। सभी प्राथमिक कणतीन मुख्य समूहों में विभाजित। पहला तथाकथित बोसॉन है - इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन के वाहक। इसमें फोटॉन, या विद्युत चुम्बकीय विकिरण की मात्रा शामिल है। एक फोटॉन का शेष द्रव्यमान शून्य के बराबर होता है, इसलिए (प्रकाश तरंगों सहित) विद्युत चुम्बकीय तरंगों का प्रसार वेग एक भौतिक प्रभाव के प्रसार का सीमित वेग है और मौलिक भौतिक स्थिरांक में से एक है; स्वीकार किया कि साथ= (299792458±1.2) मी/से.

दूसरा समूह प्राथमिक कण- विद्युत चुम्बकीय और कमजोर अंतःक्रियाओं में भाग लेने वाले लेप्टान। 6 ज्ञात लेप्टान हैं: इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो, म्यूऑन, म्यूऑन न्यूट्रिनो, भारी τ-लेप्टन और संबंधित न्यूट्रिनो। इलेक्ट्रॉन (प्रतीक ई) को प्रकृति में सबसे छोटे द्रव्यमान का भौतिक वाहक माना जाता है एमई , 9.1 × 10 -28 ग्राम के बराबर (ऊर्जा इकाइयों में ≈0.511 MeV) और सबसे छोटा नकारात्मक विद्युत आवेश इ\u003d 1.6 × 10 -19 सी। Muons (प्रतीक μ -) लगभग 207 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान (105.7 MeV) के द्रव्यमान वाले कण होते हैं और एक इलेक्ट्रॉन के बराबर विद्युत आवेश होता है; भारी τ लेप्टान का द्रव्यमान लगभग 1.8 GeV है। इन कणों के अनुरूप तीन प्रकार के न्यूट्रिनो इलेक्ट्रॉनिक हैं (प्रतीक .) ν ई), म्यूऑन (प्रतीक ν μ) और τ-न्यूट्रिनो (प्रतीक ) विद्युत रूप से तटस्थ कण हैं।

प्रत्येक लेप्टान से मेल खाता है, जिसमें द्रव्यमान, स्पिन और अन्य विशेषताओं के समान मूल्य होते हैं, लेकिन विद्युत आवेश के संकेत में भिन्न होते हैं। वहाँ हैं (प्रतीक ई +) - सकारात्मक चार्ज (प्रतीक μ +) और तीन प्रकार के एंटीन्यूट्रिनो (प्रतीक) के संबंध में एक एंटीपार्टिकल, जिसे लेप्टन चार्ज नामक एक विशेष क्वांटम संख्या के विपरीत संकेत सौंपा गया है (नीचे देखें)।

प्राथमिक कणों का तीसरा समूह - हैड्रॉन, वे मजबूत, कमजोर और विद्युत चुम्बकीय बातचीत में भाग लेते हैं। हैड्रॉन "भारी" कण होते हैं जिनका द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से बहुत अधिक होता है। यह सबसे बड़ा समूह है प्राथमिक कण. हैड्रॉन को बेरियन में विभाजित किया जाता है - स्पिन ½ћ के साथ कण, मेसन - पूर्णांक स्पिन वाले कण (0 या 1); साथ ही तथाकथित प्रतिध्वनि - हैड्रोन की अल्पकालिक उत्तेजित अवस्थाएँ। बैरियन में एक प्रोटॉन (प्रतीक p) शामिल है - हाइड्रोजन परमाणु का नाभिक जिसका द्रव्यमान ~ 1836 गुना अधिक है एमई और 1.672648 × 10 -24 ग्राम (≈938.3 MeV) के बराबर, और एक न्यूट्रॉन (प्रतीक n) के चार्ज के बराबर एक सकारात्मक विद्युत आवेश - एक विद्युत रूप से तटस्थ कण, जिसका द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान से थोड़ा अधिक होता है। सब कुछ प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना है, यह मजबूत संपर्क है जो इन कणों के एक दूसरे के साथ संबंध निर्धारित करता है। मजबूत अंतःक्रिया में, एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन में समान गुण होते हैं और उन्हें एक कण की दो क्वांटम अवस्थाओं के रूप में माना जाता है - समस्थानिक स्पिन ½ћ के साथ एक न्यूक्लियॉन (नीचे देखें)। बेरियोन में हाइपरॉन भी शामिल हैं - प्राथमिक कणन्यूक्लियॉन एक से अधिक द्रव्यमान के साथ: -हाइपरन का द्रव्यमान 1116 MeV, Σ-hyperon - 1190 MeV, Θ-hyperon - 1320 MeV, Ω-hyperon - 1670 MeV है। मेसॉन में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बीच मध्यवर्ती द्रव्यमान होता है (π-मेसन, क-मेसन)। तटस्थ और आवेशित मेसन होते हैं (सकारात्मक और नकारात्मक प्राथमिक विद्युत आवेश के साथ)। सभी मेसोन को उनके सांख्यिकीय गुणों के अनुसार बोसॉन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

प्राथमिक कणों के मूल गुण

प्रत्येक प्राथमिक कणभौतिक मात्राओं (क्वांटम संख्या) के असतत मूल्यों के एक सेट द्वारा वर्णित है। सभी की सामान्य विशेषताएं प्राथमिक कण- द्रव्यमान, जीवनकाल, स्पिन, विद्युत आवेश।

जीवनकाल पर निर्भर करता है प्राथमिक कणस्थिर, अर्ध-स्थिर और अस्थिर (अनुनाद) में विभाजित हैं। स्थिर (आधुनिक माप की सटीकता के भीतर) हैं: इलेक्ट्रॉन (जीवनकाल 5 × 10 21 वर्ष से अधिक), प्रोटॉन (10 31 वर्ष से अधिक), फोटॉन और न्यूट्रिनो। अर्ध-स्थिर कणों में ऐसे कण शामिल होते हैं जो विद्युत चुम्बकीय और कमजोर अंतःक्रियाओं के कारण क्षय होते हैं, उनका जीवनकाल 10 -20 से अधिक होता है। मजबूत अंतःक्रिया के कारण अनुनाद क्षय, उनके विशिष्ट जीवनकाल 10 -22 - 10 -24 सेकेंड हैं।

आंतरिक विशेषताएं (क्वांटम संख्या) प्राथमिक कणलेप्टन हैं (प्रतीक) ली) और बेरियोनिक (प्रतीक) पर) प्रभार; इन संख्याओं को सभी प्रकार की मूलभूत अंतःक्रियाओं के लिए कड़ाई से संरक्षित मात्रा माना जाता है। लेप्टोनिक और उनके प्रतिकणों के लिए लीविपरीत संकेत हैं; बेरियन के लिए पर= 1, संबंधित प्रतिकणों के लिए पर=-1.

हैड्रोन को विशेष क्वांटम संख्याओं की उपस्थिति की विशेषता है: "अजीबता", "आकर्षण", "सौंदर्य"। साधारण (गैर-अजीब) हैड्रॉन - प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, π-मेसन। हैड्रोन के विभिन्न समूहों के भीतर, समान द्रव्यमान वाले कणों के परिवार होते हैं और मजबूत अंतःक्रिया के संबंध में समान गुण होते हैं, लेकिन विभिन्न विद्युत आवेशों के साथ; सबसे सरल उदाहरण प्रोटॉन और न्यूट्रॉन है। इस तरह के लिए कुल क्वांटम संख्या प्राथमिक कण- तथाकथित समस्थानिक स्पिन, जो सामान्य स्पिन की तरह, पूर्णांक और अर्ध-पूर्णांक मान लेता है। हैड्रॉन की विशेष विशेषताओं में आंतरिक समता शामिल है, जो मान ±1 लेता है।

महत्वपूर्ण संपत्ति प्राथमिक कण- विद्युत चुम्बकीय या अन्य अंतःक्रियाओं के परिणामस्वरूप पारस्परिक परिवर्तनों की उनकी क्षमता। पारस्परिक परिवर्तनों के प्रकारों में से एक जोड़ी का तथाकथित जन्म है, या एक कण और एक एंटीपार्टिकल दोनों का गठन (सामान्य मामले में, एक जोड़ी का गठन) प्राथमिक कणविपरीत लेप्टन या बेरियन आवेशों के साथ)। संभावित प्रक्रियाएं इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े ई - ई +, म्यूऑन जोड़े μ + μ - लेप्टन के टकराव में नए भारी कण, क्वार्क के गठन हैं सीसी- और बी बी-स्टेट्स (नीचे देखें)। एक अन्य प्रकार का इंटरचेंज प्राथमिक कण- फोटॉन (γ-क्वांटा) की एक सीमित संख्या के गठन के साथ कणों के टकराव के दौरान एक जोड़ी का विनाश। आम तौर पर, 2 फोटॉन का उत्पादन तब होता है जब टकराने वाले कणों का कुल स्पिन शून्य होता है, और 3 फोटॉन का उत्पादन तब होता है जब कुल स्पिन 1 (चार्ज समता संरक्षण कानून की अभिव्यक्ति) के बराबर होता है।

कुछ शर्तों के तहत, विशेष रूप से, कणों के टकराने की कम गति पर, एक बाध्य प्रणाली का निर्माण संभव है - पॉज़िट्रोनियम ई - ई + और म्यूओनियम μ + ई -। इन अस्थिर प्रणालियों को अक्सर हाइड्रोजन जैसी कहा जाता है। पदार्थ में उनका जीवनकाल काफी हद तक पदार्थ के गुणों पर निर्भर करता है, जिससे संघनित पदार्थ की संरचना और तेज रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गतिजता का अध्ययन करने के लिए हाइड्रोजन जैसे परमाणुओं का उपयोग करना संभव हो जाता है (मेसन रसायन विज्ञान, परमाणु रसायन देखें)।

हैड्रोन का क्वार्क मॉडल

उन्हें वर्गीकृत करने के उद्देश्य से हैड्रॉन की क्वांटम संख्याओं का विस्तृत विचार इस निष्कर्ष पर पहुंचा कि अजीब हैड्रॉन और साधारण हैड्रॉन मिलकर समान गुणों वाले कणों के संघ बनाते हैं, जिन्हें एकात्मक गुणक कहा जाता है। इनमें शामिल कणों की संख्या 8 (ऑक्टेट) और 10 (डिक्यूपलेट) है। एकात्मक गुणक बनाने वाले कणों में समान आंतरिक समता होती है, लेकिन विद्युत आवेश (समस्थानिक गुणक के कण) और विचित्रता के मूल्यों में भिन्न होते हैं। समरूपता गुण एकात्मक समूहों के साथ जुड़े हुए हैं, उनकी खोज विशेष संरचनात्मक इकाइयों के अस्तित्व के बारे में निष्कर्ष का आधार थी जिसमें से हैड्रॉन निर्मित होते हैं - क्वार्क। ऐसा माना जाता है कि हैड्रॉन ½ स्पिन के साथ 3 मूलभूत कणों का संयोजन है: एन-क्वार्क, डी-क्वार्क और एस-क्वार्क। तो, मेसन एक क्वार्क और एक एंटीक्वार्क से बने होते हैं, बेरियन 3 क्वार्क से बने होते हैं।

यह धारणा कि हैड्रॉन 3 क्वार्क से बना है, 1964 में (जे. ज़्विग द्वारा और स्वतंत्र रूप से एम. गेल-मैन द्वारा) बनाया गया था। इसके बाद, हैड्रॉन संरचना मॉडल में दो और क्वार्क शामिल किए गए (विशेष रूप से, पाउली सिद्धांत के साथ विरोधाभास से बचने के लिए) - "आकर्षक" क्वार्क ( साथ) और खूबसूरत" ( बी), साथ ही क्वार्क की विशेष विशेषताओं का परिचय - "स्वाद" और "रंग"। हैड्रोन के घटकों के रूप में कार्य करने वाले क्वार्क मुक्त अवस्था में नहीं देखे गए। हैड्रॉन की पूरी विविधता विभिन्न संयोजनों के कारण होती है एन-, डी-, एस-, साथ- और बी-क्वार्क बाध्य अवस्थाएँ बनाते हैं। साधारण हैड्रॉन (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, -मेसन) से निर्मित बाध्य राज्यों के अनुरूप हैं एन- और डी-क्वार्क। साथ में हैड्रॉन में उपस्थिति एन- और डी-एक का क्वार्क एस-, साथ- या बी-क्वार्क का अर्थ है कि संबंधित हैड्रॉन "अजीब", "मुग्ध" या "सुंदर" है।

1960 के दशक के अंत और 1970 के दशक की शुरुआत में किए गए प्रयोगों के परिणामस्वरूप हैड्रॉन की संरचना के क्वार्क मॉडल की पुष्टि की गई थी। 20 वीं सदी क्वार्क को वास्तव में नया माना जाने लगा प्राथमिक कण- सच प्राथमिक कणपदार्थ के हैड्रोनिक रूप के लिए। मुक्त क्वार्कों का अवलोकन नहीं करना, जाहिरा तौर पर, एक मौलिक प्रकृति का है और यह मानने का कारण देता है कि वे वही हैं प्राथमिक कण, जो पदार्थ के संरचनात्मक घटकों की श्रृंखला को पूरा करते हैं। इस तथ्य के पक्ष में सैद्धांतिक और प्रायोगिक तर्क हैं कि क्वार्कों के बीच कार्य करने वाले बल दूरी के साथ कमजोर नहीं होते हैं, अर्थात। क्वार्कों को एक दूसरे से अलग करने के लिए, एक असीम रूप से बड़ी ऊर्जा की आवश्यकता होती है, या, दूसरे शब्दों में, एक मुक्त अवस्था में क्वार्कों की उपस्थिति असंभव है। यह उन्हें पदार्थ की एक पूरी तरह से नई प्रकार की संरचनात्मक इकाइयाँ बनाता है। यह संभव है कि क्वार्क पदार्थ के विखंडन में अंतिम चरण के रूप में कार्य करें।

संक्षिप्त ऐतिहासिक जानकारी

पहला खुला प्राथमिक कणएक इलेक्ट्रॉन था - परमाणुओं में एक नकारात्मक विद्युत आवेश का वाहक (जे.जे. थॉमसन, 1897)। 1919 में, ई। रदरफोर्ड ने परमाणु नाभिक से बाहर निकलने वाले कणों के बीच प्रोटॉन की खोज की। न्यूट्रॉन की खोज 1932 में जे. चाडविक ने की थी। 1905 में, ए. आइंस्टीन ने कहा कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण व्यक्तिगत क्वांटा (फोटॉन) की एक धारा है और इस आधार पर, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के पैटर्न की व्याख्या की। एक विशेष के रूप में अस्तित्व प्राथमिक कणपहली बार डब्ल्यू. पाउली द्वारा प्रस्तावित (1930); इलेक्ट्रोनिक

प्राथमिक कण

"सबसे छोटी" संरचनात्मक इकाइयों से पदार्थ की संरचना पर विचार करना स्वाभाविक है, जिसका अस्तित्व अब स्थापित हो चुका है। ऐसे कणों को प्राथमिक कहा जाता है, क्योंकि अधिक अविभाज्य (उनकी संरचना का पता नहीं लगाया जाता है), और मौलिक के रूप में, जिनमें से पदार्थ बना है।

प्राथमिक कणों का वर्गीकरण।मजबूत अंतःक्रिया में भाग लेने वाले कण हैड्रॉन के परिवार का गठन करते हैं। ये बेरियन (प्रोटॉन) हैं आरन्यूट्रॉन एन), हाइपरोन (λ, , आदि), मेसन (π-; क-), साथ ही तथाकथित गुंजयमान कणों (अनुनाद) का एक बड़ा समूह। बेरियन में आधे पूर्णांक स्पिन होते हैं, मेसॉन में पूर्णांक स्पिन होते हैं। तथाकथित बेरियन चार्ज में बेरियन मेसन से भिन्न होते हैं, जिसके संबंध में बेरियन चार्ज के संरक्षण के कानून द्वारा बैरियन को मेसन में बदलना निषिद्ध है। यह एक महत्वपूर्ण संपत्ति है जो नाभिक की स्थिरता सुनिश्चित करती है और फलस्वरूप, पूरे आसपास की दुनिया की। वास्तव में, यदि न्यूक्लियॉन जो बेरियन (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) हैं, मेसोन में बदल सकते हैं, तो परमाणु नाभिक अंततः क्षय हो जाएगा। हैड्रॉन वास्तव में प्राथमिक कण नहीं हैं, अर्थात उनकी एक आंतरिक संरचना है। यह, विशेष रूप से, अधिकांश हैड्रॉन की अस्थिरता की व्याख्या करता है।

आज, हैड्रोन बनाने वाले वास्तव में मौलिक संरचनाहीन कणों के अस्तित्व को सिद्ध माना जा सकता है। इन कणों को क्वार्क कहा जाता है (गेल-मान, ज़्विग, 1963)। वे अभी तक प्रयोगात्मक रूप से नहीं पाए गए हैं, संभवतः प्रवाह जो अलग से मौजूद नहीं हैं, अर्थात एक स्वतंत्र अवस्था में हैं। यह ज्ञात है कि क्वार्क का आवेश 1/3 . का गुणज होता है इ, और स्पिन 1/2 है। "स्वाद" (ऊपर, नीचे, आकर्षण, अजीब, सच्चा, प्यारा) नामक विशेषता द्वारा प्रतिष्ठित छह प्रकार के क्वार्क माने जाते हैं; प्रत्येक क्वार्क को एक निश्चित क्वांटम संख्या - "रंग" (लाल, हरा, नीला) की विशेषता होती है। सभी बेरियन में तीन क्वार्क होते हैं (एक प्रोटॉन, उदाहरण के लिए, शीर्ष दो में +2/3 . शुल्क के साथ) इऔर एक नीचे वाला चार्ज के साथ - 1/Z इ) "रंग" के अनुसार, क्वार्क की तिकड़ी को "चयनित" किया जाता है ताकि प्रोटॉन "सफेद" हो। मेसन क्वार्क और एंटीक्वार्क से बने होते हैं।

अन्य सभी कण (फोटॉन को छोड़कर) जो मजबूत अंतःक्रियाओं में भाग नहीं लेते हैं, लेप्टान कहलाते हैं। लेप्टान के परिवार को छह संरचनाहीन ("बिंदु") कणों द्वारा दर्शाया गया है: इलेक्ट्रॉन इ, म्यूओन μ, टौ-लेप्टन (टाओन) और इन कणों के अनुरूप न्यूट्रिनो ( वीइ , वी μ , वी τ).

क्वार्क-लेप्टन समरूपता के सिद्धांत के अनुसार, प्रत्येक लेप्टान एक निश्चित क्वार्क से मेल खाता है (सारणी 5.2)।

तालिका 5.2.

इस प्रकार, आज क्वार्क और लेप्टान, अंतःक्रिया के कण-वाहक के साथ, वास्तव में प्राथमिक (मौलिक) कण माने जाते हैं। पहली पीढ़ी के लेप्टान और क्वार्क से, फोटॉन के साथ, आधुनिक ब्रह्मांड का निर्माण किया गया है। ऐसा माना जाता है कि बिग बैंग के पहले क्षणों में, दूसरी और तीसरी पीढ़ी के कणों ने प्रारंभिक ब्रह्मांड में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, जबकि क्वार्क और लेप्टान के बीच का अंतर मौजूद नहीं था।

प्राथमिक कणों की मुख्य विशेषताएं. प्राथमिक कणों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक स्थिरता है, अर्थात, एक निश्चित समय (जीवनकाल) के लिए स्वतंत्र अवस्था में रहने की क्षमता। प्रयोगात्मक रूप से पाए गए कणों में से कुछ ही स्थिर हैं। एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन, एक फोटॉन और, जैसा कि माना जाता है, सभी प्रकार के न्यूट्रिनो एक स्वतंत्र अवस्था में अनिश्चित काल तक मौजूद रह सकते हैं। अन्य सभी कण, जो न्यूनतम ऊर्जा वाली अवस्था में जाने की प्रवृत्ति रखते हैं, कम या ज्यादा तेजी से क्षय होते हैं, एक अंतिम स्थिर अवस्था में पहुँचते हैं। सबसे छोटा जीवनकाल (~10 -23 s) गुंजयमान कणों के लिए होता है। मुक्त अवस्था में एक न्यूट्रॉन ~10 3 s के लिए मौजूद होता है। लेप्टन परिवार में, म्यूऑन "रहता है" ~10-6 s, taon ~10-12 s।

यह माना जाता है कि प्रकृति में अल्पकालिक प्राथमिक कण चरम स्थितियों में निर्णायक भूमिका निभाते हैं, उदाहरण के लिए, ब्रह्मांड के गठन के प्रारंभिक चरणों के समान।

बाकी जनतास्थिर प्राथमिक कणों के निम्नलिखित अर्थ हैं: प्रोटॉन एमपी ≈ 1.67 10 -27 किग्रा, इलेक्ट्रॉन एमई 0.91 10 -30 किग्रा। फोटॉन और सभी प्रकार के न्यूट्रिनो में शून्य विश्राम द्रव्यमान होता है।

एक नियम के रूप में, प्राथमिक कणों के द्रव्यमान को ऊर्जा इकाइयों - इलेक्ट्रॉन वोल्ट में व्यक्त किया जाता है। फिर एमपी ≈938.3×10 6 ईवी = 938.3 मेव, एमई 0.51 मेव।

प्राथमिक कणों में विद्युत आवेश होता है +ईया -इया विद्युत रूप से तटस्थ हैं।

इलेक्ट्रॉन चार्ज इके बराबर - 1.6 10 -19 सी।

प्राथमिक कणों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक स्पिन है। स्पिन का मान तरंग फ़ंक्शन के प्रकार (सममित या एंटीसिमेट्रिक) और आंकड़ों के प्रकार (यानी कानून जो माइक्रोपार्टिकल्स के समूह के व्यवहार का वर्णन करता है) निर्धारित करता है। शून्य या पूर्णांक स्पिन वाले कण (फोटॉन, -मेसन, आदि) बोस-आइंस्टीन के आँकड़ों का पालन करते हैं और बोसॉन कहलाते हैं। अर्ध-पूर्णांक स्पिन (इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन) वाले कण फर्मी-डिराक आंकड़ों का पालन करते हैं और उन्हें फर्मियन कहा जाता है। मूल फ़र्मियन लेप्टान और क्वार्क हैं। फ़र्मियन पाउली सिद्धांत का पालन करते हैं, जिसके अनुसार, समान फ़र्मियन की किसी भी प्रणाली में, उनमें से कोई भी दो एक साथ एक ही अवस्था में नहीं हो सकते हैं। जैसा कि एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के वितरण पर लागू होता है, पाउली सिद्धांत कहता है; कि एक ही परमाणु में चार क्वांटम संख्याओं के एक ही सेट के साथ एक से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते हैं एन, एल, एमऔर σ .

पाउली सिद्धांत समान क्वांटम कणों की अप्रभेद्यता पर आधारित है। जब दो फ़र्मियन आपस में बदल जाते हैं, तो तरंग फ़ंक्शन को अपना संकेत बदलना चाहिए। हालाँकि, यदि दो फर्मियनों की अवस्थाएँ (अर्थात, क्वांटम संख्याओं के उनके सेट) समान हैं, तो -फ़ंक्शन को संकेत नहीं बदलना चाहिए। यह अंतर्विरोध औपचारिक रूप से तभी समाप्त होता है जब =0, जिसका अर्थ है ऐसी अवस्था में किसी कण का पता लगाने की असंभवता (शून्य संभावना)।

एंटीपार्टिकल्स।प्रत्येक ज्ञात प्राथमिक कण के लिए एक तथाकथित प्रतिकण होता है। कण और एंटीपार्टिकल के द्रव्यमान, जीवनकाल और स्पिन समान हैं। अन्य विशेषताएँ, उदाहरण के लिए, विद्युत आवेश, चुंबकीय क्षण, निरपेक्ष मान में समान हैं, लेकिन संकेत में विपरीत हैं। ऐसे जोड़े हैं, उदाहरण के लिए, प्रोटॉन आरऔर एंटीप्रोटोन, इलेक्ट्रॉन - और एंटीइलेक्ट्रॉन इ+ (यानी पॉज़िट्रॉन इ+)। कुछ कण, जैसे कि फोटान, अपने प्रतिकणों के समान होते हैं।

पर्याप्त उच्च ऊर्जा पर परमाणु प्रतिक्रियाओं में एंटीपार्टिकल्स पैदा होते हैं, लेकिन उनका जीवनकाल पदार्थ में छोटा होता है। जब कोई कण प्रतिकण से मिलता है, तो विनाश होता है। "कण-प्रतिकण" जोड़ी की द्रव्यमान और गतिज ऊर्जा फोटॉन या अन्य कणों की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। उदाहरण के लिए, जब एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन सत्यानाश करते हैं, तो दो फोटॉन निकलते हैं:

इ - + इ+ → 2γ।

बदले में, फोटॉन इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े में बदल सकते हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं में, क्षेत्र और पदार्थ के बीच एक स्पष्ट रेखा का अभाव, जो दुनिया की शास्त्रीय तस्वीर की विशेषता है, स्पष्ट रूप से प्रकट होता है।

परमाणु नाभिक

प्रकृति की वस्तुओं के पदानुक्रम में अगला परमाणु नाभिक है। नाभिक दो प्रकार के हैड्रॉन - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की एक जुड़ी हुई प्रणाली है, जो इस मामले में सामान्य नाम "न्यूक्लियंस" से एकजुट होते हैं। प्रोटॉन सबसे सरल परमाणु, हाइड्रोजन परमाणु का केंद्रक है। इसमें एक धनात्मक आवेश होता है, जो संख्यात्मक रूप से एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर होता है। न्यूट्रॉन विद्युत रूप से तटस्थ है। न्यूट्रॉन द्रव्यमान एम n \u003d 1.6750 10 -27 किग्रा। किसी परमाणु के नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या को परमाणु क्रमांक कहते हैं ( जेड), और नाभिकों की कुल संख्या द्रव्यमान संख्या है ( लेकिन) नाभिकीय आवेश धनात्मक और बराबर होता है जेड · इ. अधिकांश परमाणु नाभिक समस्थानिकों के समूहों द्वारा दर्शाए जाते हैं। शुल्क जेडसमस्थानिकों के प्रत्येक समूह में स्थिर होता है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है। स्थिर, लंबे समय तक रहने वाले और रेडियोधर्मी समस्थानिक हैं। रेडियोधर्मी अस्थिरता के कारण नाभिक के अंदर न्यूट्रॉन की कमी या अधिकता से जुड़े होते हैं।

कोर आकार सशर्त रूप से त्रिज्या द्वारा विशेषता है आरगुठली त्रिज्या सूत्र के अनुसार नाभिकों की संख्या के साथ बढ़ती है, जहाँ आर 0 = (1.3 ..., 1.7) · 10 -15 मीटर। नाभिक में न्यूक्लियॉन की "पैकिंग" का घनत्व बहुत अधिक होता है और ~10 44 न्यूक्लियॉन/एम 3 या 10 17 किलो/एम 3 की मात्रा होती है।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, नाभिक की स्थिरता को एक मजबूत अंतःक्रिया या आकर्षण के आकर्षण बलों के परमाणु बलों की उपस्थिति से समझाया जाता है। ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, नाभिक में नाभिक को रखने के लिए आवश्यक ऊर्जा, उस कार्य से निर्धारित होती है जो नाभिक को घटक नाभिक में विभाजित करने के लिए किया जाना चाहिए। इस ऊर्जा को नाभिक की बंधन ऊर्जा कहते हैं। नाभिक बनाने वाले नाभिक के कुल द्रव्यमान की तुलना में इसके गठन के दौरान नाभिक के द्रव्यमान में कमी के रूप में बाध्यकारी ऊर्जा प्रकट होती है:

मूल्य एमद्रव्यमान दोष कहलाता है। बाध्यकारी ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया गया है

आमतौर पर, नाभिक को विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा, यानी प्रति न्यूक्लियॉन ऊर्जा की विशेषता होती है। अंजीर पर। 5.3 द्रव्यमान संख्या पर विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा की निर्भरता को दर्शाता है लेकिनविभिन्न रासायनिक तत्वों के नाभिक में न्यूक्लियंस की बंधन शक्ति की विशेषता। ग्राफ से निम्नानुसार है, द्रव्यमान संख्या (28 ... 138) वाले तत्वों के नाभिक के बंधन सबसे मजबूत हैं। जैसे-जैसे आप बढ़ते हैं लेकिनबंधन ऊर्जा कम हो जाती है। नाभिक की शक्ति में कमी को इस तथ्य से समझाया जाता है कि हल्के नाभिक में नाभिक के बंधन संतृप्त नहीं होते हैं, जबकि भारी नाभिक में एक दूसरे से प्रोटॉन के कूलम्ब प्रतिकर्षण को प्रभावित करना शुरू हो जाता है।

अंजीर से। 5.3 यह भी दर्शाता है कि अधिक स्थिर नाभिकों के निर्माण की प्रक्रियाएँ (अर्थात, . के बड़े मूल्यों द्वारा विशेषता) इ SW ऊर्जा की रिहाई के साथ हैं। इस प्रकार, भारी नाभिकों (चित्र 5.3 में तीर 1) के गठन के साथ हल्के नाभिकों की संलयन प्रतिक्रिया और भारी नाभिकों की विखंडन प्रतिक्रियाएं (चित्र 5.3 में तीर 2) ऊर्जा की दृष्टि से आशाजनक हैं।

पाठ्यक्रम के दूसरे भाग में इस मुद्दे पर विस्तार से चर्चा की गई है।

परमाणु प्रतिक्रियाएं। रेडियोधर्मिता. नाभिकीय अभिक्रियाएँ ऐसी प्रक्रियाएँ हैं जिनमें कुछ तत्वों के नाभिक अन्य तत्वों के नाभिकों से प्राप्त होते हैं। ये प्रक्रियाएं बाहरी प्रभावों (उदाहरण के लिए, "अन्य कणों के साथ नाभिक के टकराव"), और अनायास, अनायास (रेडियोधर्मी वृद्धि) के परिणामस्वरूप हो सकती हैं।

परमाणु प्रतिक्रियाएं रासायनिक प्रतिक्रियाओं की तरह लिखी जाती हैं। उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन के साथ टकराव में यूरेनियम नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, सीज़ियम और रूबिडियम नाभिक और दो न्यूट्रॉन बनते हैं:

न्यूट्रॉन के साथ नाभिक के विकिरण का उपयोग अक्सर परमाणु प्रतिक्रियाओं को करने के लिए किया जाता है। तथ्य यह है कि विद्युत रूप से तटस्थ न्यूट्रॉन नाभिक के प्रोटॉन के कूलम्ब प्रतिकर्षण का अनुभव नहीं करता है और आसानी से इसमें प्रवेश कर जाता है। उच्च-ऊर्जा (>100 MeV) न्यूट्रॉन विकिरण की क्रिया के तहत, सभी नाभिक विभाजित होते हैं।

क्षय प्रतिक्रियाओं में जारी न्यूट्रॉन अन्य नाभिकों के विखंडन का कारण बन सकते हैं, जिसके कारण एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है - एक हिमस्खलन जैसी प्रक्रिया, उदाहरण के लिए, एक परमाणु बम का विस्फोट। विखंडनीय सामग्री से न्यूट्रॉन के कुछ हिस्से को हटाया जा सकता है, फिर विखंडन प्रतिक्रिया को नियंत्रित किया जा सकता है। ग्रेफाइट की छड़ों में न्यूट्रॉन के अवशोषण का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में किया जाता है।

विभिन्न कणों के उत्सर्जन के साथ नाभिक के स्वतःस्फूर्त क्षय को रेडियोधर्मिता कहा जाता है। किसी भी रेडियोधर्मी क्षय में, प्रारंभिक नाभिक का द्रव्यमान कटे हुए उत्पादों के इकाई द्रव्यमान से अधिक होता है, अर्थात। ऊर्जा मुक्त होती है। प्राकृतिक रेडियोधर्मिता की खोज ए। बस्केरल (1896) द्वारा की गई थी, और कृत्रिम - जूलियट-क्यूरी जीवनसाथी (1936) द्वारा। रेडियोधर्मिता के मुख्य प्रकार अल्फा, बीटा और गामा क्षय हैं।

अल्फा क्षय नाभिक (यानी हीलियम नाभिक) द्वारा एक सी-कण के सहज उत्सर्जन में होता है। अल्फा क्षय केवल Z 82 के साथ भारी नाभिक में देखा जाता है।

बीटा क्षय के दौरान, नाभिक एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो (या एक पॉज़िट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो) का उत्सर्जन करता है:

बीटा क्षय कमजोर अंतःक्रिया के कारण न्यूक्लियॉन के परिवर्तन के कारण होता है, उदाहरण के लिए, दर्ज की गई प्रतिक्रियाओं में से पहली में, योजना के अनुसार न्यूट्रॉन का परिवर्तन होता है

गामा क्षय में नाभिक द्वारा उच्च-ऊर्जा फोटॉन (γ-क्वांटा) का उत्सर्जन होता है। नाभिक, एक क्वांटम प्रणाली होने के कारण, विभिन्न ऊर्जाओं वाली अवस्थाओं में हो सकता है। उत्तेजित ऊर्जा राज्यों से जमीन पर संक्रमण के दौरान, बिना उत्तेजित, नाभिक γ-क्वांटा उत्सर्जित करते हैं। इस स्थिति में, न तो द्रव्यमान संख्या A और न ही नाभिक का परमाणु क्रमांक जेडबदलें नहीं।