…ईश्वर ने सबसे पहले पदार्थ को ठोस, विशाल रूप दिया,

अभेद्य, ऐसे आकार और आकार के मोबाइल कण

और इस तरह के गुणों और अनुपात के संबंध में

अंतरिक्ष जो उद्देश्य के लिए सबसे उपयुक्त है

जिसके लिए उसने उन्हें बनाया है।

मैं न्यूटन

दर्शन और विज्ञान के इतिहास में, सूक्ष्म स्तर पर प्रकृति की संरचना को समझने के लिए 3 दृष्टिकोण हैं:

अविभाज्य कणिकाएँ या परमाणु हैं, दुनिया मूलभूत "ईंटों" (डेमोक्रिटस, न्यूटन) में सिमट गई है;

पदार्थ निरंतर और असीम रूप से छोटे और छोटे टुकड़ों में विभाजित होता है, अविभाज्य परमाणु (अरस्तू) तक कभी नहीं पहुंचता;

बीसवीं शताब्दी में एक अवधारणा उत्पन्न हुई जो सभी चीजों के अंतर्संबंध के आधार पर दुनिया की व्याख्या करती है: एक कण पदार्थ की "ईंट" नहीं है, बल्कि एक प्रक्रिया, एक लिंक या अभिन्न ब्रह्मांड में एक पैटर्न है (डब्ल्यू। हाइजेनबर्ग, जे। चू, एफ कैप्रा)।

पहला "प्राथमिक" कण 1897 में जे.जे. थॉमसन ने कैथोड किरणों के अध्ययन में अस्तित्व को सिद्ध किया इलेक्ट्रॉनों . प्रभाव में, पदार्थ से नकारात्मक बिजली आसानी से निकल जाती है, जो स्क्रीन पर प्रकाश की चमक के रूप में तय होती है। ऋणात्मक विद्युत के कणों को इलेक्ट्रॉन कहा जाता था। एक दुर्लभ गैस में विद्युत निर्वहन के दौरान एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर बिजली की न्यूनतम मात्रा देखी गई। 70 के दशक तक। 20 वीं सदी इलेक्ट्रॉन की आंतरिक संरचना की समस्या हल नहीं हुई है, इसकी आंतरिक संरचना का अभी भी कोई संकेत नहीं है (एंडरसन 1968; वीसकोफ 1977)।

एक साल पहले, ए। बेकरेल ने यूरेनियम नमक के रेडियोधर्मी क्षय की खोज की - अल्फा कणों का उत्सर्जन (वह नाभिक), इन कणों का उपयोग रदरफोर्ड द्वारा किया गया था, जिन्होंने प्रयोगात्मक रूप से परमाणु नाभिक के अस्तित्व को साबित किया था। 1919 में, ई। रदरफोर्ड ने पहली कृत्रिम परमाणु प्रतिक्रिया भी की: एन को अल्फा कणों से विकिरणित करके, उन्होंने ओ आइसोटोप प्राप्त किया, और साबित किया कि एन परमाणु के नाभिक में शामिल हैं प्रोटोन 27 (सीमित कण माना जाता है)।

1932 में, जे. चाडविक ने एक और परमाणु कण की खोज की - एक अनावेशित न्यूट्रॉन 28. न्यूट्रॉन की खोज, जिसने एक नए विज्ञान की शुरुआत की - न्यूट्रॉन भौतिकी , न्यूट्रॉन के मुख्य गुण, न्यूट्रॉन का अनुप्रयोग एस.एफ. द्वारा पुस्तक का विषय है। शेबालिना न्यूट्रॉन . एक बादल कक्ष में न्यूट्रॉन के निशान देखे गए। एक प्रोटॉन का द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन का 1836.1 द्रव्यमान है, एक न्यूट्रॉन का द्रव्यमान 1838.6 है। डब्ल्यू हाइजेनबर्ग, और स्वतंत्र रूप से डी.डी. इवानेंको, आई.ई. टैम, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से परमाणु नाभिक की संरचना के बारे में एक परिकल्पना सामने रखते हैं: नाभिक सी, उदाहरण के लिए, 6 प्रोटॉन और 6 न्यूट्रॉन होते हैं। प्रारंभ में। 30s माना जाता है कि पदार्थ में परमाणु होते हैं, और 3 "प्राथमिक" कणों, "बिल्डिंग ब्लॉक्स" के परमाणु होते हैं: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन (शेबलिन 1969; फोल्टा, नोवी 1987; कैप्रा 1994: 66-67)।

उसी वर्ष, ई.ओ. कैलिफोर्निया में लॉरेंस ने पहला साइक्लोट्रॉन ("प्राथमिक" कणों का एक त्वरक) बनाया। कण त्वरक वे सुविधाएं हैं जहां उच्च-ऊर्जा कण टकराते हैं। उच्च गति से गतिमान उपपरमाण्विक कणों की टक्कर में उच्च स्तर की ऊर्जा प्राप्त होती है और अंतःक्रियाओं, क्षेत्रों और कणों की दुनिया का जन्म होता है, क्योंकि प्राथमिकता का स्तर ऊर्जा के स्तर पर निर्भर करता है। यदि एक सिक्के को इतनी गति से गति दी जाती है, तो उसकी ऊर्जा एक हजार मिलियन डॉलर की ऊर्जा के उत्पादन के बराबर होगी। जिनेवा के पास 27 किमी तक की सुरंग परिधि वाला एक कुंडलाकार त्वरक बनाया गया था। आज, कुछ सिद्धांतों का परीक्षण करने के लिए, जैसे कि सभी कणों के भव्य एकीकरण के सिद्धांत, सौर मंडल के आकार के एक त्वरक की आवश्यकता है (फोल्टा, नोवी 1987: 270-271; डेविस 1989: 90-91)।

प्राकृतिक त्वरक में भी कणों की खोज की जाती है, ब्रह्मांडीय किरणें एक प्रायोगिक उपकरण के परमाणुओं से टकराती हैं, और प्रभाव के परिणामों का अध्ययन किया जाता है (इस तरह से अनुमानित पॉज़िट्रॉन, म्यूऑन और मेसन की खोज की गई थी)। त्वरक और ब्रह्मांडीय विकिरण अनुसंधान की मदद से, उप-परमाणु कणों की कई और विविध दुनिया खुल गई है। 1932 में, 3 कणों की खोज की गई, 1947-14 में, 1955-30 में, 1969 में- 200 से अधिक। प्रयोगों के साथ-साथ सैद्धांतिक अध्ययन भी किए गए। कण अक्सर प्रकाश की गति से चलते हैं,  , सापेक्षता के सिद्धांत को ध्यान में रखना आवश्यक है। कणों के एक सामान्य सिद्धांत का निर्माण भौतिकी में अभी तक एक अनसुलझी समस्या बनी हुई है (कैप्रा 1994: 67)।

1967 में अस्तित्व के बारे में एक परिकल्पना सामने आई टैच्योन - ऐसे कण जिनकी गति की गति प्रकाश की गति से अधिक होती है। पदार्थ के नए "बिल्डिंग ब्लॉक्स" की खोज की गई, कई अस्थिर, अल्पकालिक ("अनुनाद" 10 -27 सेकेंड रहते हैं।) कण जो सामान्य कणों में क्षय हो जाते हैं। बाद में यह स्पष्ट हो गया कि नए कण: प्रतिध्वनि और हाइपरॉन, मेसन्स - अन्य कणों की उत्तेजित अवस्थाएँ: प्रोटॉन और लेप्टान विभिन्न अवस्थाओं में उत्तेजित एच परमाणु की तरह, जो 3 वर्णक्रमीय रेखाओं के रूप में प्रकट होता है, दूसरा परमाणु नहीं है (जन्म 1967: 127-129)।

यह पता चला कि कण क्षय नहीं होते हैं, लेकिन एक दूसरे में या क्षेत्र क्वांटा की ऊर्जा में बदल जाते हैं, "उनके दूसरे" में गुजरते हैं, कोई भी कण किसी अन्य का अभिन्न अंग हो सकता है। कण विकिरण में "गायब" हो सकते हैं और तरंग गुण प्रदर्शित कर सकते हैं। पहले कृत्रिम परिवर्तन के कार्यान्वयन के बाद, जब ली नाभिक को ही नाभिक में बदल दिया गया, परमाणु, परमाणु भौतिकी (जन्म 1967; वीस्कॉफ़ 1977: 50)।

1963 में, एम। गेल-मान, जे। ज़्विग ने परिकल्पना का प्रस्ताव रखा क्वार्क . सभी हैड्रॉन्स छोटे कणों से निर्मित - 3 प्रकार के क्वार्क और उनके एंटीक्वार्क। एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन 3 क्वार्क से बने होते हैं (इन्हें . भी कहा जाता है) बेरिऑनों - भारी या न्यूक्लियॉन - परमाणु कण)। प्रोटॉन स्थिर है, धनावेशित है, न्यूट्रॉन अस्थिर है, प्रोटॉन में बदल जाता है। क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े (प्रत्येक कण में एक एंटीपार्टिकल होता है) मेसन (एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन के बीच द्रव्यमान में मध्यवर्ती) बनाते हैं। हैड्रोनिक पैटर्न की विविधता की व्याख्या करने के लिए, भौतिकविदों को अतिरिक्त क्वार्कों के अस्तित्व का अनुमान लगाना पड़ा। 12 क्वार्क हैं: 4 किस्में या स्वाद (ऊपरी, निचला, अजीब और आकर्षक), जिनमें से प्रत्येक 3 रंगों में मौजूद हो सकता है। अधिकांश भौतिक विज्ञानी क्वार्कों को वास्तव में प्राथमिक मानते हैं, जिनकी कोई संरचना नहीं होती है। हालांकि सभी हैड्रॉन में क्वार्क समरूपताएं होती हैं, हैड्रॉन अक्सर ऐसा व्यवहार करते हैं जैसे कि वे वास्तव में बिंदु घटकों से बने होते हैं, लेकिन क्वार्क का रहस्य अभी भी मौजूद है (डेविस 1989: 100; हॉकिंग 1990: 69; कैप्रा 1994: 228, 229)।

के अनुसार बूटस्ट्रैप परिकल्पना प्रकृति को क्वार्क जैसे पदार्थ की "ईंटों" तक कम नहीं किया जा सकता है, लेकिन कनेक्टिविटी के आधार पर समझा जाना चाहिए। घटनाओं के एक दूसरे से जुड़े नेटवर्क में गतिशील पैटर्न के रूप में कणों की बूटस्ट्रैप तस्वीर हाइजेनबर्ग द्वारा सहमत थी, जो क्वार्क मॉडल (कैप्रा 1996: 43-49) में विश्वास नहीं करते थे।

ब्रह्मांड के सभी ज्ञात कणों को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: "ठोस" पदार्थ के कण और आभासी कण, अंतःक्रियाओं के वाहक , जिसका कोई "आराम" द्रव्यमान नहीं है। पदार्थ के कण भी दो समूहों में विभाजित हैं: हैड्रॉन्स 29 , न्युक्लियोन 30 , बेरिऑनों या भारी कण और लेप्टॉन 31 .

लेप्टान इलेक्ट्रॉन हैं, मुओन , ताऊ लेप्टन और 3 प्रकार न्युट्रीनो . आज इलेक्ट्रॉन को एक प्राथमिक, बिंदु वस्तु के रूप में मानने की प्रथा है। एक इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है, प्रोटॉन की तुलना में 1836 गुना हल्का होता है (वीस्कॉफ़ 1997: 79; डेविस 1989: 93-102; हॉकिंग 1990: 63; फेनमैन, वेनबर्ग 2000)।

1931 में डब्ल्यू. पाउली ने एक तटस्थ कण के अस्तित्व की भविष्यवाणी की थी न्युट्रीनो 1955 में, एक परमाणु रिएक्टर में, एक इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रॉन के गठन के साथ एक प्रोटॉन से एक न्यूट्रिनो का जन्म हुआ।

यह सबसे आश्चर्यजनक कण है: बीवी के साथ, न्यूट्रिनो शायद ही पदार्थ के साथ बातचीत करता है, लेप्टान में सबसे हल्का होने के कारण। इसका द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के दस-हजारवें हिस्से से भी कम है, लेकिन यह संभवतः ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में कण है और इसके पतन का कारण बन सकता है। न्यूट्रिनो लगभग पदार्थ के साथ बातचीत नहीं करता है, इसके माध्यम से प्रवेश करता है, जैसे कि यह बिल्कुल भी मौजूद नहीं है (गैर-एक-आयामी रूपों के अस्तित्व का एक उदाहरण)। एक गामा-क्वांटम सीसा में 3 मीटर की यात्रा करता है और एक लेड परमाणु के नाभिक के साथ संपर्क करता है, जबकि एक न्यूट्रिनो को बातचीत करने के लिए 4·10 13 किमी की यात्रा करनी चाहिए। न्यूट्रिनो केवल कमजोर अंतःक्रियाओं में भाग लेता है। यह अभी भी पूरी तरह से स्थापित नहीं है कि क्या न्यूट्रिनो में वास्तव में "विश्राम" द्रव्यमान होता है। न्यूट्रिनो 3 प्रकार के होते हैं: इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन और ताऊ।

1936 में, कॉस्मिक किरणों की परस्पर क्रिया के उत्पादों में, मुओन , एक अस्थिर कण जो एक इलेक्ट्रॉन और 2 न्यूट्रिनो में क्षय होता है। 70 के दशक के अंत में, "सबसे भारी" कण, लेप्टन की खोज की गई थी, ताऊ लेप्टन (डेविस 1989: 93-95)।

1928 में, पी। डिराक ने भविष्यवाणी की, और 1932 में एक सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन की खोज की ( पोजीट्रान - इलेक्ट्रॉन एंटीपार्टिकल।): एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन एक γ-क्वांटम से पैदा होते हैं - एक सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन। जब एक इलेक्ट्रॉन पॉज़िट्रॉन से टकराता है, तो दो गामा क्वांटा पैदा होते हैं, क्योंकि शून्य को संरक्षित करने के लिए विनाश 32 को अलग-अलग दिशाओं में उड़ने वाले दो फोटॉन की आवश्यकता होती है।

बाद में पता चला कि सभी कणों में है प्रति-कण ऊर्जा क्वांटा के निर्माण के साथ परस्पर क्रिया, कण और एंटीपार्टिकल्स का सफाया करते हैं। पदार्थ के प्रत्येक कण में एक प्रतिकण होता है। जब एक कण और एक एंटीपार्टिकल टकराते हैं, तो वे नष्ट हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा निकलती है और अन्य कण पैदा होते हैं। प्रारंभिक ब्रह्मांड में, एंटीपार्टिकल्स की तुलना में अधिक कण थे, अन्यथा विनाश ने ब्रह्मांड को विकिरण से भर दिया होता, और कोई बात नहीं होती (सिल्क 1982: 123-125; हॉकिंग 1990: 64, 71-72)।

एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की स्थिति संख्याओं की एक श्रृंखला द्वारा निर्धारित की जाती है जिसे कहा जाता है क्वांटम संख्याएं , और कक्षाओं के स्थान और आकार को इंगित करें:

संख्या (एन) - यह कक्षा की संख्या है, जो यह निर्धारित करती है कि कक्षा में होने के लिए एक इलेक्ट्रॉन के पास कितनी ऊर्जा होनी चाहिए, त्रिज्या;

संख्या (ℓ) कक्षा में इलेक्ट्रॉन तरंग का सटीक आकार निर्धारित करता है;

संख्या (एम) चुंबकीय कहलाता है और इलेक्ट्रॉन के चारों ओर के क्षेत्र के आवेश को निर्धारित करता है;

संख्या , तथाकथित घुमाना (घूर्णन) इलेक्ट्रॉन के घूर्णन की गति और दिशा को निर्धारित करता है, जो कि इलेक्ट्रॉन तरंग के आकार से निर्धारित होता है कि कण कक्षा में कुछ बिंदुओं पर मौजूद है।

चूंकि इन विशेषताओं को पूर्णांक के रूप में व्यक्त किया जाता है, इसका मतलब है कि एक इलेक्ट्रॉन के घूर्णन की मात्रा धीरे-धीरे नहीं बढ़ती है, लेकिन कूदती है - एक निश्चित मान से दूसरे में। कणों को द्रव्यमान की उपस्थिति या अनुपस्थिति, विद्युत आवेश, स्पिन (घूर्णन विशेषता, पदार्थ के कणों में स्पिन +1/2, -1/2, कण-वाहक 0, 1 और 2) और Vp जीवन (Erdei) की विशेषता होती है। -ग्रज़ 1976; डेविस 1989: 38-41, 92; हॉकिंग 1990: 62-63; कैपरा 1994: 63)।

1925 में, डब्ल्यू. पाउली ने खुद से सवाल पूछा: एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन एक कड़ाई से परिभाषित स्थिति (पहली कक्षा में 2, दूसरी कक्षा में 8, चौथे में 32) पर क्यों रहते हैं? स्पेक्ट्रा का विश्लेषण करते हुए, उन्होंने एक सरल सिद्धांत दिया: दो समान कण एक ही अवस्था में नहीं हो सकते हैं , अर्थात उनके पास समान निर्देशांक, वेग, क्वांटम संख्याएँ नहीं हो सकती हैं। पदार्थ के सभी कण के अधीन हैं डब्ल्यू पाउली निषेध सिद्धांत .

यह सिद्धांत संरचनाओं के सटीक संगठन पर जोर देता है, जिसके बिना कण एक सजातीय और घने जेली में बदल जाएंगे। बहिष्करण सिद्धांत ने तत्वों के रासायनिक गुणों की व्याख्या करना संभव बना दिया, जो बाहरी अधूरे गोले के इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्धारित किया गया था, जिसने तत्वों की आवर्त सारणी के लिए तर्क दिया। पाउली सिद्धांत ने नई खोजों को जन्म दिया, धातुओं और अर्धचालकों की तापीय और विद्युत चालकता की समझ। अपवर्जन सिद्धांत की मदद से, परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन गोले बनाए गए, और मेंडेलीव की तत्वों की प्रणाली स्पष्ट हो गई (दुबनिश्चेवा 1997: 450-452)।

लेकिन ऐसे कण हैं जो डब्ल्यू पाउली अपवर्जन सिद्धांत का पालन नहीं करते हैं (विनिमय कणों की संख्या की कोई सीमा नहीं है, अंतःक्रिया बल कोई भी हो सकता है), वाहक कण या आभासी कण जिनमें "आराम" द्रव्यमान नहीं होता है और बल बनाते हैं पदार्थ के कणों के बीच (हॉकिंग 1990: 64-65)।

6. उपपरमाण्विक कणों की दुनिया

परमाणु विभाजन

अक्सर कहा जाता है कि विज्ञान दो तरह का होता है- बड़ा विज्ञान और छोटा विज्ञान। परमाणु का टूटना एक बहुत बड़ा विज्ञान है। इसमें विशाल प्रयोगात्मक सुविधाएं, विशाल बजट हैं, और नोबेल पुरस्कारों का शेर का हिस्सा प्राप्त करता है।

भौतिकविदों को परमाणु को विभाजित करने की आवश्यकता क्यों पड़ी? सरल उत्तर - यह समझने के लिए कि परमाणु कैसे काम करता है - इसमें सत्य का केवल एक अंश होता है, लेकिन एक अधिक सामान्य कारण भी होता है। परमाणु के विभाजन के बारे में शाब्दिक रूप से बोलना पूरी तरह से सही नहीं है। दरअसल हम बात कर रहे हैं हाई-एनर्जी पार्टिकल्स की टक्कर की। उच्च गति से गतिमान उपपरमाण्विक कणों के टकराने से अंतःक्रियाओं और क्षेत्रों की एक नई दुनिया का जन्म होता है। टकराव के बाद बिखरी हुई अपार ऊर्जा को ले जाने वाले पदार्थ के टुकड़े प्रकृति के रहस्यों को छिपाते हैं, जो "दुनिया के निर्माण" से परमाणु की गहराई में दबे रहे।

जिन प्रतिष्ठानों पर उच्च-ऊर्जा कण टकराव होते हैं - कण त्वरक - उनके आकार और लागत से विस्मित होते हैं। वे कई किलोमीटर की दूरी तक पहुँचते हैं, और उनकी तुलना में, यहाँ तक कि प्रयोगशालाएँ जिनमें कणों के टकराव का अध्ययन किया जाता है, वे छोटी लगती हैं। वैज्ञानिक अनुसंधान के अन्य क्षेत्रों में, उपकरण प्रयोगशाला में स्थित है; उच्च ऊर्जा भौतिकी में, प्रयोगशालाएं त्वरक से जुड़ी होती हैं। हाल ही में, जिनेवा के पास स्थित यूरोपियन सेंटर फॉर न्यूक्लियर रिसर्च (सर्न) ने रिंग एक्सीलरेटर के निर्माण के लिए कई सौ मिलियन डॉलर आवंटित किए। इसके लिए बनाई जा रही सुरंग की परिधि 27 किमी तक पहुंचती है। त्वरक, जिसे एलईपी (एलईपी, लार्ज इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन रिंग - एक बड़ा इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन रिंग) कहा जाता है, को इलेक्ट्रॉनों और उनके एंटीपार्टिकल्स (पॉज़िट्रॉन) को गति देने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो प्रकाश की गति से केवल एक बाल की दूरी पर हैं। ऊर्जा के पैमाने का अंदाजा लगाने के लिए, कल्पना करें कि इलेक्ट्रॉनों के बजाय एक पैसा सिक्का इतनी गति से त्वरित होता है। त्वरण चक्र के अंत में, इसमें $1,000 मिलियन मूल्य की बिजली उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होगी! यह आश्चर्य की बात नहीं है कि ऐसे प्रयोगों को आमतौर पर "उच्च-ऊर्जा" भौतिकी के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। रिंग के अंदर एक-दूसरे की ओर बढ़ते हुए, इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन के बीम आमने-सामने टकराव का अनुभव करते हैं, जिसमें इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन का सफाया हो जाता है, जिससे दर्जनों अन्य कण बनाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा निकलती है।

ये कण क्या हैं? उनमें से कुछ बहुत ही "ईंटें" हैं जिनसे हम बने हैं: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जो परमाणु नाभिक बनाते हैं, और इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। अन्य कण आमतौर पर हमारे आस-पास के पदार्थ में नहीं पाए जाते हैं: उनका जीवनकाल बेहद छोटा होता है, और इसके समाप्त होने के बाद, वे साधारण कणों में क्षय हो जाते हैं। ऐसे अस्थिर अल्पकालिक कणों की किस्मों की संख्या आश्चर्यजनक है: उनमें से कई सौ पहले से ही ज्ञात हैं। सितारों की तरह, अस्थिर कण "नाम से" प्रतिष्ठित होने के लिए बहुत अधिक हैं। उनमें से कई केवल ग्रीक अक्षरों द्वारा इंगित किए जाते हैं, और कुछ केवल संख्याएं हैं।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ये सभी असंख्य और विविध अस्थिर कण किसी भी तरह से शाब्दिक अर्थ में नहीं हैं घटक भागप्रोटॉन, न्यूट्रॉन या इलेक्ट्रॉन। टकराने वाले, उच्च-ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन कई उप-परमाणु टुकड़ों में बिल्कुल भी नहीं बिखरते हैं। उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन के टकराव में भी, जो स्पष्ट रूप से अन्य वस्तुओं (क्वार्क) से मिलकर बनता है, वे, एक नियम के रूप में, सामान्य अर्थों में घटक भागों में विभाजित नहीं होते हैं। इस तरह के टकरावों में जो होता है उसे टक्कर की ऊर्जा से नए कणों के प्रत्यक्ष उत्पादन के रूप में देखा जाता है।

लगभग बीस साल पहले, भौतिक विज्ञानी नए उप-परमाणु कणों की प्रचुरता और विविधता से पूरी तरह से भ्रमित थे, जिनका कोई अंत नहीं था। समझना नामुमकिन था किसलिएइतने सारे कण। हो सकता है कि प्राथमिक कण चिड़ियाघर के निवासियों की तरह हों, जिनका संबंध परिवारों से है, लेकिन बिना किसी स्पष्ट वर्गीकरण के। या शायद, जैसा कि कुछ आशावादी मानते हैं, प्राथमिक कण ब्रह्मांड की कुंजी रखते हैं? भौतिकविदों द्वारा देखे गए कण क्या हैं: पदार्थ के महत्वहीन और यादृच्छिक टुकड़े या अस्पष्ट रूप से कथित आदेश की रूपरेखा जो हमारी आंखों के सामने दिखाई देती है, जो उप-परमाणु दुनिया की एक समृद्ध और जटिल संरचना के अस्तित्व का संकेत देती है? आज ऐसी संरचना के अस्तित्व में कोई संदेह नहीं है। सूक्ष्म जगत का एक गहरा और तर्कसंगत क्रम है, और हम यह समझने लगते हैं कि इन सभी कणों का अर्थ क्या है।

सूक्ष्म जगत को समझने की दिशा में पहला कदम सभी ज्ञात कणों के व्यवस्थितकरण के परिणामस्वरूप उठाया गया था, जैसे कि 18वीं शताब्दी में। जीवविज्ञानियों ने पौधों और जानवरों की प्रजातियों की विस्तृत सूची तैयार की। उप-परमाणु कणों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताएं द्रव्यमान, विद्युत आवेश और स्पिन हैं।

चूंकि द्रव्यमान और वजन संबंधित हैं, इसलिए बड़े द्रव्यमान वाले कणों को अक्सर "भारी" कहा जाता है। आइंस्टीन संबंध ई \u003d एमसी ^ 2 इंगित करता है कि एक कण का द्रव्यमान उसकी ऊर्जा पर और इसलिए उसके वेग पर निर्भर करता है। गतिमान कण विरामावस्था के कण से भारी होता है। जब लोग कण के द्रव्यमान के बारे में बात करते हैं, तो उनका मतलब होता है। आराम द्रव्यमान,चूंकि यह द्रव्यमान गति की स्थिति से स्वतंत्र है। शून्य विश्राम द्रव्यमान वाला एक कण प्रकाश की गति से गति करता है। शून्य विश्राम द्रव्यमान वाले कण का सबसे स्पष्ट उदाहरण फोटॉन है। यह माना जाता है कि इलेक्ट्रॉन गैर-शून्य आराम द्रव्यमान वाले कणों में सबसे हल्का है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन लगभग 2,000 गुना भारी होते हैं, जबकि प्रयोगशाला (Z-कण) में बनाए गए सबसे भारी कण का द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का लगभग 200,000 गुना होता है।

कणों का विद्युत आवेश एक संकीर्ण सीमा में भिन्न होता है, लेकिन, जैसा कि हमने देखा, यह हमेशा आवेश की मौलिक इकाई का गुणक होता है। कुछ कणों, जैसे फोटॉन और न्यूट्रिनो में विद्युत आवेश नहीं होता है। यदि किसी धनावेशित प्रोटॉन का आवेश +1 लिया जाता है, तो एक इलेक्ट्रॉन का आवेश -1 होता है।

इंच। 2 हमने एक और कण विशेषता पेश की है - स्पिन। यह हमेशा ऐसे मान भी लेता है जो किसी मौलिक इकाई के गुणज होते हैं, जिन्हें ऐतिहासिक कारणों से 1 . चुना जाता है /2. इस प्रकार, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन में एक स्पिन होता है 1/2, और फोटॉन की स्पिन 1 है। 0, 3/2, और 2 स्पिन वाले कणों को भी जाना जाता है। 2 से अधिक स्पिन वाले मौलिक कण नहीं पाए गए हैं, और सिद्धांतकारों का मानना ​​​​है कि ऐसे स्पिन वाले कण मौजूद नहीं हैं।

एक कण का घूमना एक महत्वपूर्ण विशेषता है, और इसके मूल्य के आधार पर, सभी कणों को दो वर्गों में विभाजित किया जाता है। स्पिन 0, 1 और 2 वाले कणों को "बोसोन" कहा जाता है - भारतीय भौतिक विज्ञानी चतुरेंद्रनाथ बोस के सम्मान में, और आधे-पूर्णांक स्पिन वाले कण (यानी स्पिन 1/2 या 3/2 के साथ) - एनरिको फर्मी के सम्मान में "फर्मियन"। इन दो वर्गों में से एक से संबंधित कण विशेषताओं की सूची में शायद सबसे महत्वपूर्ण है।

एक कण की एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता उसका जीवनकाल है। कुछ समय पहले तक यह माना जाता था कि इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, फोटॉन और न्यूट्रिनो बिल्कुल स्थिर होते हैं, अर्थात। अनंत जीवनकाल हो। न्यूट्रॉन तब तक स्थिर रहता है जब तक वह नाभिक में "बंद" रहता है, लेकिन एक मुक्त न्यूट्रॉन लगभग 15 मिनट में क्षय हो जाता है। अन्य सभी ज्ञात कण अत्यधिक अस्थिर हैं, उनका जीवनकाल कुछ माइक्रोसेकंड से 10-23 सेकेंड तक भिन्न होता है। ऐसे समय अंतराल अकल्पनीय रूप से छोटे लगते हैं, लेकिन यह नहीं भूलना चाहिए कि प्रकाश की गति के करीब गति से उड़ने वाला एक कण (और त्वरक में उत्पन्न अधिकांश कण ठीक ऐसी गति से चलते हैं) 300 मीटर की दूरी तक उड़ने में सफल होते हैं। एक माइक्रोसेकंड।

अस्थिर कण क्षय से गुजरते हैं, जो एक क्वांटम प्रक्रिया है, और इसलिए क्षय में हमेशा अप्रत्याशितता का एक तत्व होता है। किसी विशेष कण के जीवनकाल का पहले से अनुमान नहीं लगाया जा सकता है। सांख्यिकीय विचारों के आधार पर, केवल औसत जीवनकाल की भविष्यवाणी की जा सकती है। एक आम तौर पर एक कण के आधे जीवन की बात करता है, समान कणों की आबादी को आधे से कम करने में लगने वाला समय। प्रयोग से पता चलता है कि जनसंख्या में कमी तेजी से होती है (चित्र 6 देखें) और आधा जीवन औसत जीवनकाल का 0.693 है।

भौतिकविदों के लिए यह जानना पर्याप्त नहीं है कि यह या वह कण मौजूद है - वे यह समझने का प्रयास करते हैं कि इसकी भूमिका क्या है। इस प्रश्न का उत्तर ऊपर सूचीबद्ध कणों के गुणों पर निर्भर करता है, साथ ही कणों पर बाहर और अंदर से कार्य करने वाले बलों की प्रकृति पर भी निर्भर करता है। सबसे पहले, एक कण के गुण मजबूत बातचीत में भाग लेने की उसकी क्षमता (या अक्षमता) से निर्धारित होते हैं। प्रबल अंतःक्रिया में भाग लेने वाले कण एक विशेष वर्ग का निर्माण करते हैं और कहलाते हैं एंड्रॉन।वे कण जो कमजोर अंतःक्रिया में भाग लेते हैं और मजबूत अंतःक्रिया में भाग नहीं लेते हैं, कहलाते हैं लेप्टान,जिसका अर्थ है "फेफड़े"। आइए इन परिवारों में से प्रत्येक पर एक संक्षिप्त नज़र डालें।

लेप्टॉन

लेप्टान में सबसे प्रसिद्ध इलेक्ट्रॉन है। सभी लेप्टानों की तरह, यह एक प्राथमिक बिंदु वस्तु प्रतीत होती है। जहाँ तक ज्ञात है, इलेक्ट्रॉन की कोई आंतरिक संरचना नहीं होती है; किसी अन्य कण से मिलकर नहीं बनता है। हालांकि लेप्टान में विद्युत आवेश हो सकता है या नहीं भी हो सकता है, लेकिन उन सभी में एक ही स्पिन होता है 1/2, इसलिए वे फर्मियन हैं।

एक अन्य प्रसिद्ध लेप्टन, लेकिन बिना किसी आवेश के, न्यूट्रिनो है। जैसा कि पहले ही अध्याय में उल्लेख किया गया है। 2, न्यूट्रिनो भूत की तरह मायावी हैं। चूंकि न्यूट्रिनो मजबूत या विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाओं में भाग नहीं लेते हैं, वे लगभग पूरी तरह से पदार्थ की उपेक्षा करते हैं, इसके माध्यम से प्रवेश करते हैं जैसे कि यह बिल्कुल भी नहीं था। लंबे समय तक न्यूट्रिनो की उच्च मर्मज्ञ शक्ति ने उनके अस्तित्व की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि करना बहुत मुश्किल बना दिया। न्यूट्रिनो की भविष्यवाणी के लगभग तीन दशक बाद तक यह नहीं हुआ था कि वे अंततः प्रयोगशाला में खोजे गए थे। भौतिकविदों को परमाणु रिएक्टरों के निर्माण के लिए इंतजार करना पड़ा, जिसके दौरान बड़ी मात्रा में न्यूट्रिनो उत्सर्जित होते हैं, और उसके बाद ही नाभिक के साथ एक कण की आमने-सामने टक्कर दर्ज करना संभव होता है और इस तरह यह साबित होता है कि यह वास्तव में मौजूद है। आज, न्यूट्रिनो बीम के साथ और अधिक प्रयोग करना संभव है, जो एक त्वरक में कणों के क्षय के दौरान उत्पन्न होते हैं और जिनमें आवश्यक विशेषताएं होती हैं। अधिकांश न्यूट्रिनो लक्ष्य को "अनदेखा" करते हैं, लेकिन समय-समय पर न्यूट्रिनो अभी भी लक्ष्य के साथ बातचीत करते हैं, जिससे अन्य कणों की संरचना और कमजोर बातचीत की प्रकृति के बारे में उपयोगी जानकारी प्राप्त करना संभव हो जाता है। बेशक, अन्य उप-परमाणु कणों के प्रयोगों के विपरीत, न्यूट्रिनो के साथ प्रयोगों को विशेष सुरक्षा के उपयोग की आवश्यकता नहीं होती है। न्यूट्रिनो की भेदन शक्ति इतनी अधिक होती है कि वे पूरी तरह से हानिरहित होते हैं और मानव शरीर को बिना किसी नुकसान के गुजर जाते हैं।

उनकी अमूर्तता के बावजूद, न्यूट्रिनो अन्य ज्ञात कणों के बीच एक विशेष स्थान रखते हैं क्योंकि वे ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में कण हैं, एक अरब गुना इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन से अधिक हैं। ब्रह्मांड अनिवार्य रूप से न्यूट्रिनो का एक समुद्र है, जिसमें कभी-कभी परमाणुओं के रूप में समावेशन पाया जाता है। यह भी संभव है कि न्यूट्रिनो का कुल द्रव्यमान सितारों के कुल द्रव्यमान से अधिक हो, और इसलिए न्यूट्रिनो ही ब्रह्मांडीय गुरुत्वाकर्षण में मुख्य योगदान देते हैं। सोवियत शोधकर्ताओं के एक समूह के अनुसार, न्यूट्रिनो में एक छोटा, लेकिन शून्य नहीं, बाकी द्रव्यमान (एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के दस-हजारवें हिस्से से कम) होता है; अगर यह सच है, तो गुरुत्वाकर्षण न्यूट्रिनो ब्रह्मांड पर हावी हो जाते हैं, जो भविष्य में इसके पतन का कारण बन सकते हैं। तो, न्यूट्रिनो, पहली नज़र में, सबसे "हानिरहित" और निराकार कण, पूरे ब्रह्मांड के पतन का कारण बनने में सक्षम हैं।

अन्य लेप्टान में म्यूऑन शामिल है, जिसे 1936 में कॉस्मिक किरणों के संपर्क के उत्पादों में खोजा गया था; यह पहले ज्ञात अस्थिर उप-परमाणु कणों में से एक निकला। सभी मामलों में, स्थिरता को छोड़कर, म्यूऑन एक इलेक्ट्रॉन जैसा दिखता है: इसमें एक ही चार्ज और स्पिन होता है, एक ही बातचीत में भाग लेता है, लेकिन अधिक द्रव्यमान होता है। एक सेकंड के लगभग दो मिलियनवें हिस्से में, एक म्यूऑन एक इलेक्ट्रॉन और दो न्यूट्रिनो में विघटित हो जाता है। म्यून्स प्रकृति में व्यापक रूप से वितरित होते हैं, वे पृष्ठभूमि ब्रह्मांडीय विकिरण के एक महत्वपूर्ण हिस्से के लिए खाते हैं, जो कि गीजर काउंटर द्वारा पृथ्वी की सतह पर दर्ज किया जाता है।

कई वर्षों तक, इलेक्ट्रॉन और म्यूऑन एकमात्र ज्ञात आवेशित लेप्टान थे। फिर, 1970 के दशक के अंत में, एक तीसरे आवेशित लेप्टन की खोज की गई, जिसे "ताऊ लेप्टन" कहा जाता है। लगभग 3500 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के द्रव्यमान के साथ, ताऊ लेप्टन स्पष्ट रूप से आवेशित लेप्टानों की तिकड़ी में एक "भारी वजन" है, लेकिन अन्य सभी मामलों में यह एक इलेक्ट्रॉन और एक म्यूऑन की तरह व्यवहार करता है।

ज्ञात लेप्टान की यह सूची किसी भी तरह से समाप्त नहीं हुई है। 1960 के दशक में, यह स्थापित किया गया था कि न्यूट्रिनो कई प्रकार के होते हैं। एक प्रकार का न्यूट्रिनो एक न्यूट्रॉन के क्षय के दौरान एक इलेक्ट्रॉन के साथ पैदा होता है, और एक अन्य प्रकार का न्यूट्रिनो - एक म्यूऑन के जन्म के दौरान। प्रत्येक प्रकार के न्यूट्रिनो को अपने स्वयं के आवेशित लेप्टान के साथ जोड़ा जाता है; इसलिए, एक "इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो" और एक "म्यूऑन न्यूट्रिनो" है। सभी संभावनाओं में, तीसरे प्रकार का न्यूट्रिनो भी होना चाहिए, जो ताऊ लेप्टन के जन्म के साथ होता है। इस मामले में, न्यूट्रिनो किस्मों की कुल संख्या तीन है, और लेप्टान की कुल संख्या छह है (तालिका 1)। बेशक, प्रत्येक लेप्टान का अपना एंटीपार्टिकल होता है; इस प्रकार विशिष्ट लेप्टानों की कुल संख्या बारह है।

तालिका नंबर एक

छह लेप्टान आवेशित और तटस्थ संशोधनों के अनुरूप हैं (एंटीपार्टिकल्स तालिका में शामिल नहीं हैं)। द्रव्यमान और आवेश को क्रमशः इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान और आवेश की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है। इस बात के प्रमाण हैं कि न्यूट्रिनो का द्रव्यमान छोटा हो सकता है

हैड्रॉन्स

मुट्ठी भर ज्ञात हैड्रॉन लेप्टन के विपरीत, सचमुच सैकड़ों हैं। इससे पता चलता है कि हैड्रॉन प्राथमिक कण नहीं हैं, बल्कि छोटे घटकों से बने हैं। सभी हैड्रॉन मजबूत, कमजोर और गुरुत्वाकर्षण बातचीत में भाग लेते हैं, लेकिन वे दो किस्मों में होते हैं - विद्युत आवेशित और तटस्थ। हैड्रॉन में, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन सबसे प्रसिद्ध और व्यापक हैं। शेष हैड्रॉन अल्पकालिक होते हैं और कमजोर अंतःक्रिया के कारण एक सेकंड के दस लाखवें हिस्से से भी कम समय में या मजबूत अंतःक्रिया के कारण बहुत तेज (10-23 सेकेंड के क्रम में) क्षय हो जाते हैं।

1950 के दशक में, भौतिक विज्ञानी हैड्रॉन की प्रचुरता और विविधता से बेहद हैरान थे। लेकिन धीरे-धीरे, कणों को तीन महत्वपूर्ण विशेषताओं के अनुसार वर्गीकृत किया गया: द्रव्यमान, आवेश और स्पिन। धीरे-धीरे व्यवस्था के संकेत दिखने लगे और एक स्पष्ट तस्वीर उभरने लगी। ऐसे संकेत थे कि डेटा की स्पष्ट अराजकता के पीछे समरूपता छिपी हुई थी। 1963 में हैड्रॉन के रहस्य को उजागर करने में एक निर्णायक कदम उठाया गया था, जब कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के मरे गेल-मान और जॉर्ज ज़्विग ने क्वार्क के सिद्धांत का प्रस्ताव रखा था।

चित्र.10 हैड्रॉन क्वार्क से बनते हैं। प्रोटॉन (शीर्ष) दो यू-क्वार्क और एक डी-क्वार्क से बना है। लाइटर पायन (नीचे) एक मेसन है जिसमें एक यू-क्वार्क और एक डी-एंटीक्वार्क होता है। अन्य हैड्रॉन क्वार्क के सभी प्रकार के संयोजन हैं।

इस सिद्धांत का मूल विचार बहुत सरल है। सभी हैड्रोन छोटे कणों से बने होते हैं जिन्हें क्वार्क कहा जाता है। क्वार्क एक दूसरे के साथ दो संभावित तरीकों में से एक में संयोजन कर सकते हैं: या तो ट्रिपल में या क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े में। तुलनात्मक रूप से भारी कण तीन क्वार्क से बने होते हैं - बेरियन,जिसका अर्थ है "भारी कण"। सबसे प्रसिद्ध बेरियन न्यूट्रॉन और प्रोटॉन हैं। हल्के क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े कण बनाते हैं जिन्हें कहा जाता है मेसन -"मध्यवर्ती कण"। इस तरह के नाम की पसंद को इस तथ्य से समझाया गया है कि पहले खोजे गए मेसन ने इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के बीच द्रव्यमान में एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लिया था। सभी तत्कालीन ज्ञात हैड्रॉनों के लिए खाते में, गेल-मान और ज़्विग ने क्वार्क के तीन अलग-अलग प्रकार ("स्वाद") पेश किए, जिन्हें विचित्र नाम प्राप्त हुए: और(से यूपी-ऊपरी), डी(से नीचे-निचला) और s (से विचित्र- विचित्र)। स्वादों के विभिन्न संयोजनों की संभावना को मानते हुए, बड़ी संख्या में हैड्रॉन के अस्तित्व को समझाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन दो . से बना होता है और-और एक डी-क्वार्क (चित्र 10), और न्यूट्रॉन दो डी-क्वार्क और एक यू-क्वार्क से बना है।

गेल-मान और ज़्विग द्वारा प्रस्तावित सिद्धांत को मान्य होने के लिए, यह मान लेना आवश्यक है कि क्वार्क में एक भिन्नात्मक विद्युत आवेश होता है। दूसरे शब्दों में, उनके पास एक चार्ज होता है, जिसका मान मौलिक इकाई का 1/3 या 2/3 होता है - इलेक्ट्रॉन चार्ज। दो और तीन क्वार्क के संयोजन का कुल चार्ज शून्य या एक के बराबर हो सकता है। सभी क्वार्कों का स्पिन 1/2 होता है। इसलिए वे फर्मियन हैं। क्वार्कों के द्रव्यमान को अन्य कणों के द्रव्यमान के रूप में सटीक रूप से स्थापित नहीं किया गया है, क्योंकि हैड्रॉन में उनकी बाध्यकारी ऊर्जा क्वार्क के द्रव्यमान के बराबर होती है। हालांकि, एस क्वार्क भारी होने के लिए जाना जाता है और-और डी क्वार्क।

हैड्रॉन के अंदर, क्वार्क उत्तेजित अवस्थाओं में हो सकते हैं, कई मामलों में एक परमाणु की उत्तेजित अवस्थाओं के समान, लेकिन बहुत अधिक ऊर्जा के साथ। एक उत्तेजित हैड्रॉन में निहित अतिरिक्त ऊर्जा इसके द्रव्यमान को इतना बढ़ा देती है कि, क्वार्क के सिद्धांत के निर्माण से पहले, भौतिकविदों ने गलती से पूरी तरह से अलग कणों के लिए उत्साहित हैड्रॉन ले लिए। अब यह स्थापित हो गया है कि प्रतीत होता है कि अलग-अलग हैड्रॉन वास्तव में क्वार्क के एक ही मौलिक सेट के केवल उत्साहित राज्य हैं।

जैसा कि पहले ही अध्याय में उल्लेख किया गया है। 5, क्वार्कों को एक मजबूत अंतःक्रिया द्वारा एक साथ रखा जाता है। लेकिन वे कमजोर बातचीत में भी भाग लेते हैं। कमजोर बल क्वार्क का स्वाद बदल सकता है। इस प्रकार न्यूट्रॉन क्षय होता है। न्यूट्रॉन में से एक डी-क्वार्क यू-क्वार्क में बदल जाता है, और अतिरिक्त चार्ज उसी समय पैदा हुए इलेक्ट्रॉन को दूर ले जाता है। इसी तरह, स्वाद बदलने से, कमजोर अंतःक्रिया से अन्य हैड्रॉन का क्षय होता है।

तथाकथित "अजीब" कणों के निर्माण के लिए एस-क्वार्क का अस्तित्व आवश्यक है - 1950 के दशक की शुरुआत में खोजे गए भारी हैड्रॉन। इन कणों का असामान्य व्यवहार, जिसने उनके नाम को प्रेरित किया, यह था कि वे मजबूत बातचीत के कारण क्षय नहीं हो सकते थे, हालांकि स्वयं और उनके क्षय उत्पाद दोनों ही हैड्रॉन थे। भौतिकविदों ने इस बात पर आश्चर्य व्यक्त किया है कि यदि मां और बेटी दोनों कण हैड्रॉन के परिवार से संबंधित हैं, तो मजबूत बल उन्हें क्षय नहीं करता है। किसी कारण से, ये हैड्रॉन बहुत कम तीव्र कमजोर बातचीत को "पसंद" करते थे। क्यों? क्वार्क के सिद्धांत ने स्वाभाविक रूप से इस पहेली को सुलझा दिया। मजबूत बल क्वार्क का स्वाद नहीं बदल सकता - केवल कमजोर बल ही कर सकता है। और स्वाद में बदलाव के बिना, एस-क्वार्क के परिवर्तन के साथ और-या डी-क्वार्क, क्षय असंभव है।

तालिका में। चित्र 2 तीन-स्वाद क्वार्क और उनके नाम (आमतौर पर सिर्फ एक ग्रीक अक्षर) के विभिन्न संभावित संयोजनों को दिखाता है। कई उत्साहित राज्यों को नहीं दिखाया गया है। तथ्य यह है कि सभी ज्ञात हैड्रॉन तीन मूल कणों के विभिन्न संयोजनों से प्राप्त किए जा सकते हैं जो क्वार्क के सिद्धांत की मुख्य विजय का प्रतीक हैं। लेकिन इस सफलता के बावजूद कुछ साल बाद ही क्वार्कों के अस्तित्व के प्रत्यक्ष भौतिक प्रमाण प्राप्त हुए।

ये प्रमाण 1969 में स्टैनफोर्ड (कैलिफ़ोर्निया, यूएसए) - SLAC में एक बड़े रैखिक त्वरक पर किए गए ऐतिहासिक प्रयोगों की एक श्रृंखला में प्राप्त किए गए थे। स्टैनफोर्ड प्रयोगकर्ताओं ने सरलता से तर्क दिया। यदि वास्तव में प्रोटॉन में क्वार्क हैं, तो प्रोटॉन के अंदर इन कणों के साथ टकराव देखा जा सकता है। केवल एक उप-परमाणु "प्रक्षेप्य" की आवश्यकता होती है जिसे सीधे प्रोटॉन के आंतों में निर्देशित किया जा सकता है। इस उद्देश्य के लिए किसी अन्य हैड्रॉन का उपयोग करना बेकार है, क्योंकि इसमें प्रोटॉन के समान आयाम हैं। एक आदर्श प्रक्षेप्य एक लेप्टन हो सकता है, जैसे कि एक इलेक्ट्रॉन। चूंकि इलेक्ट्रॉन मजबूत अंतःक्रिया में भाग नहीं लेता है, यह उस माध्यम में "फंस" नहीं जाएगा जो क्वार्क बनाता है। उसी समय, इलेक्ट्रॉन उन पर विद्युत आवेश की उपस्थिति के कारण क्वार्क की उपस्थिति महसूस कर सकते हैं।

तालिका 2

क्वार्क, यू, डी, और एस के तीन स्वाद +2/3, -1/3, और -1/3 के आरोपों के अनुरूप हैं; वे तालिका में दिखाए गए आठ बेरियन बनाने के लिए तीनों में गठबंधन करते हैं। क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े मेसन बनाते हैं। (कुछ संयोजन जैसे sss छोड़े जाते हैं।)

स्टैनफोर्ड प्रयोग में, तीन किलोमीटर के त्वरक ने अनिवार्य रूप से एक विशाल इलेक्ट्रॉन "माइक्रोस्कोप" के रूप में कार्य किया, जिससे एक प्रोटॉन के अंदर की छवि बनाना संभव हो गया। एक पारंपरिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप आकार में एक सेंटीमीटर के दस लाखवें हिस्से से छोटे विवरणों को अलग करना संभव बनाता है। दूसरी ओर, प्रोटॉन कई दसियों लाख गुना छोटा है, और इसे केवल 2.1010 eV की ऊर्जा के लिए त्वरित इलेक्ट्रॉनों द्वारा "जांच" किया जा सकता है। स्टैनफोर्ड प्रयोगों के समय, कुछ भौतिकविदों ने क्वार्क के सरलीकृत सिद्धांत का पालन किया। अधिकांश वैज्ञानिकों को उम्मीद थी कि प्रोटॉन के विद्युत आवेशों द्वारा इलेक्ट्रॉनों को विक्षेपित किया जाएगा, लेकिन यह मान लिया गया था कि प्रोटॉन के अंदर आवेश समान रूप से वितरित किया गया था। यदि यह सच होता, तो मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों का कमजोर प्रकीर्णन होता, अर्थात। प्रोटॉन से गुजरते समय, इलेक्ट्रॉन मजबूत विक्षेपण से नहीं गुजरेंगे। प्रयोग से पता चला कि प्रकीर्णन पैटर्न उम्मीद से काफी अलग था। सब कुछ ऐसा हुआ जैसे कुछ इलेक्ट्रॉन छोटे कठोर समावेशन से टकरा रहे हों और सबसे अविश्वसनीय कोणों पर उछल रहे हों। अब हम जानते हैं कि प्रोटॉन के अंदर क्वार्क ऐसे कठोर समावेशन हैं।

1974 में, क्वार्क के सिद्धांत का एक सरलीकृत संस्करण, जो उस समय तक सिद्धांतकारों के बीच मान्यता प्राप्त कर चुका था, को एक संवेदनशील झटका लगा। कुछ दिनों के भीतर, अमेरिकी भौतिकविदों के दो समूहों - एक बर्टन रिक्टर के नेतृत्व में स्टैनफोर्ड में, दूसरा सैमुअल टिंग के नेतृत्व में ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी में - ने स्वतंत्र रूप से एक नए हैड्रॉन की खोज की घोषणा की, जिसे साई-कण कहा जाता था। अपने आप में, एक नए हैड्रॉन की खोज शायद ही विशेष रूप से उल्लेखनीय होती, यदि एक परिस्थिति के लिए नहीं: तथ्य यह है कि क्वार्क के सिद्धांत द्वारा प्रस्तावित योजना में, एक भी नए कण के लिए कोई जगह नहीं थी। यू, डी, और एस क्वार्क और उनके एंटीक्वार्क के सभी संभावित संयोजन पहले ही "इस्तेमाल किया जा चुका है"। साई-कण किससे बना होता है?

कुछ समय के लिए हवा में रहे एक विचार की ओर मुड़कर समस्या का समाधान किया गया था: एक चौथी सुगंध होनी चाहिए जिसे पहले कभी किसी ने नहीं देखा था। नई सुगंध का पहले से ही अपना नाम था - आकर्षण (आकर्षण), या सी। यह सुझाव दिया गया था कि एक साई-कण एक मेसन है जिसमें एक सी-क्वार्क और एक सी-एंटीक्वार्क (सी) होता है, अर्थात। सी.सी. चूंकि एंटीक्वार्क एंटीअरोमा के वाहक होते हैं, इसलिए साई-कण का आकर्षण निष्प्रभावी हो जाता है, और इसलिए एक नए स्वाद (आकर्षण) के अस्तित्व की प्रायोगिक पुष्टि के लिए तब तक इंतजार करना पड़ता है जब तक कि मेसन का पता लगाना संभव न हो जाए, जिसमें चार्म्ड क्वार्क के साथ जोड़ा गया था। अन्य स्वादों के एंटी-क्वार्कैम्प .. मंत्रमुग्ध कणों की एक पूरी स्ट्रिंग अब जानी जाती है। वे सभी बहुत भारी हैं, इसलिए आकर्षण क्वार्क अजीब क्वार्क से भारी है।

ऊपर वर्णित स्थिति 1977 में दोहराई गई, जब तथाकथित अपसिलोन मेसन (UPSILON) ने दृश्य में प्रवेश किया। इस बार, बिना किसी हिचकिचाहट के, पांचवां स्वाद पेश किया गया, जिसे बी-क्वार्क कहा जाता है (नीचे से - नीचे, और अधिक बार सौंदर्य - सौंदर्य, या आकर्षण)। अपसिलोन मेसन एक क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़ी है जो बी क्वार्क से बनी होती है और इसलिए इसमें एक छिपी हुई सुंदरता होती है; लेकिन, पिछले मामले की तरह, क्वार्क के एक अलग संयोजन ने आखिरकार "सौंदर्य" की खोज करना संभव बना दिया।

क्वार्कों के आपेक्षिक द्रव्यमान का अंदाजा कम से कम इस तथ्य से लगाया जा सकता है कि सबसे हल्के मेसन, पायन में जोड़े होते हैं। और-और एंटीक्वार्क के साथ डी-क्वार्क। साई मेसन लगभग 27 गुना है, और अपसिलोन मेसन पायन से कम से कम 75 गुना भारी है।

ज्ञात स्वादों की सूची का क्रमिक विस्तार लेप्टानों की संख्या में वृद्धि के समानांतर हुआ; इसलिए स्पष्ट प्रश्न उठा कि क्या कभी अंत होगा। विभिन्न प्रकार के हैड्रोन के विवरण को सरल बनाने के लिए क्वार्कों को पेश किया गया था, लेकिन अब भी ऐसा लग रहा है कि कणों की सूची फिर से बहुत तेजी से बढ़ रही है।

डेमोक्रिटस के समय से, परमाणुवाद का मूल विचार यह मान्यता रही है कि, पर्याप्त रूप से छोटे पैमाने पर, वास्तव में प्राथमिक कण मौजूद होने चाहिए, जिनके संयोजन हमारे आसपास के मामले को बनाते हैं। परमाणु विज्ञान आकर्षक है क्योंकि अविभाज्य (परिभाषा के अनुसार) मौलिक कण बहुत सीमित संख्या में मौजूद होने चाहिए। प्रकृति की विविधता बड़ी संख्या में घटक भागों के कारण नहीं, बल्कि उनके संयोजन के कारण है। जब यह पता चला कि कई अलग-अलग परमाणु नाभिक हैं, तो यह आशा गायब हो गई कि जिसे हम आज परमाणु कहते हैं, वह प्राचीन यूनानियों के पदार्थ के प्राथमिक कणों के विचार से मेल खाती है। और यद्यपि परंपरा से हम विभिन्न रासायनिक "तत्वों" के बारे में बात करना जारी रखते हैं, यह ज्ञात है कि परमाणु बिल्कुल भी प्राथमिक नहीं हैं, लेकिन प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों से मिलकर बने होते हैं। और जैसे ही क्वार्कों की संख्या बहुत बड़ी हो जाती है, यह मानने का प्रलोभन होता है कि वे भी छोटे कणों से युक्त जटिल प्रणाली हैं।

यद्यपि इस कारण से क्वार्क योजना से कुछ असंतोष है, अधिकांश भौतिक विज्ञानी क्वार्क को वास्तव में प्राथमिक कण मानते हैं - बिंदु-समान, अविभाज्य और आंतरिक संरचना के बिना। इस संबंध में वे पेप्टोन के समान हैं, और यह लंबे समय से सुझाव दिया गया है कि इन दो अलग लेकिन संरचनात्मक रूप से समान परिवारों के बीच एक गहरा संबंध होना चाहिए। इस तरह के दृष्टिकोण का आधार लेप्टान और क्वार्क के गुणों की तुलना से उत्पन्न होता है (तालिका 3)। प्रत्येक आवेशित लेप्टान को संबंधित न्यूट्रिनो से जोड़कर लेप्टान को जोड़े में समूहीकृत किया जा सकता है। क्वार्कों को जोड़े में भी बांटा जा सकता है। टैब। 3 को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि प्रत्येक कोशिका सीधे अपने सामने स्थित संरचना को दोहराती है। उदाहरण के लिए, दूसरे सेल में, म्यूऑन को "भारी इलेक्ट्रॉन" के रूप में दर्शाया जाता है, और आकर्षण और अजीब क्वार्क को भारी रूपों के रूप में दर्शाया जाता है। और-और डी क्वार्क। अगले सेल से, आप देख सकते हैं कि ताऊ लेप्टन और भी भारी "इलेक्ट्रॉन" है, और बी क्वार्क डी क्वार्क का एक भारी संस्करण है। एक पूर्ण सादृश्य के लिए, एक और (ताऊ-लेप्टोनियन) न्यूट्रिनो और क्वार्क का छठा स्वाद, जिसे पहले ही सत्य का नाम मिल चुका है (सच्चाई, टी)।इस पुस्तक को लिखने के समय, टी क्वार्क के अस्तित्व के लिए प्रायोगिक साक्ष्य अभी तक पर्याप्त रूप से आश्वस्त नहीं थे, और कुछ भौतिकविदों को संदेह था कि टी क्वार्क भी मौजूद थे।

टेबल तीन

लेप्टान और क्वार्क स्वाभाविक रूप से जुड़ते हैं। जैसा कि तालिका में दिखाया गया है। हमारे चारों ओर की दुनिया में पहले चार कण होते हैं। लेकिन अगले समूह, जाहिरा तौर पर, ऊपरी एक को दोहराते हैं और बेहद अस्थिर कणों के न्यूट्रिनो क्राउन में शामिल होते हैं।

क्या चौथा, पाँचवाँ आदि हो सकता है? वाष्प में और भी भारी कण होते हैं? यदि ऐसा है, तो अगली पीढ़ी के त्वरक भौतिकविदों को ऐसे कणों का पता लगाने की क्षमता प्रदान करेंगे। हालांकि, एक जिज्ञासु विचार व्यक्त किया जाता है, जिससे यह पता चलता है कि तीन नामों को छोड़कर अन्य जोड़े मौजूद नहीं हैं। यह विचार न्यूट्रिनो प्रकारों की संख्या पर आधारित है। हम जल्द ही सीखेंगे कि बिग बैंग के समय, जिसने ब्रह्मांड के उद्भव को चिह्नित किया था, न्यूट्रिनो का तीव्र जन्म हुआ था। एक प्रकार का लोकतंत्र प्रत्येक प्रकार के कणों को बाकी के समान ऊर्जा के हिस्से की गारंटी देता है; इसलिए, जितने अधिक विभिन्न प्रकार के न्यूट्रिनो होते हैं, उतनी ही अधिक ऊर्जा न्यूट्रिनो के समुद्र में निहित होती है जो बाहरी स्थान को भरती है। गणना से पता चलता है कि यदि न्यूट्रिनो की तीन से अधिक किस्में हैं, तो उन सभी द्वारा बनाए गए गुरुत्वाकर्षण का ब्रह्मांड के जीवन के पहले कुछ मिनटों में हुई परमाणु प्रक्रियाओं पर एक मजबूत परेशान करने वाला प्रभाव होगा। इसलिए, इन अप्रत्यक्ष विचारों से एक बहुत ही प्रशंसनीय निष्कर्ष निकलता है कि तालिका में दिखाए गए तीन जोड़े। 3, प्रकृति में मौजूद सभी क्वार्क और लेप्टान समाप्त हो गए हैं।

यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि ब्रह्मांड में सभी सामान्य पदार्थों में केवल दो सबसे हल्के लेप्टान (एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो) और दो सबसे हल्के क्वार्क होते हैं ( औरऔर डी)।यदि अन्य सभी लेप्टान और क्वार्क अचानक समाप्त हो जाते हैं, तो हमारे आसपास की दुनिया में, जाहिरा तौर पर, बहुत कम परिवर्तन होगा।

यह संभव है कि भारी क्वार्क और लेप्टान हल्के क्वार्क और लेप्टान के लिए एक प्रकार के स्टैंड-इन की भूमिका निभाएं। ये सभी अस्थिर होते हैं और जल्दी से ऊपरी कोशिका में स्थित कणों में विघटित हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, ताऊ लेप्टन और म्यूऑन इलेक्ट्रॉनों में क्षय हो जाते हैं, जबकि अजीब, आकर्षक और सुंदर कण या तो न्यूट्रॉन या प्रोटॉन (बैरियन के मामले में) या लेप्टान (मेसन के मामले में) में जल्दी से क्षय हो जाते हैं। सवाल उठता है: किसलिएक्या ये सभी दूसरी और तीसरी पीढ़ी के कण मौजूद हैं? प्रकृति को उनकी आवश्यकता क्यों थी?

कण - अंतःक्रियाओं के वाहक

लेप्टान और क्वार्क के छह जोड़े, जो पदार्थ की निर्माण सामग्री बनाते हैं, किसी भी तरह से ज्ञात कणों की सूची को समाप्त नहीं करते हैं। उनमें से कुछ, जैसे फोटॉन, क्वार्क योजना में शामिल नहीं हैं। कण "ओवरबोर्ड छोड़ दिया" "ब्रह्मांड की ईंटें" नहीं हैं, बल्कि एक प्रकार का "गोंद" बनाते हैं जो दुनिया को अलग नहीं होने देता, यानी। वे चार मौलिक अंतःक्रियाओं से जुड़े हैं।

मुझे एक बच्चे के रूप में बताया गया था कि चंद्रमा दैनिक ज्वार के दौरान महासागरों को उठने और गिरने का कारण बनता है। यह हमेशा मेरे लिए एक रहस्य रहा है कि समुद्र कैसे जानता है कि चंद्रमा कहां है और आकाश में अपनी गति का अनुसरण करता है। जब मैंने पहले से ही स्कूल में गुरुत्वाकर्षण के बारे में सीखा, तो मेरी घबराहट और बढ़ गई। चंद्रमा, एक चौथाई मिलियन किलोमीटर की खाली जगह को पार करके, समुद्र तक "पहुंच" कैसे लेता है? मानक उत्तर - चंद्रमा इस खाली स्थान में एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र बनाता है, जिसकी क्रिया समुद्र तक पहुँचती है, इसे गति में स्थापित करती है - निश्चित रूप से कुछ समझ में आता है, लेकिन फिर भी मुझे पूरी तरह से संतुष्ट नहीं किया। आखिरकार, हम चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र को नहीं देख सकते हैं। शायद यही कहता है? क्या यह वास्तव में कुछ समझाता है? मुझे हमेशा ऐसा लगता था कि चंद्रमा को किसी तरह समुद्र को बताना चाहिए कि वह कहां है। चंद्रमा और समुद्र के बीच किसी प्रकार का सिग्नल एक्सचेंज होना चाहिए ताकि पानी को पता चले कि कहां जाना है।

समय के साथ, यह पता चला कि एक संकेत के रूप में अंतरिक्ष के माध्यम से प्रेषित बल का विचार इस समस्या के आधुनिक दृष्टिकोण से बहुत दूर नहीं है। यह समझने के लिए कि इस तरह का प्रतिनिधित्व कैसे उत्पन्न होता है, बल क्षेत्र की प्रकृति पर अधिक विस्तार से विचार करना आवश्यक है। एक उदाहरण के रूप में, आइए समुद्र के ज्वार को नहीं, बल्कि एक सरल घटना को लें: दो इलेक्ट्रॉन एक दूसरे के पास आते हैं, और फिर, इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के प्रभाव में, अलग-अलग दिशाओं में उड़ते हैं। भौतिक विज्ञानी इस प्रक्रिया को प्रकीर्णन समस्या कहते हैं। बेशक, इलेक्ट्रॉन सचमुच एक दूसरे को धक्का नहीं देते हैं। वे प्रत्येक इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के माध्यम से दूरी पर बातचीत करते हैं।

चित्र.11. दो आवेशित कणों का प्रकीर्णन। विद्युत प्रतिकर्षण बल की क्रिया के कारण कणों के प्रक्षेप पथ घुमावदार होते हैं क्योंकि वे एक दूसरे के पास पहुंचते हैं।

एक इलेक्ट्रॉन द्वारा एक इलेक्ट्रॉन के प्रकीर्णन के चित्र की कल्पना करना कठिन नहीं है। प्रारंभ में, इलेक्ट्रॉन बड़ी दूरी से अलग हो जाते हैं और एक दूसरे को कमजोर रूप से प्रभावित करते हैं। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन लगभग एक सीधी रेखा में गति करता है (चित्र 11)। फिर, जैसे-जैसे प्रतिकारक बल कार्य में आते हैं, इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेप पथ वक्र होने लगते हैं जब तक कि कण यथासंभव निकट न हों; उसके बाद, प्रक्षेपवक्र अलग हो जाते हैं, और इलेक्ट्रॉन बिखर जाते हैं, फिर से रेक्टिलिनर के साथ चलना शुरू करते हैं, लेकिन पहले से ही प्रक्षेपवक्र को मोड़ते हैं। इस प्रकार के मॉडल को प्रयोगशाला में इलेक्ट्रॉनों के बजाय विद्युत आवेशित गेंदों का उपयोग करके प्रदर्शित करना आसान है। और फिर सवाल उठता है: कण कैसे "जानता है" कि दूसरा कण कहां है, और तदनुसार अपनी गति को बदलता है।

हालांकि घुमावदार इलेक्ट्रॉन प्रक्षेपवक्र की तस्वीर काफी उदाहरण है, यह कई मायनों में पूरी तरह से अनुपयुक्त है। तथ्य यह है कि इलेक्ट्रॉन क्वांटम कण हैं और उनका व्यवहार क्वांटम भौतिकी के विशिष्ट नियमों का पालन करता है। सबसे पहले, इलेक्ट्रॉन अच्छी तरह से परिभाषित प्रक्षेपवक्र के साथ अंतरिक्ष में नहीं चलते हैं। हम अभी भी एक तरह से या किसी अन्य पथ के शुरुआती और अंत बिंदुओं को निर्धारित कर सकते हैं - बिखरने से पहले और बाद में, लेकिन आंदोलन की शुरुआत और अंत के बीच के अंतराल में पथ अज्ञात और अनिश्चित रहता है। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन और क्षेत्र के बीच ऊर्जा और गति के निरंतर आदान-प्रदान का सहज विचार, जैसे कि इलेक्ट्रॉन को तेज करना, फोटॉन के अस्तित्व का खंडन करता है। ऊर्जा और गति को स्थानांतरित किया जा सकता है खेतकेवल भागों या क्वांटा में। एक इलेक्ट्रॉन की गति में क्षेत्र द्वारा शुरू की गई गड़बड़ी की एक और सटीक तस्वीर यह मानकर प्राप्त की जा सकती है कि इलेक्ट्रॉन, क्षेत्र के एक फोटॉन को अवशोषित करता है, अनुभव करता है, जैसे कि यह अचानक धक्का था। इसलिए, क्वांटम स्तर पर, एक इलेक्ट्रॉन द्वारा इलेक्ट्रॉन के बिखरने की क्रिया को चित्र में दिखाया जा सकता है। 12. दो इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेप पथ को जोड़ने वाली लहरदार रेखा एक इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्सर्जित और दूसरे द्वारा अवशोषित एक फोटॉन से मेल खाती है। अब प्रकीर्णन क्रिया प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की गति की दिशा में अचानक परिवर्तन के रूप में प्रकट होती है

चित्र.12. आवेशित कणों के प्रकीर्णन का क्वांटम विवरण। कणों की परस्पर क्रिया अंतःक्रिया वाहक, या आभासी फोटॉन (लहराती रेखा) के आदान-प्रदान के कारण होती है।

इस तरह के आरेखों का उपयोग पहली बार रिचर्ड फेनमैन द्वारा एक समीकरण के विभिन्न शब्दों को देखने के लिए किया गया था, और शुरू में उनका विशुद्ध रूप से प्रतीकात्मक अर्थ था। लेकिन फिर फेनमैन आरेखों का उपयोग कणों की परस्पर क्रिया को योजनाबद्ध रूप से चित्रित करने के लिए किया जाने लगा। इस तरह के चित्र, जैसा कि यह थे, भौतिक विज्ञानी के अंतर्ज्ञान के पूरक हैं, लेकिन उनकी व्याख्या कुछ हद तक सावधानी के साथ की जानी चाहिए। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन के प्रक्षेप पथ में कभी भी तीव्र विराम नहीं होता है। चूँकि हम केवल इलेक्ट्रॉनों की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति को जानते हैं, हम ठीक से नहीं जानते कि फोटॉन का आदान-प्रदान कब होता है, और कौन सा कण उत्सर्जित होता है और कौन सा फोटॉन अवशोषित करता है। ये सभी विवरण क्वांटम अनिश्चितता के पर्दे से छिपे हुए हैं।

इस चेतावनी के बावजूद, फेनमैन आरेख क्वांटम इंटरैक्शन का वर्णन करने का एक प्रभावी साधन साबित हुआ है। इलेक्ट्रॉनों के बीच आदान-प्रदान किए गए एक फोटॉन को इलेक्ट्रॉनों में से एक से एक तरह के संदेशवाहक के रूप में देखा जा सकता है, दूसरे को बता रहा है: "मैं यहाँ हूँ, इसलिए आगे बढ़ो!"। बेशक, सभी क्वांटम प्रक्रियाएं प्रकृति में संभाव्य हैं, इसलिए ऐसा विनिमय केवल एक निश्चित संभावना के साथ होता है। ऐसा हो सकता है कि इलेक्ट्रॉन दो या दो से अधिक फोटॉन का आदान-प्रदान करें (चित्र 13), हालांकि इसकी संभावना कम है।

यह जानना महत्वपूर्ण है कि हम वास्तव में फोटॉन को एक इलेक्ट्रॉन से दूसरे इलेक्ट्रॉन में घूमते हुए नहीं देखते हैं। इंटरेक्शन कैरियर दो इलेक्ट्रॉनों का "आंतरिक मामला" है। वे केवल इलेक्ट्रॉनों को यह बताने के लिए मौजूद हैं कि कैसे आगे बढ़ना है, और यद्यपि वे ऊर्जा और गति लेते हैं, शास्त्रीय भौतिकी के संबंधित संरक्षण कानून उन पर लागू नहीं होते हैं। इस मामले में फोटॉन की तुलना टेनिस खिलाड़ियों द्वारा कोर्ट पर एक्सचेंज की गई गेंद से की जा सकती है। जिस तरह एक टेनिस बॉल खेल के मैदान में टेनिस खिलाड़ियों के व्यवहार को निर्धारित करती है, उसी तरह एक फोटॉन इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार को प्रभावित करता है।

एक वाहक कण की मदद से बातचीत का सफल विवरण एक फोटॉन की अवधारणा के विस्तार के साथ था: एक फोटॉन न केवल प्रकाश का एक कण निकला, जिसे हम देखते हैं, बल्कि एक भूतिया कण भी है, जो " देखा" केवल आवेशित कणों द्वारा प्रकीर्णन से गुजर रहा है। कभी-कभी हमारे द्वारा देखे जाने वाले फोटॉन कहलाते हैं असली,और बातचीत करने वाले फोटॉन हैं आभासी,जो उनके क्षणभंगुर, लगभग भूतिया अस्तित्व की याद दिलाता है। वास्तविक और आभासी फोटॉन के बीच का अंतर कुछ हद तक मनमाना है, लेकिन फिर भी ये अवधारणाएं व्यापक हो गई हैं।

आभासी फोटॉनों की अवधारणा का उपयोग करते हुए विद्युत चुम्बकीय संपर्क का विवरण - इसके वाहक - इसके अर्थ में क्वांटम प्रकृति के केवल चित्रण से परे हैं। वास्तव में, हम एक सिद्धांत के बारे में बात कर रहे हैं जो सबसे छोटे विवरण के लिए सोचा गया है और एक आदर्श गणितीय उपकरण से लैस है, जिसे के रूप में जाना जाता है क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स,संक्षिप्त QED. जब QED पहली बार तैयार किया गया था (यह द्वितीय विश्व युद्ध के तुरंत बाद हुआ था), भौतिकविदों के पास एक सिद्धांत था जो क्वांटम सिद्धांत और सापेक्षता दोनों के बुनियादी सिद्धांतों को संतुष्ट करता है। नई भौतिकी के दो महत्वपूर्ण पहलुओं की संयुक्त अभिव्यक्तियों को देखने का यह एक शानदार अवसर है। प्रयोगात्मक रूप से उनका परीक्षण करें।

सैद्धांतिक रूप से, QED का निर्माण एक उत्कृष्ट उपलब्धि थी। पहले गणितीय कठिनाइयों के कारण फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की बातचीत के अध्ययन को बहुत सीमित सफलता मिली थी। लेकिन जैसे ही सिद्धांतकारों ने सही ढंग से गणना करना सीख लिया, बाकी सब जगह गिर गया। QED ने फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों को शामिल करने वाली किसी भी मनमाने ढंग से जटिल प्रक्रिया के परिणाम प्राप्त करने के लिए एक प्रक्रिया का प्रस्ताव दिया।

चित्र.13. इलेक्ट्रॉनों का प्रकीर्णन दो आभासी फोटॉनों के आदान-प्रदान के कारण होता है। इस तरह की प्रक्रियाएं अंजीर में दर्शाई गई मुख्य प्रक्रिया में एक छोटा सुधार करती हैं। ग्यारह

यह जांचने के लिए कि सिद्धांत वास्तविकता से कितनी अच्छी तरह सहमत है, भौतिकविदों ने विशेष रुचि के दो प्रभावों पर ध्यान केंद्रित किया। सबसे पहले हाइड्रोजन परमाणु के ऊर्जा स्तर से संबंधित है, सबसे सरल परमाणु। QED ने भविष्यवाणी की थी कि यदि वर्चुअल फोटॉन नहीं होते तो स्तरों को उस स्थिति से थोड़ा स्थानांतरित किया जाना चाहिए, जिस पर वे कब्जा करेंगे। इस बदलाव के परिमाण की भविष्यवाणी करने में सिद्धांत बहुत सटीक था। पीसी विश्वविद्यालय के विलिस लैम्ब द्वारा अत्यधिक सटीकता के साथ विस्थापन का पता लगाने और मापने के लिए एक प्रयोग किया गया था। एरिज़ोना। सभी की खुशी के लिए, गणना के परिणाम प्रयोगात्मक डेटा से पूरी तरह मेल खाते हैं।

QED का दूसरा निर्णायक परीक्षण इलेक्ट्रॉन के अपने चुंबकीय क्षण में एक अत्यंत छोटे सुधार से संबंधित है। और फिर, सैद्धांतिक गणना और प्रयोग के परिणाम पूरी तरह से मेल खाते हैं। सिद्धांतकारों ने गणनाओं को परिष्कृत करना शुरू कर दिया, प्रयोगकर्ताओं ने - उपकरणों को बेहतर बनाने के लिए। लेकिन, हालांकि सैद्धांतिक भविष्यवाणियों और प्रयोगात्मक परिणामों दोनों की सटीकता में लगातार सुधार किया गया था, क्यूईडी और प्रयोग के बीच समझौता त्रुटिहीन रहा। वर्तमान में, सैद्धांतिक और प्रायोगिक परिणाम अभी भी प्राप्त सटीकता के अनुरूप हैं, जिसका अर्थ है कि नौ से अधिक दशमलव स्थानों का मिलान। इस तरह का एक हड़ताली पत्राचार QED को मौजूदा प्राकृतिक विज्ञान सिद्धांतों में से सबसे उत्तम मानने का अधिकार देता है।

कहने की जरूरत नहीं है कि इसी तरह की जीत के बाद, QED को अन्य तीन मूलभूत अंतःक्रियाओं के क्वांटम विवरण के लिए एक मॉडल के रूप में अपनाया गया था। बेशक, अन्य इंटरैक्शन से जुड़े क्षेत्रों को अन्य वाहक कणों के अनुरूप होना चाहिए। गुरुत्वाकर्षण का वर्णन करने के लिए पेश किया गया था गुरुत्वाकर्षण,एक फोटॉन के समान भूमिका निभा रहा है। दो कणों के गुरुत्वाकर्षण संपर्क के दौरान, उनके बीच गुरुत्वाकर्षण का आदान-प्रदान होता है। अंजीर में दिखाए गए आरेखों के समान आरेखों का उपयोग करके इस बातचीत की कल्पना की जा सकती है। 12 और 13. यह गुरुत्वाकर्षण है जो चंद्रमा से महासागरों तक सिग्नल ले जाता है, जिसके बाद वे उच्च ज्वार पर उठते हैं और कम ज्वार पर गिरते हैं। पृथ्वी और सूर्य के बीच घूमने वाले गुरुत्वाकर्षण हमारे ग्रह को कक्षा में रखते हैं। गुरुत्वाकर्षण हमें पृथ्वी से मजबूती से बांधते हैं।

फोटॉन की तरह, गुरुत्वाकर्षण प्रकाश की गति से चलते हैं, इसलिए, गुरुत्वाकर्षण "शून्य आराम द्रव्यमान" वाले कण होते हैं। लेकिन यह वह जगह है जहां गुरुत्वाकर्षण और फोटॉन के बीच समानताएं समाप्त होती हैं। जबकि एक फोटॉन में 1 का स्पिन होता है, जबकि गुरुत्वाकर्षण में 2 का स्पिन होता है।

तालिका 4

चार मौलिक अंतःक्रियाओं के कण-वाहक। द्रव्यमान को प्रोटॉन द्रव्यमान की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है।

यह एक महत्वपूर्ण अंतर है, क्योंकि यह बल की दिशा निर्धारित करता है: विद्युत चुम्बकीय संपर्क में, जैसे-आवेशित कण, जैसे कि इलेक्ट्रॉन, एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, और गुरुत्वाकर्षण संपर्क में, सभी कण एक-दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं।

गुरुत्वाकर्षण वास्तविक और आभासी हो सकता है। एक वास्तविक गुरुत्वाकर्षण और कुछ नहीं बल्कि एक गुरुत्वाकर्षण तरंग की मात्रा है, जैसे एक वास्तविक फोटॉन एक विद्युत चुम्बकीय तरंग की मात्रा है। सिद्धांत रूप में, वास्तविक गुरुत्वाकर्षण को "मनाया" जा सकता है। लेकिन क्योंकि गुरुत्वाकर्षण संपर्क अविश्वसनीय रूप से कमजोर है, गुरुत्वाकर्षण का सीधे पता नहीं लगाया जा सकता है। अन्य क्वांटम कणों के साथ गुरुत्वाकर्षण की बातचीत इतनी कमजोर है कि गुरुत्वाकर्षण के बिखरने या अवशोषण की संभावना, उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन द्वारा, अनंत है।

वाहक कणों के आदान-प्रदान का मूल विचार अन्य अंतःक्रियाओं (तालिका 4) तक फैला हुआ है - कमजोर और मजबूत। हालांकि, विवरण में महत्वपूर्ण अंतर हैं। याद रखें कि मजबूत अंतःक्रिया क्वार्कों के बीच के बंधन को सुनिश्चित करती है। ऐसा कनेक्शन विद्युत चुम्बकीय के समान बल क्षेत्र द्वारा बनाया जा सकता है, लेकिन अधिक जटिल है। विद्युत बल विपरीत संकेतों के आवेश वाले दो कणों की एक बाध्य अवस्था का निर्माण करते हैं। क्वार्क के मामले में, तीन कणों की बाध्य अवस्थाएँ उत्पन्न होती हैं, जो बल क्षेत्र की अधिक जटिल प्रकृति को इंगित करती है, जो तीन प्रकार के "आवेश" से मेल खाती है। कण - क्वार्कों के बीच परस्पर क्रिया के वाहक, उन्हें जोड़े या त्रिक में जोड़ने वाले कहलाते हैं ग्लून्स

कमजोर बातचीत के मामले में स्थिति कुछ अलग है। इस अंतःक्रिया की त्रिज्या अत्यंत छोटी है। इसलिए, कमजोर अंतःक्रिया के वाहक बड़े आराम द्रव्यमान वाले कण होने चाहिए। इस तरह के द्रव्यमान में निहित ऊर्जा को हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत के अनुसार "उधार" लेना पड़ता है, जिस पर पहले से ही पी पर चर्चा की गई थी। 50. लेकिन चूंकि "उधार" द्रव्यमान (और इसलिए ऊर्जा) इतना बड़ा है, अनिश्चितता सिद्धांत की आवश्यकता है कि इस तरह के ऋण की परिपक्वता बेहद कम हो - केवल 10^-28s के बारे में। ऐसे अल्पकालिक कणों के पास बहुत दूर जाने का समय नहीं होता है, और उनके द्वारा की जाने वाली बातचीत की त्रिज्या बहुत छोटी होती है।

वास्तव में दो प्रकार के कमजोर अंतःक्रिया वाहक हैं। उनमें से एक बाकी द्रव्यमान को छोड़कर हर चीज में एक फोटॉन की तरह है। इन कणों को Z-कण कहते हैं। संक्षेप में, Z-कण एक नए प्रकार के प्रकाश हैं। एक अन्य प्रकार के कमजोर अंतःक्रिया वाहक, डब्ल्यू-कण, विद्युत आवेश की उपस्थिति से जेड-कणों से भिन्न होते हैं। इंच। 7 हम जेड- और डब्ल्यू-कणों के गुणों के बारे में अधिक विस्तार से चर्चा करते हैं, जिन्हें केवल 1983 में खोजा गया था।

क्वार्क, लेप्टान और बल वाहक में कणों का वर्गीकरण ज्ञात उप-परमाणु कणों की सूची को पूरा करता है। इनमें से प्रत्येक कण ब्रह्मांड के निर्माण में अपनी, लेकिन निर्णायक भूमिका निभाता है। यदि कोई वाहक कण नहीं होते, तो कोई अंतःक्रिया नहीं होती, और प्रत्येक कण अपने भागीदारों से अनभिज्ञ रहता। जटिल प्रणालियाँ उत्पन्न नहीं हो सकीं, कोई भी गतिविधि असंभव होगी। क्वार्क के बिना, कोई परमाणु नाभिक या सूर्य का प्रकाश नहीं होगा। लेप्टान के बिना, परमाणु मौजूद नहीं हो सकते थे, रासायनिक संरचनाएं और जीवन स्वयं उत्पन्न नहीं होता।

प्राथमिक कण भौतिकी के कार्य क्या हैं?

प्रभावशाली ब्रिटिश अखबार द गार्जियन ने एक बार एक संपादकीय प्रकाशित किया जिसमें कण भौतिकी के विकास के ज्ञान पर सवाल उठाया गया था, एक महंगा उपक्रम जो न केवल राष्ट्रीय विज्ञान बजट का एक महत्वपूर्ण हिस्सा लेता है, बल्कि सबसे अच्छे दिमाग के शेर का हिस्सा भी है। "क्या भौतिक विज्ञानी जानते हैं कि वे क्या कर रहे हैं?" गार्जियन ने पूछा। "यदि वे करते हैं, तो क्या अच्छा है? भौतिकविदों के अलावा, इन सभी कणों की आवश्यकता किसे है?"

इस प्रकाशन के कुछ महीने बाद, मुझे अमेरिका के राष्ट्रपति विज्ञान सलाहकार जॉर्ज केवर्थ द्वारा बाल्टीमोर में एक व्याख्यान में भाग लेने का अवसर मिला। कीवर्थ ने भी कण भौतिकी की ओर रुख किया, लेकिन उनका व्याख्यान पूरी तरह से अलग स्वर में दिया गया। मौलिक W- और Z-कणों की खोज के बारे में प्राथमिक कण भौतिकी के लिए अग्रणी यूरोपीय प्रयोगशाला CERN की हालिया घोषणा से अमेरिकी भौतिक विज्ञानी प्रभावित हुए, जो अंततः बड़े प्रोटॉन-एंटीप्रोटॉन कोलाइडिंग बीम एक्सेलेरेटर (कोलाइडर) में प्राप्त किए गए थे। अमेरिकियों को इस तथ्य के लिए उपयोग किया जाता है कि सभी सनसनीखेज खोजें उच्च ऊर्जा भौतिकी की उनकी प्रयोगशालाओं में की जाती हैं। क्या यह तथ्य नहीं है कि उन्होंने हथेली को रास्ता दिया, वैज्ञानिक और यहां तक ​​कि राष्ट्रीय पतन का संकेत?

केवर्थ को इसमें कोई संदेह नहीं था कि सामान्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका की समृद्धि और विशेष रूप से अमेरिकी अर्थव्यवस्था के लिए, यह आवश्यक है कि देश वैज्ञानिक अनुसंधान में सबसे आगे रहे। प्रमुख मौलिक अनुसंधान परियोजनाएं, कीवर्थ ने कहा, प्रगति में सबसे आगे हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका को कण भौतिकी में अपना प्रभुत्व फिर से हासिल करना होगा,

उसी सप्ताह, सूचना चैनलों ने एक विशाल त्वरक की अमेरिकी परियोजना के बारे में प्रसारित किया, जिसे प्राथमिक कण भौतिकी में नई पीढ़ी के प्रयोगों का संचालन करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। मुख्य लागत $ 2 बिलियन थी, जिससे यह त्वरक मनुष्य द्वारा बनाई गई अब तक की सबसे महंगी मशीन बन गई। अंकल सैम का यह विशालकाय, जिसकी तुलना में नई सर्न बिजली लाइन त्वरक भी एक बौने की तरह प्रतीत होगा, इतना बड़ा है कि लक्ज़मबर्ग का पूरा राज्य अपनी अंगूठी के अंदर फिट हो सकता है! विशाल सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट को गहन चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो कण बीम को कुंडलाकार कक्ष के साथ लपेटेंगे; यह इतनी बड़ी संरचना है कि नए त्वरक को रेगिस्तान में रखा जाना चाहिए। मैं जानना चाहता हूं कि द गार्जियन के संपादक इस बारे में क्या सोचते हैं।

सुपरकंडक्टिंग सुपर कोलाइडर (एसएससी) के रूप में जाना जाता है, लेकिन आमतौर पर इसे "डीज़रट्रॉन" (अंग्रेजी से। रेगिस्तान-रेगिस्तान। - ईडी।),यह राक्षसी मशीन बाकी ऊर्जा (द्रव्यमान) की तुलना में लगभग 20 हजार गुना अधिक ऊर्जा में प्रोटॉन को गति देने में सक्षम होगी। इन आंकड़ों की व्याख्या अलग-अलग तरीकों से की जा सकती है। अधिकतम त्वरण पर, कण प्रकाश की गति से केवल 1 किमी / घंटा कम की गति से आगे बढ़ेंगे - ब्रह्मांड में सीमित गति। सापेक्षतावादी प्रभाव इतने प्रबल होते हैं कि प्रत्येक कण का द्रव्यमान विरामावस्था से 20 हजार गुना अधिक होता है। इस तरह के एक कण से जुड़े फ्रेम में, समय इतना बढ़ाया जाता है कि हमारे संदर्भ के फ्रेम में 1 s 5.5 घंटे के अनुरूप होता है। कक्ष का प्रत्येक किलोमीटर जिसके माध्यम से कण गुजरता है "प्रतीत होता है" केवल 5.0 सेमी तक संकुचित होता है।

ऐसी कौन सी सख्त जरूरत है जो राज्यों को परमाणु के और अधिक विनाशकारी विखंडन पर इतने बड़े संसाधनों को खर्च करने के लिए प्रेरित करती है? क्या इस तरह के शोध में कोई व्यावहारिक उपयोग है?

बेशक, कोई भी महान विज्ञान राष्ट्रीय प्राथमिकता के लिए संघर्ष की भावना से अलग नहीं है। यहां कला या खेल की तरह ही पुरस्कार और विश्व मान्यता प्राप्त करना सुखद है। कण भौतिकी राज्य शक्ति का एक प्रकार का प्रतीक बन गया है। यदि यह सफलतापूर्वक विकसित होता है और ठोस परिणाम देता है, तो यह इंगित करता है कि विज्ञान, प्रौद्योगिकी, साथ ही साथ पूरे देश की अर्थव्यवस्था मूल रूप से उचित स्तर पर है। यह अन्य सामान्य प्रौद्योगिकी उद्योगों के उत्पादों की उच्च गुणवत्ता में विश्वास बनाए रखता है। त्वरक और सभी संबंधित उपकरणों को बनाने के लिए बहुत उच्च स्तर की व्यावसायिकता की आवश्यकता होती है। नई प्रौद्योगिकियों के विकास में प्राप्त मूल्यवान अनुभव का वैज्ञानिक अनुसंधान के अन्य क्षेत्रों पर अप्रत्याशित और लाभकारी प्रभाव पड़ सकता है। उदाहरण के लिए, डेजर्ट्रॉन के लिए आवश्यक सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट पर अनुसंधान और विकास अमेरिका में बीस वर्षों से चल रहा है। हालांकि, वे प्रत्यक्ष लाभ प्रदान नहीं करते हैं और इसलिए मूल्यांकन करना मुश्किल है। क्या कोई और ठोस परिणाम हैं?

मौलिक शोध के समर्थन में कभी-कभी एक और तर्क सुनने को मिलता है। भौतिकी आमतौर पर तकनीक से लगभग पचास वर्षों से आगे है। इस या उस वैज्ञानिक खोज का व्यावहारिक अनुप्रयोग पहली बार में किसी भी तरह से स्पष्ट नहीं है, लेकिन मौलिक भौतिकी की कुछ महत्वपूर्ण उपलब्धियों को समय के साथ व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं मिला है। मैक्सवेल के इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म के सिद्धांत को याद करें: क्या इसके निर्माता ने आधुनिक दूरसंचार और इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण और सफलता का पूर्वाभास किया होगा? और रदरफोर्ड के शब्दों के बारे में क्या है कि परमाणु ऊर्जा को कभी भी व्यावहारिक अनुप्रयोग मिलने की संभावना नहीं है? क्या यह भविष्यवाणी करना संभव है कि प्राथमिक कण भौतिकी के विकास से क्या हो सकता है, कौन से नए बल और नए सिद्धांत खोजे जाएंगे जो हमारे आसपास की दुनिया की हमारी समझ का विस्तार करेंगे और हमें भौतिक घटनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला पर शक्ति प्रदान करेंगे। और इससे प्रौद्योगिकियों का विकास हो सकता है जो रेडियो या परमाणु ऊर्जा से कम क्रांतिकारी नहीं हैं।

विज्ञान की अधिकांश शाखाओं ने अंततः कुछ सैन्य अनुप्रयोग पाया। इस संबंध में, प्राथमिक कण भौतिकी (परमाणु भौतिकी के विपरीत) अब तक अछूती रही है। संयोग से, कीवर्थ का व्याख्यान राष्ट्रपति रीगन की विवादास्पद मिसाइल-विरोधी परियोजना, तथाकथित बीम, हथियार (यह परियोजना सामरिक रक्षा पहल, एसडीआई नामक एक कार्यक्रम का हिस्सा है) के प्रचार के साथ मेल खाता है। इस परियोजना का सार दुश्मन की मिसाइलों के खिलाफ उच्च-ऊर्जा कण बीम का उपयोग करना है। कण भौतिकी का यह अनुप्रयोग वास्तव में भयावह है।

प्रचलित राय यह है कि ऐसे उपकरणों का निर्माण संभव नहीं है। प्राथमिक कण भौतिकी के क्षेत्र में काम करने वाले अधिकांश वैज्ञानिक इन विचारों को बेतुका और अप्राकृतिक मानते हैं और राष्ट्रपति के प्रस्ताव का कड़ा विरोध करते हैं। वैज्ञानिकों की निंदा करने के बाद, कीवर्थ ने उनसे बीम हथियार परियोजना में "यह सोचने के लिए कि वे क्या भूमिका निभा सकते हैं" का आग्रह किया। भौतिकविदों के लिए कीवर्थ की यह अपील (विशुद्ध रूप से संयोग से, निश्चित रूप से) उच्च ऊर्जा भौतिकी के वित्त पोषण के संबंध में उनके शब्दों का पालन करती है।

यह मेरा दृढ़ विश्वास है कि उच्च-ऊर्जा भौतिकविदों को अनुप्रयोगों (विशेष रूप से सैन्य वाले), ऐतिहासिक उपमाओं, या संभावित तकनीकी चमत्कारों के अस्पष्ट वादों का हवाला देकर मौलिक शोध की आवश्यकता को सही ठहराने की आवश्यकता नहीं है। भौतिक विज्ञानी इन अध्ययनों का संचालन मुख्य रूप से अपनी अविनाशी इच्छा के नाम पर करते हैं कि हमारी दुनिया कैसे काम करती है, प्रकृति को और अधिक विस्तार से समझने की इच्छा। कण भौतिकी अन्य मानवीय गतिविधियों के बीच अद्वितीय है। ढाई सहस्राब्दियों से, मानवता ने ब्रह्मांड की मूल "ईंटों" को खोजने की कोशिश की है, और अब हम अंतिम लक्ष्य के करीब हैं। विशालकाय प्रतिष्ठान हमें पदार्थ के हृदय में प्रवेश करने और प्रकृति से उसके अंतरतम रहस्यों को छीनने में मदद करेंगे। मानव जाति नई खोजों, पहले की अज्ञात तकनीकों के अप्रत्याशित अनुप्रयोगों की उम्मीद कर सकती है, लेकिन यह पता चल सकता है कि उच्च-ऊर्जा भौतिकी अभ्यास के लिए कुछ भी नहीं देगी। लेकिन आखिरकार, राजसी गिरजाघर या कॉन्सर्ट हॉल से बहुत कम व्यावहारिक उपयोग होता है। इस संबंध में, फैराडे के शब्दों को याद करने में कोई भी असफल नहीं हो सकता है, जिन्होंने एक बार टिप्पणी की थी: "नवजात शिशु का क्या उपयोग है?" अभ्यास से दूर मानव गतिविधि के प्रकार, जिसमें प्राथमिक कण भौतिकी शामिल है, मानव आत्मा की अभिव्यक्ति के प्रमाण के रूप में कार्य करते हैं, जिसके बिना हम अपनी अत्यधिक भौतिक और व्यावहारिक दुनिया में बर्बाद हो जाएंगे।

उपपरमाण्विक इलेक्ट्रॉन, कण प्रोटॉन और न्यूट्रॉन

पहला आधुनिक परमाणु सिद्धांत जॉन डाल्टन द्वारा सामने रखा गया था। उन्होंने सुझाव दिया कि प्रत्येक रासायनिक तत्व में परमाणु होते हैं जो आकार और द्रव्यमान में समान होते हैं। रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान इन कणों को अविभाज्य और अपरिवर्तित माना गया था। डाल्टन ने हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और सल्फर जैसे तत्वों के परमाणुओं को कुछ सापेक्ष भार (अधिक सटीक, द्रव्यमान) सौंपा, और प्रत्येक तत्व को एक विशिष्ट प्रतीक भी दिया।

हालाँकि, 19वीं शताब्दी के अंत में, कई खोजें की गईं जिनसे पता चला कि परमाणु एक अविभाज्य कण नहीं है, बल्कि उप-परमाणु कणों से बना है। इनमें से पहली खोज ऋणावेशित इलेक्ट्रोड द्वारा उत्सर्जित किरणों के अध्ययन पर आधारित थी। इन कैथोड किरणों का अस्तित्व 1870 के दशक में क्रुक्स और गोल्डस्टीन द्वारा किए गए प्रयोगों की एक श्रृंखला में प्रदर्शित किया गया था। उदाहरण के लिए, टर्बाइन के साथ क्रुक्स के प्रयोग में, कैथोड किरणों ने कांच के निलंबन पर एक छोटे प्ररित करनेवाला को घुमाया। 1895 में, विल्हेम रोएंटजेन ने एक्स-रे की खोज की, जिसे बाद में एक्स-रे कहा गया। अगले वर्ष, एंटोनी हेनरी बेकरेल ने दिखाया कि यूरेनियम का एक नमक एक्स-रे के समान अदृश्य विकिरण को स्वचालित रूप से उत्सर्जित करता है; घटना को रेडियोधर्मिता कहा गया। रोएंटजेन और बेकरेल को उनके शोध के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

इलेक्ट्रॉन।

इलेक्ट्रॉन खोजा जाने वाला पहला उप-परमाणु कण था। 1874 में, जे जे स्टोनी ने सुझाव दिया कि विद्युत प्रवाह नकारात्मक रूप से आवेशित कणों की एक धारा है, जिसे उन्होंने 1891 में इलेक्ट्रॉन कहा था। हालांकि, इलेक्ट्रॉन की खोज की प्राथमिकता लगभग सार्वभौमिक रूप से जे जे थॉमसन को दी जाती है, जिन्होंने इलेक्ट्रॉन के विशिष्ट चार्ज और सापेक्ष द्रव्यमान का निर्धारण किया।

1897 में इलेक्ट्रॉन के खोजकर्ता जोसेफ जॉन थॉमसन। 1906 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार विजेता। उनके बेटे, जॉर्ज पगेट थॉमसन ने सोने की पन्नी से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉनों के विवर्तन के अपने अध्ययन के साथ, लुई डी ब्रोगली के सिद्धांत की पुष्टि की, जिसके अनुसार मुक्त इलेक्ट्रॉन तरंगों और कणों दोनों के रूप में व्यवहार करते हैं। जे. पगेट थॉमसन, के. डेविसन के साथ, क्रिस्टल द्वारा इलेक्ट्रॉन विवर्तन की खोज के लिए 1937 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार प्राप्त किया।

चावल। 1.1. थॉमसन डिवाइस, 1 - कैथोड (-); 2 - एक छेद के साथ एनोड (+); 3 - कैथोड किरणों को विक्षेपित करने के लिए द्वितीयक इलेक्ट्रोड; 4 - अस्वीकृत स्थान; 5 - अस्वीकृत स्थान; 6 - ल्यूमिनसेंट स्क्रीन।

आर ई मिलिकेन।

आरएस मुल्लिकेन।

कभी-कभी, उपनामों की समानता के कारण, मिलिकन को मुल्लिकेन के साथ भ्रमित किया जाता है। ये दोनों नोबेल पुरस्कार विजेता हैं।

रॉबर्ट एंड्रस मिलिकेन एक अमेरिकी भौतिक विज्ञानी हैं जिन्होंने तेल की बूंदों के प्रयोगों में एक इलेक्ट्रॉन के आवेश को निर्धारित किया। इस प्रयोग में उन्होंने तेल की छोटी-छोटी बूंदों को एक्स-रे के संपर्क में लाकर उन पर विद्युत आवेश उत्पन्न किया। कंडेनसर की दो क्षैतिज प्लेटों के बीच की जगह में बूंदें धीरे-धीरे बस गईं। एक व्यक्तिगत बूंद का द्रव्यमान उसके गिरने की दर को मापकर निर्धारित किया जा सकता है। फिर संधारित्र प्लेटों को चार्ज किया गया, और इससे आवेशित बूंदों के गिरने की दर में बदलाव आया। बूंदों की गति को मापने के लिए मिलिकन ने उन पर आरोपों की गणना करने की अनुमति दी। यद्यपि बूंदों पर आवेश समान नहीं थे, यह पाया गया कि वे सभी किसी न किसी मान के गुणज थे, जो कि इलेक्ट्रॉन का आवेश है। 1923 में मिलिकन को भौतिकी का नोबेल पुरस्कार मिला।

रॉबर्ट सैंडरसन मुलिकेन - अमेरिकी रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी, रासायनिक बंधन और आणविक संरचना की प्रकृति के सैद्धांतिक अध्ययन के लिए 1966 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया। 1920 के दशक में उन्होंने रासायनिक बंधन के सैद्धांतिक विवरण और आणविक स्पेक्ट्रा की व्याख्या के लिए क्वांटम यांत्रिकी को लागू किया। विशेष रूप से, उन्होंने आण्विक कक्षाओं के विचार को पेश किया और दिखाया कि आणविक कक्षाओं द्वारा वर्णित बंधनों पर इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित किया जा सकता है (अध्याय 2 देखें)।

थॉमसन ने कैथोड किरणों के साथ अनुसंधान के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन की खोज की। डिस्चार्ज ट्यूब का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व, जिसका उपयोग वह कैथोड किरणों का उत्पादन करने के लिए करता था, अंजीर में दिखाया गया है। 1.1. डिस्चार्ज ट्यूब में कम दबाव और उच्च वोल्टेज (1500 वी और अधिक) बनाने के बाद, थॉमसन ने कैथोड किरणें प्राप्त कीं, जिससे ल्यूमिनसेंट स्क्रीन पर स्पष्ट रूप से दिखाई देने वाला स्थान बन गया। द्वितीयक इलेक्ट्रोड द्वारा बनाए गए विद्युत क्षेत्र के माध्यम से इस स्थान को किनारे पर विक्षेपित किया जा सकता है। विद्युत क्षेत्र के लंबवत निर्देशित चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत स्पॉट को भी किनारे पर हटा दिया गया था (यह आंकड़े में नहीं दिखाया गया है)। इन अवलोकनों ने थॉमसन को इस निष्कर्ष पर पहुँचाया कि कैथोड किरणें ऋणात्मक आवेशित कणों की एक धारा हैं जिन्हें इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों की ताकत को मापकर और संबंधित

चावल। 1.2. कैनाल किरणों की खोज गोल्डस्टीन ने की थी। 1 - एनोड (+); 2 - कैथोड (-) छेद के साथ; 3 - चैनल बीम को विक्षेपित करने के लिए द्वितीयक इलेक्ट्रोड।

स्पॉट विचलन। थॉमसन इन कणों के लिए चार्ज-टू-मास अनुपात की गणना करने में सक्षम था। उन्होंने पाया कि डिस्चार्ज ट्यूब को भरने के लिए चाहे जितनी भी गैस का इस्तेमाल किया जाए, मान वही रहता है। इस आधार पर, थॉमसन ने निष्कर्ष निकाला कि सभी तत्वों के परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन होते हैं।

1909 में आर.ई. मिलिकन ने तेल की बूंदों के साथ अपने प्रसिद्ध प्रयोग करते हुए इलेक्ट्रॉन का आवेश निर्धारित किया। थॉमसन द्वारा प्राप्त अनुपात के मूल्य के संयोजन में, इसने इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान की गणना करना संभव बना दिया। इन मात्राओं के वर्तमान में स्वीकृत मूल्य हैं

प्रोटॉन।

दूसरा उप-परमाणु कणों की खोज के लिए प्रोटॉन था। 1886 में, गोल्डस्टीन ने एक छिद्रित कैथोड द्वारा उत्सर्जित धनात्मक आवेशित किरणों का अवलोकन किया। उन्होंने उन्हें कैनाल किरणें कहा (चित्र 1.2)।

1899 में, रदरफोर्ड ने रेडियोधर्मी और विकिरण की खोज की। लगभग उसी समय, थॉमसन ने परमाणु की संरचना का अपना मॉडल प्रस्तावित किया, जिससे परमाणु में नकारात्मक और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए भागों की उपस्थिति की व्याख्या करना संभव हो जाता है ("प्लम पुडिंग" मॉडल, नीचे देखें)।

अर्नेस्ट रदरफोर्ड।

अर्नेस्ट रदरफोर्ड का जन्म 30 अगस्त, 1871 को न्यूजीलैंड में हुआ था। 27 साल की उम्र में, वह मॉन्ट्रियल, कनाडा में मैकगिल विश्वविद्यालय में भौतिकी के प्रोफेसर बन गए, और जल्द ही रेडियोधर्मिता अनुसंधान के तेजी से विकासशील क्षेत्र में अग्रणी विशेषज्ञों में से एक बन गए। उन्होंने कई रेडियोधर्मी तत्वों की खोज की और दो प्रकार के रेडियोधर्मी विकिरणों की उपस्थिति स्थापित की: और -विकिरण। फ्रेडरिक सोडी के साथ मिलकर उन्होंने पाया कि रेडियोधर्मिता का एक निश्चित आधा जीवन होता है। 1907 में, रदरफोर्ड इंग्लैंड चले गए, जहां 1909 में मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में, उन्होंने हंस गीगर के साथ मिलकर एक बार फिर साबित कर दिया कि -कण दोगुने हीलियम आयन हैं। 1908 में, रदरफोर्ड को रेडियोधर्मिता पर शोध के लिए नोबेल पुरस्कार मिला। 1910 में, गीजर और मार्सडेन के साथ, उन्होंने पाया कि - एक पतली धातु की पन्नी से गुजरने वाले कण अपनी गति की मूल दिशा से विचलित हो जाते हैं। इस खोज ने 1911 में रदरफोर्ड को परमाणु की संरचना के एक नए, ग्रहीय, मॉडल के निर्माण के लिए प्रेरित किया। 1914 में उन्होंने प्रोटॉन के अस्तित्व का सुझाव दिया और 1920 में उन्होंने न्यूट्रॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी की। 1914 में वैज्ञानिक गुणों के लिए, रदरफोर्ड, अंग्रेजी रिवाज के अनुसार, नाइटहुड तक बढ़ा दिया गया था, और 1921 में उन्हें ऑर्डर ऑफ मेरिट से सम्मानित किया गया था। 1915 से 1930 तक वह लंदन की रॉयल सोसाइटी के अध्यक्ष थे, और 1931 में एक पीयरेज प्राप्त किया। 19 अक्टूबर, 1937 को ओई की मृत्यु हो गई। रदरफोर्ड निस्संदेह 20 वीं शताब्दी के सबसे उत्कृष्ट वैज्ञानिकों में से एक है।

चावल। 1.3. गीगर और मार्सडेन प्रयोग। ए - पतली सोने की पन्नी की शीट से गुजरने के बाद ए-कणों का प्रकीर्णन। अधिकांश कण बिना विक्षेपण के पन्नी से गुजरते हैं, लेकिन कुछ कण वापस स्रोत की ओर रिकोषेट करते हैं; बी - रदरफोर्ड की धारणा के अनुसार, रिकोशेटिंग कण अपने नाभिक द्वारा एक परमाणु के मूल के साथ टकराव का अनुभव करते हैं। इस अवलोकन ने रदरफोर्ड को परमाणु की संरचना का एक नया मॉडल सामने रखने के लिए प्रेरित किया।

1909 में, रदरफोर्ड ने दिखाया कि उन्होंने पहले जो विकिरण खोजा था, वह धनात्मक आवेशित हीलियम परमाणुओं के कारण था। हालांकि, इन सकारात्मक कणों की वास्तविक प्रकृति की स्थापना 1914 में गीजर और मार्सडेन के प्रसिद्ध प्रयोग के बाद ही हुई थी।

हंस गीगर और अर्नेस्ट मार्सडेन रदरफोर्ड के छात्र थे। 1910 में, उन्होंने ऐसे प्रयोग किए जिनमें उन्होंने सोने की पन्नी की पतली चादरों पर ए-कणों के बीम से बमबारी की (चित्र 1.3)। कुछ ए-कण बिना विक्षेपण (लाइन ए) के पन्नी से गुजरे, जबकि अन्य अपनी मूल दिशा (लाइन बी) से विचलित हो गए। सभी को आश्चर्य हुआ कि 20,000 में से लगभग 1 कण पीछे की ओर विक्षेपित हो गया (लाइन C)। "यह लगभग उतना ही अविश्वसनीय था," रदरफोर्ड ने बाद में कहा, "जैसे कि आपने टिशू पेपर के एक टुकड़े पर 15 इंच का प्रक्षेप्य दागा, और प्रक्षेप्य वापस रिकोषेट हुआ और आपको मारा।" इस प्रयोग से यह पता चला कि परमाणु के केंद्र में एक बहुत छोटा धनात्मक आवेशित नाभिक होता है, जो अपेक्षाकृत दूर के प्रकाश ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों से घिरा होता है।

रदरफोर्ड ने तब प्रोटॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी की और दिखाया कि इसका द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1800 गुना से अधिक होना चाहिए।

न्यूट्रॉन।

न्यूट्रॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी 1920 में रदरफोर्ड ने परमाणु द्रव्यमान और परमाणु संख्या (नीचे देखें) के बीच अंतर को समझाने के लिए की थी। न्यूट्रॉन की खोज प्रयोगात्मक रूप से 1932 में जे. चाडविक ने परिणामों का अध्ययन करते हुए की थी

एक-कणों द्वारा बेरिलियम की बमबारी। उसी समय, बेरिलियम ने उच्च मर्मज्ञ शक्ति वाले कणों का उत्सर्जन किया, जो विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में विचलित नहीं हुए। चूँकि ये कण उदासीन थे, इसलिए इन्हें न्यूट्रॉन कहा गया।

उप-परमाणु दुनिया के विरोधाभास

आइए कुछ परिणामों का योग करें, जो हमें ज्ञात उप-परमाणु दुनिया के सभी विरोधाभासों को स्पष्ट रूप से चित्रित करते हैं।

1. एक परमाणु, एक नाभिक और एक प्राथमिक कण के स्तर पर, पदार्थ का दोहरा पहलू होता है, जो एक स्थिति में खुद को कणों के रूप में प्रकट करता है, और दूसरी में - तरंगों के रूप में। इसके अलावा, कण का कमोबेश निश्चित स्थान होता है, और तरंग अंतरिक्ष में सभी दिशाओं में फैलती है।

2. पदार्थ की दोहरी प्रकृति "क्वांटम प्रभाव" को निर्धारित करती है, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि सीमित मात्रा में अंतरिक्ष में स्थित एक कण तीव्रता से चलना शुरू कर देता है, और जितना अधिक महत्वपूर्ण प्रतिबंध, उतनी ही अधिक गति। एक विशिष्ट "क्वांटम प्रभाव" का परिणाम पदार्थ की कठोरता, एक रासायनिक तत्व के परमाणुओं की पहचान और उनकी उच्च यांत्रिक स्थिरता है।

चूँकि एक परमाणु के आयतन की सीमाएँ, और इससे भी अधिक नाभिक की सीमाएँ बहुत महत्वपूर्ण हैं, कण गति की गति बहुत अधिक है। उप-परमाणु दुनिया का अध्ययन करने के लिए, किसी को सापेक्षतावादी भौतिकी का उपयोग करना होगा।

3. एक परमाणु एक छोटे ग्रह प्रणाली की तरह बिल्कुल नहीं है। यह कण नहीं है - इलेक्ट्रॉन - जो नाभिक के चारों ओर घूमते हैं, लेकिन संभाव्य तरंगें, और एक इलेक्ट्रॉन कक्षा से कक्षा में जा सकता है, एक फोटॉन के रूप में ऊर्जा को अवशोषित या उत्सर्जित कर सकता है।

4. उप-परमाणु स्तर पर, शास्त्रीय भौतिकी की ठोस भौतिक वस्तुएं नहीं हैं, लेकिन तरंग संभाव्य मॉडल, जो रिश्तों के अस्तित्व की संभावना को दर्शाता है।

5. प्राथमिक कण बिल्कुल भी प्राथमिक नहीं होते, बल्कि अत्यंत जटिल होते हैं।

6. सभी ज्ञात प्राथमिक कणों के अपने-अपने प्रतिकण होते हैं। कणों और एंटीपार्टिकल्स के जोड़े तब बनते हैं जब पर्याप्त ऊर्जा होती है और विनाश की रिवर्स प्रक्रिया द्वारा शुद्ध ऊर्जा में परिवर्तित हो जाते हैं।

7. टक्करों में, कण एक दूसरे को पारित करने में सक्षम होते हैं: उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन की टक्कर में, एक पाई-मेसन का जन्म होता है, आदि।

8. कोई भी प्रयोग एक साथ गतिशील चरों के सटीक माप की ओर नहीं ले जा सकता है: उदाहरण के लिए, समय में किसी घटना की स्थिति की अनिश्चितता ऊर्जा की मात्रा की अनिश्चितता से उसी तरह संबंधित हो जाती है जैसे कि अनिश्चितता की अनिश्चितता किसी कण की स्थानिक स्थिति उसके संवेग की अनिश्चितता से संबंधित होती है।

9. द्रव्यमान ऊर्जा का एक रूप है; चूंकि ऊर्जा एक प्रक्रिया से जुड़ी एक गतिशील मात्रा है, इसलिए कण को ​​ऊर्जा का उपयोग करके एक गतिशील प्रक्रिया के रूप में माना जाता है, जो स्वयं को कण के द्रव्यमान के रूप में प्रकट करता है।

10. उपपरमाण्विक कण विभाज्य और अविभाज्य दोनों हैं। टक्कर के दौरान, दो कणों की ऊर्जा का पुनर्वितरण होता है और समान कण बनते हैं। और अगर ऊर्जा काफी अधिक है, तो मूल के समान ही, अतिरिक्त रूप से नए कण बन सकते हैं।

11. कणों के बीच परस्पर आकर्षण और प्रतिकर्षण बल समान कणों में रूपांतरित होने में सक्षम होते हैं।

12. कणों की दुनिया को एक दूसरे से स्वतंत्र सबसे छोटे घटकों में विघटित नहीं किया जा सकता है; कण पृथक नहीं किया जा सकता।

13. परमाणु के अंदर, कुछ स्थानों पर पदार्थ मौजूद नहीं है, बल्कि "अस्तित्व में हो सकता है"; परमाणु घटनाएं कुछ स्थानों पर और निश्चित रूप से निश्चित रूप से नहीं होती हैं, बल्कि "हो सकती हैं"।

14. प्रयोग का परिणाम तैयारी और माप की प्रणाली से प्रभावित होता है, जिसकी अंतिम कड़ी पर्यवेक्षक है। किसी वस्तु के गुण केवल पर्यवेक्षक के साथ वस्तु की बातचीत के संदर्भ में मायने रखते हैं, क्योंकि पर्यवेक्षक यह तय करता है कि वह माप कैसे करेगा, और अपने निर्णय के आधार पर, प्रेक्षित वस्तु की संपत्ति की एक विशेषता प्राप्त करता है।

15. उप-परमाणु जगत में गैर-स्थानीय संबंध होते हैं।

ऐसा प्रतीत होता है कि उप-परमाणु दुनिया में पर्याप्त जटिलताएं और भ्रम हैं जो स्थूल जगत को रेखांकित करते हैं। लेकिन कोई नहीं! वह सब कुछ नहीं हैं।

उप-परमाणु दुनिया के अध्ययन के परिणामस्वरूप खोजी गई वास्तविकता ने उन अवधारणाओं की एकता को प्रकट किया जो अब तक विपरीत और यहां तक ​​​​कि अपरिवर्तनीय भी लगती थीं। न केवल कण एक साथ विभाज्य और अविभाज्य हैं, पदार्थ असंतत और निरंतर दोनों है, ऊर्जा कणों में बदल जाती है और इसके विपरीत, सापेक्षतावादी भौतिकी ने अंतरिक्ष और समय की अवधारणाओं को भी एकीकृत किया है। यह मौलिक एकता है जो एक उच्च आयाम (चार-आयामी अंतरिक्ष-समय) में मौजूद है जो सभी विपरीत अवधारणाओं के एकीकरण का आधार है।

संभाव्यता तरंगों की अवधारणा की शुरूआत, जिसने कुछ हद तक "कण-लहर" विरोधाभास को हल किया, इसे पूरी तरह से नए संदर्भ में स्थानांतरित कर दिया, जिससे अधिक वैश्विक विरोधों की एक नई जोड़ी का उदय हुआ: अस्तित्व और गैर-अस्तित्व(एक)। परमाणु वास्तविकता इस विरोध से परे भी है।

शायद यह विरोध हमारी चेतना से धारणा के लिए सबसे कठिन है। भौतिकी में, ठोस मॉडल बनाए जा सकते हैं जो कणों की स्थिति से तरंगों की स्थिति में और इसके विपरीत संक्रमण दिखाते हैं। लेकिन कोई भी मॉडल अस्तित्व से गैर-अस्तित्व में संक्रमण की व्याख्या नहीं कर सकता है। एक आभासी कण नामक अवस्था से एक निर्वात में विराम की स्थिति में संक्रमण की व्याख्या करने के लिए किसी भी भौतिक प्रक्रिया का उपयोग नहीं किया जा सकता है जहां ये वस्तुएं गायब हो जाती हैं।

हम यह नहीं कह सकते कि परमाणु कण किसी न किसी बिंदु पर मौजूद है, और हम यह नहीं कह सकते कि वह वहां नहीं है। एक संभाव्य योजना होने के नाते, एक कण अलग-अलग बिंदुओं पर (एक साथ!) मौजूद हो सकता है और एक अजीब तरह की भौतिक वास्तविकता का प्रतिनिधित्व करता है, अस्तित्व और गैर-अस्तित्व के बीच कुछ। इसलिए, हम निश्चित विरोधी अवधारणाओं (ब्लैक-व्हाइट, प्लस-माइनस, कोल्ड-वार्म, आदि) के संदर्भ में एक कण की स्थिति का वर्णन नहीं कर सकते। कण एक निश्चित बिंदु पर स्थित नहीं है और वहां अनुपस्थित नहीं है। वह हिलती या आराम नहीं करती। केवल संभावित पैटर्न बदलता है, अर्थात कण की प्रवृत्ति कुछ बिंदुओं पर होती है।

रॉबर्ट ओपेनहाइमर ने इस विरोधाभास को सबसे सटीक रूप से व्यक्त किया जब उन्होंने कहा: "यदि हम पूछें, उदाहरण के लिए, क्या एक इलेक्ट्रॉन का स्थान स्थिर है, तो हमें नहीं कहना चाहिए; यदि हम पूछें कि क्या इलेक्ट्रॉन का स्थान समय के साथ बदलता है, तो हमें कहना चाहिए कि नहीं , अगर हम पूछें कि क्या इलेक्ट्रॉन गतिहीन है, तो हमें नहीं कहना चाहिए, अगर हम पूछें कि क्या यह गतिमान है, तो हमें नहीं कहना चाहिए। आप बेहतर न कहें!

यह कोई संयोग नहीं है कि डब्ल्यू. हाइजेनबर्ग ने स्वीकार किया: "मुझे देर रात तक भगवान के साथ कई विवाद याद हैं, जो हमारी असहायता की पहचान में परिणत हुए; जब, एक तर्क के बाद, मैं एक पड़ोसी पार्क में टहलने गया, मैंने बार-बार अपने आप से एक ही सवाल पूछा: "क्या प्रकृति में इतनी बेतुकापन हो सकता है जैसा कि हम परमाणु प्रयोगों के परिणामों में देखते हैं?"

बल और पदार्थ, कण और तरंग, गति और आराम, अस्तित्व और गैर-अस्तित्व जैसी विपरीत अवधारणाओं के ऐसे जोड़े, एक साथ एकता में संयुक्त, आज समझने के लिए क्वांटम सिद्धांत की सबसे कठिन स्थिति का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह भविष्यवाणी करना मुश्किल है कि विज्ञान को किन अन्य विरोधाभासों का सामना करना पड़ेगा जो हमारे सभी विचारों को अपने सिर पर मोड़ लेते हैं।

उग्र दुनिया . लेकिन वह सब नहीं है। गति की गति को बढ़ाकर संपीड़न का जवाब देने के लिए कणों की क्षमता पदार्थ की मौलिक गतिशीलता की बात करती है, जो उप-परमाणु दुनिया में गहरा होने पर स्पष्ट हो जाती है। इस दुनिया में, अधिकांश कण आणविक, परमाणु और परमाणु संरचनाओं से बंधे हैं, और वे सभी आराम पर नहीं हैं, लेकिन अराजक गति की स्थिति में हैं; वे प्रकृति में मोबाइल हैं। क्वांटम सिद्धांत बताता है कि पदार्थ निरंतर गतिमान है, एक क्षण के लिए भी स्थिर नहीं रहता।

उदाहरण के लिए, अपने हाथों में लोहे का एक टुकड़ा लेकर, हम इस आंदोलन को नहीं सुनते या महसूस नहीं करते हैं, यह, लोहा, हमें गतिहीन और निष्क्रिय लगता है। लेकिन अगर हम लोहे के इस "मृत" टुकड़े को एक बहुत शक्तिशाली माइक्रोस्कोप के नीचे देखें, जो हमें परमाणु में होने वाली हर चीज को देखने की अनुमति देगा, तो हमें कुछ बिल्कुल अलग दिखाई देगा। आइए एक लोहे के परमाणु के मॉडल को याद करें, जिसमें छब्बीस इलेक्ट्रॉन एक नाभिक के चारों ओर घूमते हैं जिसमें छब्बीस प्रोटॉन और तीस न्यूट्रॉन होते हैं। नाभिक के चारों ओर छब्बीस इलेक्ट्रॉनों का तेज बवंडर कीड़ों के एक अराजक और हमेशा बदलते झुंड की तरह है। यह आश्चर्यजनक है कि कैसे ये बेतहाशा घूमने वाले इलेक्ट्रॉन एक दूसरे से नहीं टकराते। ऐसा लगता है कि प्रत्येक के अंदर एक अंतर्निहित तंत्र है, सतर्कता से यह सुनिश्चित करता है कि वे टकराएं नहीं।

और अगर हम नाभिक में देखें, तो हम देखेंगे कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक उन्मत्त लैम्बडा ताल में नृत्य करते हैं, जिसमें नर्तक बारी-बारी से और जोड़े बदलते साथी होते हैं। एक शब्द में, "मृत" धातु में, शाब्दिक और आलंकारिक अर्थों में, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों की ऐसी विविध गति शासन करती है, जिसकी कल्पना करना असंभव है।

यह बहुस्तरीय, उग्र दुनिया परमाणुओं और उप-परमाणु कणों से बनी है जो जंगली गति से विभिन्न कक्षाओं में घूम रहे हैं, संगीत के लिए जीवन का अद्भुत नृत्य "नृत्य" करते हैं जिसे किसी ने बनाया है। लेकिन आखिरकार, सभी भौतिक वस्तुएं जो हम अपने चारों ओर देखते हैं, वे विभिन्न प्रकार के इंट्रामोल्युलर बॉन्ड द्वारा परस्पर जुड़े हुए परमाणुओं से बनी होती हैं और इस प्रकार अणु बनाती हैं। एक अणु में केवल इलेक्ट्रॉन प्रत्येक परमाणु नाभिक के चारों ओर नहीं, बल्कि परमाणुओं के एक समूह के चारों ओर घूमते हैं। और ये अणु निरंतर अराजक दोलन गति में भी होते हैं, जिसकी प्रकृति परमाणुओं के आसपास की तापीय स्थितियों पर निर्भर करती है।

एक शब्द में, उप-परमाणु और परमाणु दुनिया में लय, गति और निरंतर परिवर्तन सर्वोच्च शासन करते हैं। लेकिन सभी परिवर्तन आकस्मिक नहीं हैं और मनमाना नहीं हैं। वे बहुत स्पष्ट और विशिष्ट पैटर्न का पालन करते हैं: एक या दूसरे प्रकार के सभी कण द्रव्यमान, विद्युत आवेश और अन्य विशिष्ट संकेतकों में बिल्कुल समान होते हैं; सभी आवेशित कणों में एक विद्युत आवेश होता है, जो या तो इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर होता है, या संकेत में विपरीत होता है, या दो बार से अधिक होता है; और कणों की अन्य विशेषताओं में कोई मनमाना मूल्य नहीं हो सकता है, लेकिन उनमें से केवल एक सीमित संख्या है, जो वैज्ञानिकों को कणों को कई समूहों में विभाजित करने की अनुमति देता है, जिसे "परिवार" (24) भी कहा जा सकता है।

प्रश्न अनैच्छिक रूप से उठते हैं: उप-परमाणु कणों के अद्भुत नृत्य के लिए संगीत की रचना किसने की, सूचना कार्यक्रम किसने निर्धारित किया और जोड़ों को नृत्य करना सिखाया, यह नृत्य किस बिंदु पर शुरू हुआ? दूसरे शब्दों में: पदार्थ कैसे बनता है, किसने बनाया, कब हुआ? ये ऐसे सवाल हैं जिनका जवाब विज्ञान ढूंढ रहा है।

दुर्भाग्य से, हमारा विश्वदृष्टि सीमित और अनुमानित है। प्रकृति के बारे में हमारी सीमित समझ सीमित "प्रकृति के नियमों" के विकास की ओर ले जाती है जो हमें बड़ी संख्या में घटनाओं का वर्णन करने की अनुमति देती है, लेकिन मानव विश्वदृष्टि को प्रभावित करने वाले ब्रह्मांड के सबसे महत्वपूर्ण कानून अभी भी हमारे लिए काफी हद तक अज्ञात हैं।

सिरैक्यूज़ विश्वविद्यालय के क्वांटम भौतिक विज्ञानी फ़्रिट्ज़ रोरलिच कहते हैं, "अधिकांश भौतिकविदों का रवैया एक सिज़ोफ्रेनिक के विश्वदृष्टि की याद दिलाता है।" एक ओर, वे क्वांटम सिद्धांत की मानक व्याख्या को स्वीकार करते हैं। दूसरी ओर, वे क्वांटम सिस्टम की वास्तविकता पर जोर देते हैं, भले ही वे मौलिक रूप से अप्राप्य हों।"

वास्तव में एक अजीब स्थिति जिसे इस तरह व्यक्त किया जा सकता है: "मैं इसके बारे में नहीं सोचूंगा, भले ही मुझे पता हो कि यह सच है।" यह स्थिति कई भौतिकविदों को क्वांटम भौतिकी की सबसे आश्चर्यजनक खोजों के तार्किक परिणामों पर विचार करने से रोकती है। जैसा कि कॉर्नेल विश्वविद्यालय के डेविड मर्मिन बताते हैं, भौतिक विज्ञानी तीन श्रेणियों में आते हैं: पहला, छोटे अल्पसंख्यक जो स्पष्ट तार्किक परिणामों से प्रेतवाधित हैं; दूसरा एक समूह है जो कई विचारों और तर्कों की मदद से समस्या से बचा जाता है, अधिकांश भाग के लिए अस्थिर; और, अंत में, तीसरी श्रेणी - जिनके पास कोई विचार नहीं है, लेकिन वे परवाह नहीं करते हैं। "यह स्थिति, निश्चित रूप से, सबसे आरामदायक है," मर्मिन (1) नोट करती है।

फिर भी, वैज्ञानिक इस बात से अवगत हैं कि "कानूनों" के विवरण सहित प्राकृतिक घटनाओं का वर्णन करने वाले उनके सभी सिद्धांत मानव चेतना का एक उत्पाद हैं, दुनिया की हमारी तस्वीर की वैचारिक संरचना के परिणाम हैं, न कि वास्तविकता के गुण। सभी वैज्ञानिक मॉडल और सिद्धांत मामलों की वास्तविक स्थिति के केवल अनुमान हैं। उनमें से कोई भी परम सत्य होने का दावा नहीं कर सकता। सिद्धांतों की अनिर्णयता मुख्य रूप से तथाकथित "मौलिक स्थिरांक" के उपयोग में प्रकट होती है, अर्थात्, मात्राएं जिनके मूल्य संबंधित सिद्धांतों से प्राप्त नहीं होते हैं, लेकिन अनुभवजन्य रूप से निर्धारित होते हैं। क्वांटम सिद्धांत यह नहीं समझा सकता है कि एक इलेक्ट्रॉन का इतना द्रव्यमान और ऐसा विद्युत आवेश क्यों होता है, और सापेक्षता का सिद्धांत प्रकाश की गति के ऐसे मूल्य की व्याख्या नहीं कर सकता है।

बेशक, विज्ञान कभी भी एक आदर्श सिद्धांत नहीं बना पाएगा जो सब कुछ समझाएगा, लेकिन उसे इसके लिए लगातार प्रयास करना चाहिए, भले ही वह एक अप्राप्य मील का पत्थर हो। जितना अधिक बार सेट किया जाता है, जिस पर जम्पर को कूदना होगा, वह उतनी ही अधिक ऊंचाई लेगा, भले ही वह कोई रिकॉर्ड न बनाए। और वैज्ञानिक, प्रशिक्षण में एक जम्पर की तरह, लगातार बार बढ़ाते हैं, लगातार अलग-अलग आंशिक और अनुमानित सिद्धांतों को विकसित करते हैं, जिनमें से प्रत्येक पिछले एक की तुलना में अधिक सटीक है।

आज, विज्ञान के पास पहले से ही कई निजी सिद्धांत और मॉडल हैं जो तरंग क्वांटम वास्तविकता के कुछ पहलुओं का सफलतापूर्वक वर्णन करते हैं जो हमें उत्साहित करते हैं। कई वैज्ञानिकों के अनुसार, सबसे आशाजनक सिद्धांत - चेतना पर आधारित सैद्धांतिक भौतिकी के आगे के विकास के लिए आधार, जेफरी चू की "बूटस्ट्रैप" परिकल्पना, डेविड बोहम का सिद्धांत और मरोड़ क्षेत्रों का सिद्धांत है। और शिक्षाविद वी.पी. काज़नाचेव के मार्गदर्शन में रूसी वैज्ञानिकों का अनूठा प्रायोगिक कार्य काफी हद तक ब्रह्मांड और चेतना के अध्ययन के दृष्टिकोण की शुद्धता की पुष्टि करता है, जो इन परिकल्पनाओं और सिद्धांतों में अंतर्निहित हैं।

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लाइफ विदाउट बॉर्डर्स किताब से। नैतिक कानून लेखक

3.3.1. समय के भौतिक विरोधाभास "1912 की गर्मियों में ... ग्रेट ब्रिटेन के समाचार पत्रों ने एक रहस्यमय कहानी का वर्णन किया जो लंदन से ग्लासगो के लिए एक एक्सप्रेस ट्रेन में हुई थी। एक कार में घटना के गवाह दो यात्री थे जो एक दूसरे से अपरिचित थे -

जीवन की शिक्षा पुस्तक से लेखक रोरिक ऐलेना इवानोव्ना

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द आर्ट ऑफ़ मैनेजिंग द वर्ल्ड पुस्तक से लेखक विनोग्रोडस्की ब्रोनिस्लाव ब्रोनिस्लावॉविच

[दुनिया की माँ का प्रतीक दुनिया से अपना चेहरा छिपा रहा है] मैं आपको याद दिला दूं कि विश्व की माँ ने ब्रह्मांडीय कारणों से भी अपना चेहरा मानवता से छिपाया था। क्योंकि जब लूसिफ़ेर ने मानवता पर सत्ता हथियाने के लिए एक महिला को अपमानित करने का फैसला किया, तो ब्रह्मांडीय परिस्थितियों ने इस तरह का समर्थन किया

लाइफ विदाउट बॉर्डर्स किताब से। नैतिक कानून लेखक ज़िकारेंटसेव व्लादिमीर वासिलिविच

राज्यों का प्रबंधन चेतना के विरोधाभास जैसे ही किसी की स्थिति में सुधार करने की इच्छा होती है, इसका मतलब है कि गिरावट आई है। जैसे ही आप अपने आप में सुधार करने जा रहे हैं, इसका मतलब है कि आपने नई खामियों की खोज की है।इरादा वहीं पैदा होता है जहां यह पाया जाता है

किताब से कैसे सपने और लिखावट अतीत की गलतियों को सुधारने में मदद करेगी द्वारा एंटिस जैक

राज्य प्रबंधन महान के विरोधाभास चेतना के विकास के सिद्धांतों को स्थिर परिभाषाओं में व्यक्त किया जा सकता है: पूर्णता की समझ में स्पष्टता की आंतरिक स्थिति बाहरी रूप से गलतफहमी के अंधेरे के रूप में प्रकट हो सकती है। पूर्णता के मार्ग के साथ प्रगति की आंतरिक स्थिति

अमरता की संहिता पुस्तक से। शाश्वत जीवन के बारे में सत्य और मिथक लेखक प्रोकोपेंको इगोर स्टानिस्लावोविच

रूसी जीवन के विरोधाभास रूस में कानून और तर्क काम नहीं करते हैं, क्योंकि हमारे देश में मुख्य कानून दिल है, केंद्र जहां सभी विरोधी एकजुट होते हैं। दिल दुनिया और चीजों की एकता के आधार पर दुनिया, लोगों और घटनाओं का न्याय करता है, इसलिए इसके लिए कोई कानून नहीं हैं,

लेखक की किताब से

अध्याय 14 सपने जो हमें जगाते हैं (या सपने-विरोधाभास) भविष्यसूचक, या भविष्य कहनेवाला, सपने, अक्सर हम चमकीले रंग और संवेदनाओं के तेज से भेद करते हैं। लेकिन प्लॉट या छवि के PARADOXALITY के लिए भी यही होता है ... आइए हमारे ऐलिस पर लौटते हैं। मैं विरोधाभासी रूप से संबंधित छवियों को संदर्भ से बाहर ले जाऊंगा

लेखक की किताब से

अध्याय 3. दीर्घायु के विरोधाभास 2013 की गर्मियों में, वैज्ञानिकों ने एक सनसनीखेज भविष्यवाणी की: सचमुच 10 वर्षों में, एक व्यक्ति का औसत जीवन काल दोगुना हो सकता है, और लंबी अवधि में, उम्र बढ़ने को हराना संभव है, और फिर मृत्यु कील के जर्मन वैज्ञानिक

उपपरमाण्विक भौतिकी अत्यंत लोकप्रिय है। इस दिशा में शोध के लिए वैज्ञानिकों को अक्सर नोबेल पुरस्कार मिलता है। न्यूट्रिनो अविश्वसनीय रूप से लोकप्रिय हैं। इस कण के लिए चार पुरस्कार दिए गए। 1988 में म्यूऑन न्यूट्रिनो की खोज हुई। 1995 में, फ्रेड रेनर्स को न्यूट्रिनो के पंजीकरण के लिए पुरस्कार मिला। 2002 में, रे डेविस और मासातोशी कोशिबा ने मापा कि सूर्य पृथ्वी पर कितने न्यूट्रिनो भेजता है। इस साल, ताकाकी काजिता और आर्थर मैकडॉनल्ड्स ने यह प्रदर्शित करने के लिए पुरस्कार साझा किया कि कैसे न्यूट्रिनो एक रूप से दूसरे रूप में बदल सकते हैं।

न्यूट्रिनो की भविष्यवाणी करने वाले वोल्फगैंग पाउली को भी नोबेल पुरस्कार मिला, लेकिन कण भौतिकी में एक अलग खोज के लिए। शायद उन्हें न्यूट्रिनो के लिए एक और मिला होगा, लेकिन उन्होंने अपनी खोज को भौतिकविदों के एक सम्मेलन में एक पत्र के रूप में प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने भाग नहीं लिया।

हालांकि, सबसे लोकप्रिय उप-परमाणु कण सूक्ष्म जगत का एकमात्र आश्चर्य नहीं है। एक दर्जन अलग-अलग खोजें हैं जिन्हें आश्चर्यजनक कहा जा सकता है।

10. उपपरमाण्विक कणों का अस्तित्व

19वीं शताब्दी के दौरान, परमाणुओं का अस्तित्व ही सवालों के घेरे में था, रसायन विज्ञान में परमाणु सिद्धांत की सफलता के लिए धन्यवाद, जिसे अंग्रेजी स्कूली शिक्षक जॉन डाल्टन ने आवाज दी थी। उससे पहले, परमाणु एक अमूर्त दार्शनिक अवधारणा थी जिसका उपयोग पदार्थ की परिमित प्रकृति के बारे में चर्चा में किया जाता था, लेकिन इसे प्रायोगिक अनुसंधान के बाहर माना जाता था। कई भौतिक विज्ञानी, सामान्य तौर पर, परमाणुओं को एक कल्पना मानते थे, इन प्रयोगों की व्याख्या करने के लिए सुविधाजनक, लेकिन अवास्तविक।

डेटा जमा हुआ, और यह स्वीकार करना पड़ा कि यदि परमाणु मौजूद नहीं थे, तो उनके समान किसी प्रकार की अविभाज्य संरचना होनी चाहिए। परमाणुओं के अस्तित्व की पुष्टि करने वाला पत्थर मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली में तत्वों के गुणों की पुनरावृत्ति था। 1897 में, थॉमसन ने पहले प्राथमिक कण, इलेक्ट्रॉन की खोज की घोषणा की, जिसने परमाणुओं की अविभाज्यता का पूरी तरह से खंडन किया।

9. परमाणु नाभिक

इससे पहले कि भौतिकविदों के पास इस विचार को स्वीकार करने का समय था कि परमाणु मौजूद हैं, उन्हें इस तथ्य को स्वीकार करना शुरू करना पड़ा कि वे अलग-अलग हिस्सों से बने हैं। थॉम्पसन ने सुझाव दिया कि नकारात्मक इलेक्ट्रॉन सकारात्मक चार्ज किए गए हलवे में चेरी की तरह तैरते हैं। लेकिन जब अर्नेस्ट रदरफोर्ड और उनके सहायक अल्फा कणों के साथ सोने की एक पतली शीट को शूट करने में कामयाब रहे, तो कुछ "कारतूस" वापस उछल गए। इसने रदरफोर्ड को आश्चर्यचकित कर दिया, उन्होंने कहा कि यह टिशू पेपर पर फायरिंग के बराबर होगा, जिसमें तोपखाने के गोले वापस उड़ गए। वैज्ञानिक ने सुझाव दिया कि परमाणु के अंदर एक छोटी सी गेंद होती है, जिसे आज हम नाभिक कहते हैं।

8. न्यूट्रॉन

1930 के दशक तक, भौतिकविदों को दो उप-परमाणु कणों, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन के अस्तित्व के बारे में पता था, और वे सभी को समझाते थे, लेकिन एक सकारात्मक चार्ज प्रोटॉन अलग क्यों नहीं उड़ते। 1920 में, रदरफोर्ड ने सुझाव दिया कि वे नाभिक में एक अन्य कण, न्यूट्रॉन द्वारा एक साथ रखे गए थे। 1932 में, जेम्स चैडविक ने तटस्थ कण की खोज की। प्राथमिक कणों की संख्या लगातार बढ़ती गई।

न्यूट्रॉन की खोज भौतिकविदों के लिए एक बड़े आश्चर्य के रूप में आई। जब रदरफोर्ड ने न्यूट्रॉन के अस्तित्व के विचार को सामने रखा, तो कुछ लोगों ने उस पर विश्वास किया, शायद केवल चैडविक।

7 उपपरमाण्विक कण वास्तव में तरंगें हैं

यह आश्चर्य बल्कि एक हास्यपूर्ण कहानी से जुड़ा है। 1906 में, थॉमसन को एक उप-परमाणु कण, इलेक्ट्रॉन के अस्तित्व को प्रयोगात्मक रूप से साबित करने के लिए नोबेल पुरस्कार मिला। 1973 में, उनके बेटे जॉर्ज को भी यह पुरस्कार मिला क्योंकि वह यह प्रदर्शित करने में सक्षम थे कि एक इलेक्ट्रॉन एक लहर है, कम से कम कभी-कभी। यह तरंग-कण द्वैत क्वांटम भौतिकी के केंद्र में है।

6. न्यूट्रिनो का पता लगाना

1934 में, बेथे और रुडोल्फ पीयरल्स ने साबित कर दिया कि न्यूट्रिनो पदार्थ के साथ कमजोर रूप से संपर्क करता है, और एक का भी पता लगाने की कोशिश करना मूर्खता होगी। आपको 1000 प्रकाश वर्ष के व्यास के साथ ठोस पदार्थ के भंडार की आवश्यकता है। लेकिन परमाणु क्षय की तुरंत खोज की गई और परमाणु रिएक्टरों का आविष्कार किया गया। भौतिकविदों ने न्यूट्रिनो का एक विपुल स्रोत प्राप्त किया है।

5. प्राथमिक कण इतने प्राथमिक नहीं निकले

पहले से ही 1950 तक, कई उप-परमाणु कणों की खोज की गई थी, न केवल अविभाज्य परमाणु विभाज्य निकला, बल्कि इसके कणों की संख्या पचास से अधिक हो गई। नोबेल पुरस्कार विजेताओं में से एक, लियोन लेडरमैन ने यहां तक ​​​​मजाक किया कि अगर उन्हें सभी उप-परमाणु कणों के नाम सीखना है, तो वे वनस्पति विज्ञानी बन जाएंगे। भौतिकविदों को संदेह होने लगा कि प्राथमिक कणों का अपना विवरण है।

4. क्वार्क

1950 में, भौतिकविदों ने उप-परमाणु कणों के बारे में सीखा, जो परमाणुओं का हिस्सा नहीं हैं। 1960 में, यह विचार सामने आया कि प्राथमिक कणों में छोटी ईंटें होती हैं जिनमें भिन्नात्मक आवेश होता है। मरे गेल-मान ने इन कणों को क्वार्क कहा, यह विचार अभिनव था, क्योंकि इससे पहले यह माना जाता था कि भिन्नात्मक आरोप बकवास थे। कुछ साल बाद, प्रयोगकर्ताओं से एक और आश्चर्य - वे क्वार्क के अस्तित्व की पुष्टि करने में कामयाब रहे।

3. समरूपता तोड़ना

उप-परमाणु कणों की खोजों के विस्फोट से बहुत पहले, सम्मानित गणितज्ञ हरमन वील ने बताया कि प्रकृति समता के बारे में कुछ भी नहीं जानती है। इसमें कोई संदेह नहीं है कि प्रकृति के सभी नियम दाएं और बाएं पुनर्व्यवस्था के तहत अपरिवर्तनीय हैं। लेकिन 1956 में, चेन निंग यांग और त्सुंग-दाओ ली ने इस विचार का प्रस्ताव रखा कि जब उप-परमाणु कणों की बात आती है तो कुछ मामलों में बाएं-दाएं समरूपता का नियम काम नहीं करता है। यह एक सनसनी थी, खासकर जब प्रयोगकर्ताओं की पुष्टि दिखाई दी।

2. प्रोटॉन की स्थिरता

परमाणु नाभिक के बाहर, न्यूट्रॉन अत्यंत अस्थिर होते हैं और कुछ ही मिनटों में एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो में क्षय हो जाते हैं। लेकिन ऐसा लगता है कि प्रोटॉन असामान्य रूप से स्थिर है और हमेशा के लिए अविभाज्य रह सकता है। यद्यपि सिद्धांतकारों ने 1970 के दशक में यह विश्वास करना शुरू कर दिया था कि प्रोटॉन को कम से कम खरबों खरबों वर्षों में क्षय होना चाहिए, इस तरह की घटना की पहचान करने के सभी प्रयासों के बावजूद, वैज्ञानिक इसे ठीक करने में असमर्थ थे। इससे बड़ा आश्चर्य हुआ। सब कुछ सड़ जाता है, लेकिन प्रोटॉन नहीं।

1. एंटीमैटर

1932 में न केवल न्यूट्रॉन, बल्कि पॉज़िट्रॉन की भी खोज की गई थी। इसकी गणना कार्ल एंडरसन ने क्लाउड चैंबर में कॉस्मिक किरणों के निशान का विश्लेषण करते हुए की थी। प्रिंटों के बीच, भौतिक विज्ञानी ने एक ऐसा पाया जो एक इलेक्ट्रॉन जैसा दिखता था, लेकिन गलत दिशा में मुड़ा हुआ था। यह पॉज़िट्रॉन निकला, इलेक्ट्रॉन का एंटीपार्टिकल, एंडरसन ने इसे सकारात्मक इलेक्ट्रॉन कहा। एंटीमैटर कणों की खोज एक बड़ा आश्चर्य था, लेकिन यह पूरी तरह से पॉल डिराक की सैद्धांतिक गणना के अनुरूप था। यह आश्चर्यजनक है कि कोई व्यक्ति केवल समीकरणों के साथ खेलकर इतनी अजीब चीज के अस्तित्व का अनुमान लगा सकता है।