ન્યુક્લિયર ફિઝિક્સનો ઉદ્દભવ માત્ર 50-70 વર્ષ પહેલાં પ્રથમ વખત શોધાયેલ ઘટનાના અભ્યાસમાંથી થયો હતો. ત્યારથી વર્ષો સુધી, ઊંડાણપૂર્વક સંશોધન હાથ ધરવામાં આવ્યું છે, જેના પરિણામે માઇક્રોકોઝમમાં બનતી પ્રક્રિયાઓની પ્રકૃતિ પરના મંતવ્યો વારંવાર સુધારવામાં આવ્યા છે અને બદલાયા છે. મોટી માત્રામાં પ્રાયોગિક સામગ્રી એકઠી કરવામાં આવી છે, જેનું હજુ પણ વિશ્લેષણ અને વ્યવસ્થિતકરણ કરવામાં આવી રહ્યું છે. આનાથી વિજ્ઞાનની નવી શાખાઓની રચના થઈ. આમ, પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્રની એક વિશેષ શાખા ઉભી થયાને દસ વર્ષથી થોડો વધુ સમય વીતી ગયો છે, જેનો અભ્યાસનો વિષય પ્રાથમિક ગુણધર્મો, અવકાશી માળખું, ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને વિવિધ પ્રાથમિક કણોના પરસ્પર જોડાણો છે.
પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્રની આ શાખાને ઘણીવાર ઉચ્ચ-ઊર્જા ભૌતિકશાસ્ત્ર કહેવામાં આવે છે કારણ કે આ ક્ષેત્રમાં મોટાભાગના પ્રયોગો માટે ખૂબ જ ઉચ્ચ-ઊર્જા કણોની જરૂર પડે છે. આ બે કારણોસર છે: પ્રથમ, પ્રાથમિક કણોની અવકાશી રચનાનો અભ્યાસ કરવા માટે, અભ્યાસ કરવામાં આવી રહેલા અંતરની તુલનામાં ખૂબ જ ટૂંકી તરંગલંબાઇ K ધરાવતા કણોના બીમનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી છે; બીજું, નવા કણો પેદા કરવા માટે તેમના સમૂહ દ્વારા નિર્ધારિત જનરેશન થ્રેશોલ્ડને ઓળંગવું જરૂરી છે. આમ, જો પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓના અભ્યાસમાં, ન્યુક્લીઓમાં ન્યુક્લિઅન્સની બંધનકર્તા ઊર્જાના ક્રમ પર બોમ્બાર્ડિંગ કણોની ઊર્જા પર્યાપ્ત હતી, એટલે કે, પછી પાયન્સના ઉત્પાદન પરના પ્રયોગો માટે, પ્રોટોનની જરૂર હતી, ઊર્જાને ઝડપી બનાવવા અને તેના પર પ્રયોગો માટે પ્રોટોન-એન્ટિપ્રોટોન જોડી-કણોનું ઉત્પાદન - 6 બિલિયન eV ની ઊર્જા સાથે
ઉચ્ચ-ઊર્જા કણોનો કુદરતી સ્ત્રોત કોસ્મિક કિરણો છે. તે કોઈ સંયોગ નથી, તેથી, 50 ના દાયકાની શરૂઆત સુધી, પ્રારંભિક કણ ભૌતિકશાસ્ત્રનો વિકાસ કોસ્મિક કિરણોમાં પ્રક્રિયાઓના અભ્યાસ સાથે ગાઢ રીતે જોડાયેલો હતો. જો કે, તેમના પ્રવાહની તીવ્રતા પ્રમાણમાં ઓછી છે, અને તેથી સંશોધકો માટે રસની ઘટનાઓ અત્યંત દુર્લભ છે. વધુમાં, કોસ્મિક કણો
અનિયંત્રિત, ઉચ્ચ ઊર્જા પર તેમના ઘણા પરિમાણો અજાણ્યા છે, અને તેથી પ્રયોગો સંપૂર્ણપણે અસ્પષ્ટ નથી.
ચાર્જ્ડ પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર્સનો ઉપયોગ કરીને પ્રયોગશાળાઓમાં ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા કણોનું ઉત્પાદન કરવાનું શીખ્યા ત્યારે સંપૂર્ણપણે નવી શક્યતાઓ દેખાઈ. આધુનિક પ્રવેગક એ અત્યાધુનિક નિયંત્રણ, દેખરેખ અને માપન સાધનોથી સજ્જ વિશાળ ઇજનેરી માળખાં છે. પાર્ટિકલ ફિઝિક્સનું ભાવિ વધેલી ઘનતાવાળા બીમમાં પણ વધુ ઉર્જાના કણોના નિર્માણ માટે એક્સિલરેટર ટેક્નોલોજીના વિકાસ અને સુધારણા સાથે ગાઢ રીતે જોડાયેલું છે.
હાલમાં, જ્યારે પ્રાથમિક કણોનો સિદ્ધાંત સઘન રીતે વિકસિત થઈ રહ્યો છે, જેના આધારે તેમની લાક્ષણિકતાઓની આગાહી કરવી અને સમજાવવું શક્ય બનશે, જણાવેલી પૂર્વધારણાઓ અને સૈદ્ધાંતિક રચનાઓની પુષ્ટિ કરવા માટે, નવા પ્રયોગો હાથ ધરવા જરૂરી છે, જે ન કરી શકે. હાલના સાધનોનો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવશે. તેથી, કોસ્મિક કિરણો અને નવા પ્રવેગકમાં ઊર્જા પરની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવા માટે વધુ અને વધુ જટિલ સ્થાપનો વિકસાવવામાં આવી રહ્યા છે જેના પર ઊર્જા પર ચોક્કસ પ્રયોગો હાથ ધરવાનું શક્ય બનશે -
ત્રીસના દાયકાની શરૂઆતમાં, ફક્ત ચાર કણો જાણીતા હતા: ઇલેક્ટ્રોન, પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ક્વોન્ટમ. પ્રથમ પ્રાથમિક કણ, ઇલેક્ટ્રોન, લોરેન્ટ્ઝ દ્વારા આગાહી કરવામાં આવ્યું હતું અને થોમસને 1897 માં શોધ્યું હતું. બીજા કણ, પ્રોટોનની શોધ 1911 માં રૂધરફોર્ડ દ્વારા કરવામાં આવી હતી. ચેડવિકની ન્યુટ્રોનની શોધથી વિચાર આવ્યો કે આ ચાર કણોમાંથી તમામ જાણીતા સ્વરૂપો છે. પદાર્થનું નિર્માણ કરી શકાય છે: ન્યુક્લી, દ્રવ્યના અણુઓ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર. અન્ય કણોની શોધે ચિત્રને ખૂબ જટિલ બનાવી દીધું છે.
ચાલો આપણે પ્રાથમિક કણોની દુનિયામાં પ્રવેશના સૌથી મહત્વપૂર્ણ તબક્કાઓ પર ધ્યાન આપીએ.
એન્ટિપાર્ટિકલ્સ.ડિરાક દ્વારા એન્ટિપાર્ટિકલ્સના અસ્તિત્વની આગાહી કરવામાં આવી હતી, જેમ કે § 26 માં પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો છે. તે હવે જાણીતું છે કે, થોડા અપવાદો સાથે, દરેક પ્રાથમિક કણો, જેમાં ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલનો સમાવેશ થાય છે, કહેવાતા એન્ટિપાર્ટિકલને અનુરૂપ છે. પાર્ટિકલ અને એન્ટિપાર્ટિકલના દળ, સ્પિન, આઇસોટોપિક સ્પિન અને પેરિટી બરાબર સમાન છે. વિદ્યુત અને ન્યુક્લિયોન ચાર્જ, વિચિત્રતા અને કણ અને એન્ટિપાર્ટિકલની ચુંબકીય ક્ષણોના ચિહ્નો વિરુદ્ધ છે. શૂન્યાવકાશમાં, એન્ટિપાર્ટિકલ્સનું જીવનકાળ કણો જેટલું જ હોય છે; ઉદાહરણ તરીકે, પોઝિટ્રોન અને એન્ટિપ્રોટોન સ્થિર છે.
આ જોડીની એક વિશિષ્ટ વિશેષતા - કણ અને એન્ટિપાર્ટિકલ - એકબીજાને મળતી વખતે, દ્રવ્યના અન્ય સ્વરૂપોમાં ફેરવાતી વખતે તેમને નાશ કરવાની ક્ષમતા છે; આ કિસ્સામાં, જોડીના બાકીના સમૂહના સરવાળાની સમકક્ષ ઊર્જા બાકીના ઊર્જા અને નવા કણોની ગતિ ઊર્જામાં અથવા ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે.
તેનાથી વિપરિત, જોડીના જન્મ માટે તેમના બાકીના લોકો દ્વારા નિર્ધારિત ઊર્જાની સમકક્ષ અથવા તેનાથી વધુ ઊર્જાનો ખર્ચ જરૂરી છે.
ડીરાકની શોધે ચાર્જ કોન્જુગેશન નામના પદાર્થના સામાન્ય ગુણધર્મની રચના માટેના આધાર તરીકે સેવા આપી હતી, જે મુજબ, કણની સાથે, તેનું એન્ટિપાર્ટિકલ પણ અસ્તિત્વમાં હોવું જોઈએ.
ત્યાં ત્રણ જાણીતા કણો છે જેમાં કોઈ એન્ટિપાર્ટિકલ્સ નથી. અમે કહી શકીએ કે આવા કણો તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ જેવા જ છે. આ એક ફોટોન, -મેસન અને -મેસન છે, તેઓને એકદમ તટસ્થ કહેવામાં આવે છે.
ચાર્જ જોડાણ સિદ્ધાંત 1 જણાવે છે કે પ્રકૃતિના નિયમો એવી સિસ્ટમ માટે બદલાતા નથી કે જેમાં તમામ કણો એન્ટિપાર્ટિકલ્સ દ્વારા બદલવામાં આવે છે. તે પછીથી બહાર આવ્યું તેમ, આ સિદ્ધાંત પરમાણુ ("મજબૂત") અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ માટે માન્ય છે અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ માટે માન્ય નથી. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જો આપણે નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને વિચારણામાંથી બાકાત રાખીએ, તો કણોથી બનેલું વિશ્વ અને એન્ટિપાર્ટિકલ્સથી બનેલું વિશ્વ તેમના ગુણધર્મોમાં સમાન છે.
પ્રાયોગિક રીતે શોધાયેલો પ્રથમ એન્ટિપાર્ટિકલ પોઝિટ્રોન હતો. 1933 માં, પ્રથમ વખત, ક્લાઉડ ચેમ્બરમાં ટ્રેક્સના ફોટોગ્રાફ્સમાંથી કિરણોત્સર્ગી સ્ત્રોતોમાંથી ફોટોન દ્વારા જોડી રચનાની પ્રક્રિયાનું અવલોકન કરવું શક્ય બન્યું.
અને માત્ર 20 થી વધુ વર્ષો પછી પ્રોટોન-એન્ટિપ્રોટોન જોડીના જન્મનું અવલોકન કરવું શક્ય બન્યું અને આમ પ્રોટોન સાથે કણ ચાર્જના જોડાણનું અસ્તિત્વ સાબિત થયું. પ્રોટોનનું બાકીનું દળ ઇલેક્ટ્રોનના બાકીના દળ કરતાં લગભગ બે હજાર ગણું વધારે હોવાથી, પ્રોટોન-એન્ટિપ્રોટોન જોડી બનાવવા માટેની ઊર્જા ઇલેક્ટ્રોન-પોઝિટ્રોન જોડી પર ખર્ચવામાં આવતી ઊર્જા કરતાં હજાર ગણી વધારે હોવી જોઈએ. પ્રયોગશાળાની પરિસ્થિતિઓમાં, અબજો ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટની ઊર્જા સાથેના કણો ફક્ત 1953 માં જ પ્રાપ્ત થયા હતા. તેથી, માત્ર 1955 માં, અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓના જૂથે જ્યારે તાંબાના લક્ષ્ય પર પ્રોટોન સાથે બોમ્બમારો કરવામાં આવ્યો ત્યારે સર્જાયેલા અન્ય કણોમાં એન્ટિપ્રોટોન શોધ્યા પ્રતિક્રિયાના પરિણામે એન્ટિપ્રોટોનનો દેખાવ થયો
અથડામણ પછી, લેબોરેટરી કોઓર્ડિનેટ સિસ્ટમમાં બે મુક્ત ન્યુક્લિઅન્સની અથડામણમાં જોડીની રચના માટે થ્રેશોલ્ડ ઊર્જાના ક્રમની ગતિ ઊર્જા સાથે ચારમાંથી દરેક કણો સરેરાશ ગતિ કરે છે (એવું માનવામાં આવે છે કે ન્યુક્લિયનમાંથી એક અથડામણ પહેલા આરામમાં હતો) સમાન છે જો અથડામણ ન્યુક્લિયસમાં બંધાયેલા ન્યુક્લિયન સાથે થાય છે, તો ઇન્ટ્રાન્યુક્લિયર ગતિને કારણે થ્રેશોલ્ડ ઊર્જા ઘટે છે
ન્યુક્લિયોન્સ આમ, બેવેટ્રોનમાં પ્રોટોનની ઉર્જા ઝડપી બને છે જે જોડીના જન્મ માટે પૂરતી છે.
પ્રથમ પ્રયોગની રચના એન્ટિપ્રોટોનના ત્રણ ગુણધર્મો પર આધારિત હતી. પ્રથમ, કારણ કે તે સ્થિર છે, તે લાંબા ઇન્સ્ટોલેશનમાંથી પસાર થઈ શકે છે. બીજું, ચાર્જની નિશાની ચુંબકીય ક્ષેત્રના વિચલન દ્વારા અને ચાર્જની તીવ્રતા - માધ્યમના આયનીકરણ દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. ત્રીજે સ્થાને, કણની ગતિ જાણીને, તમે આપેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં બોલની વક્રતા પરથી તેના દળની ગણતરી કરી શકો છો.
ચોખા. 94. એન્ટિપ્રોટોન શોધવા માટેની પ્રાયોગિક યોજના
મુખ્ય મુશ્કેલી એ છે કે જ્યારે કોઈ લક્ષ્યને પ્રોટોનથી બોમ્બમારો કરવામાં આવે છે, ત્યારે એન્ટિપ્રોટોન જેટલી જ મોમેન્ટા સાથે મોટી સંખ્યામાં -મેસોન્સ જન્મે છે (એન્ટિપ્રોટોન દીઠ આશરે 62,000 -મેસોન્સ જન્મે છે). તેમની પાસે સમાન માર્ગ છે, પરંતુ તેમના ઓછા દળને કારણે ખૂબ ઊંચી ઝડપ છે. ગતિમાં તફાવતનો ઉપયોગ એન્ટિપ્રોટોનને -મેસોન્સથી અલગ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. પ્રથમ પ્રયોગનો આકૃતિ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યો છે. 94. પ્રોટોનના બીમ સાથે તાંબાના લક્ષ્ય પર બોમ્બમારો કરવામાં આવ્યો હતો. અથડામણ દરમિયાન જન્મેલા નકારાત્મક કણોને ચુંબકીય પ્રિઝમ દ્વારા વિચલિત કરવામાં આવ્યા હતા અને ચુંબકીય લેન્સ દ્વારા કેન્દ્રિત કરવામાં આવ્યા હતા, અને આપેલ ક્ષેત્રો પર, કણોની ગતિ નક્કી કરવા માટે, એક બીજાની સમાન મોમેન્ટા સાથે એકલ ચાર્જ કણો પસાર થયા હતા કાઉન્ટર્સ તેમના પાથ પર એકબીજાથી થોડા અંતરે મૂકવામાં આવ્યા હતા. તેઓએ સેકન્ડની ચોકસાઈ સાથે મીટરના અંતરાલમાં કણોની ઉડાનનો સમય રેકોર્ડ કર્યો. એન્ટિપ્રોટોન તેને એક સેકન્ડમાં અને -મેસોન્સ એક સેકન્ડમાં વેગની સમાન તીવ્રતા સાથે પસાર કરે છે. ઉડતા કણોના માર્ગમાં બે-મેસોન્સને કારણે કાઉન્ટર્સમાં રેન્ડમ સંયોગોને બાકાત રાખવા માટે
બે ચેરેનકોવ કાઉન્ટર્સ ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવ્યા હતા જે કાઉન્ટર માત્ર તે કણોની નોંધણી કરે છે જે પ્રકાશની ગતિના 75 થી 78% ની ઝડપે પસાર થાય છે, એટલે કે, એન્ટિપ્રોટોનની ઝડપે. એન્ટિ-કોન્સિડન્સ સર્કિટમાં સમાવિષ્ટ કાઉન્ટર જ્યારે પ્રકાશની ગતિના 78% કરતા વધુ ઝડપે પસાર થાય છે ત્યારે સંકેત આપે છે - બહારથી પ્રવેશી શકે તેવા કણોને બાકાત રાખવા માટે એક મેસોન હતો ઇન્સ્ટોલ કરેલું છે જે ફક્ત બીમની દિશામાં આગળ વધતા કણોની નોંધણી કરે છે.
પરિણામે, નીચેની આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરવામાં આવે તો જ કણ એન્ટિપ્રોટોન તરીકે નોંધાયેલું હતું: કાઉન્ટર્સ સૂચવે છે કે તે એક સેકન્ડમાં પસાર થઈ ગયું છે, કાઉન્ટર કોઈ સંકેત આપતું નથી, કાઉન્ટર દ્વારા રેકોર્ડ કરાયેલ કણોની ઝડપ 1000 ના અંતરાલમાં હતી. પ્રકાશની ગતિ, કાઉન્ટર દર્શાવે છે કે કણ પસંદગીકારની સમગ્ર લંબાઈમાંથી પસાર થઈ ગયો છે.
પ્રથમ પ્રયોગમાં કુલ 60 એન્ટિપ્રોટોન મળી આવ્યા હતા. તકનીકની વિશ્વસનીયતા ચકાસવા માટે, નિયંત્રણ પ્રયોગો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. ચુંબકીય ક્ષેત્રોની દિશાઓ બદલાઈ ગઈ, અને સમાન વેગ ધરાવતા પ્રોટોન આના પરિણામો અને પછીના પ્રયોગો પરથી સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે પ્રોટોન અને એન્ટિપ્રોટોનનો સમૂહ સમાન છે, કે એન્ટિપ્રોટોન એક સ્થિર કણ છે અને માત્ર અદૃશ્ય થઈ જાય છે. વિનાશનું પરિણામ, મુખ્યત્વે કેટલાકના જન્મ સાથે - મેસોન્સ કે
એન્ટિન્યુટ્રોન સૌપ્રથમ 1956 માં મેળવવામાં આવ્યા હતા. તેમના ઉત્પાદન માટે, એન્ટિપ્રોટોનના બીમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, જે ન્યુક્લિયન્સ સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે, કહેવાતી ચાર્જ વિનિમય પ્રક્રિયાઓમાંથી પસાર થઈ શકે છે:
એન્ટિન્યુટ્રોન ચુંબકીય ક્ષણની દિશામાં ન્યુટ્રોનથી અલગ પડે છે; તે એન્ટિન્યુટ્રોનમાં સ્પિનની દિશા સાથે સુસંગત છે. એન્ટિપ્રોટોનની જેમ, જ્યારે તે ન્યુક્લિયનનો સામનો કરે છે, ત્યારે એન્ટિન્યુટ્રોન તેની સાથે નાશ પામે છે, પરિણામે ઊર્જા મુક્ત થાય છે
જે -મેસોન્સની રચનામાં જાય છે. એન્ટિન્યુટ્રોનનો આ ગુણધર્મ તેને શોધવા માટે ઉપયોગમાં લેવાયો હતો.
ન્યુટ્રોનની જેમ જ, એન્ટિન્યુટ્રોન એ એક જ અર્ધ-જીવન મિનિટ સાથે અસ્થિર કણ છે. તે યોજના અનુસાર વિઘટન થાય છે
પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, એન્ટિપાર્ટિકલ્સ હાલમાં લગભગ તમામ પ્રાથમિક કણો માટે જાણીતા છે.
ન્યુટ્રિનો.આગામી પ્રાથમિક કણ - ન્યુટ્રિનો - ની પણ સૈદ્ધાંતિક રીતે 1931 માં સડો પ્રક્રિયાઓ સાથે સંબંધમાં આગાહી કરવામાં આવી હતી (જુઓ § 19). પરંતુ માત્ર 20 વર્ષ પછી પદાર્થ સાથે તેની સીધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા શોધવાનું શક્ય બન્યું.
ઊર્જા સાથેના ન્યુટ્રિનોમાં અસરકારક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ક્રોસ સેક્શન હોય છે, જે લગભગ ગાઢ દ્રવ્યના સમાન મુક્ત માર્ગને અનુરૂપ હોય છે. સરખામણી માટે, અમે નિર્દેશ કરીએ છીએ કે પૃથ્વીથી સૂર્યનું અંતર માત્ર એટલું જ છે કે આવા નજીવા અસરકારક ક્રોસ સેક્શન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના ઓછામાં ઓછા એક કાર્યની નોંધણી કરવા માટે, વિશાળ ન્યુટ્રિનો પ્રવાહો હોવા જરૂરી છે. તેથી, આવા અવલોકન શક્તિશાળી પરમાણુ રિએક્ટરના આગમન પછી જ શક્ય બન્યું, જેની અંદર એન્ટિન્યુટ્રિનોની રચના સાથે સડો પ્રક્રિયાઓ થાય છે. એક જાડી દિવાલની પાછળ લગભગ 100 હજારની શક્તિવાળા રિએક્ટરમાંથી એન્ટિન્યુટ્રિનો પ્રવાહ કે જે ન્યુટ્રોનથી રક્ષણ આપે છે પરંતુ ન્યુટ્રિનો માટે સરળતાથી અભેદ્ય છે તે પ્રચંડ છે અને લગભગ સેકંડ ચાલે છે.
આનાથી 1956માં રેઇન્સ અને કે. કોવાન માટે રિએક્ટર સાથે કામ કરતી વખતે પ્રક્રિયાની નોંધણી કરવાનું શક્ય બન્યું:
આવી પ્રતિક્રિયા શક્ય છે જો એન્ટિન્યુટ્રિનોની ઉર્જા ઓળંગી જાય (આ એ હકીકતને કારણે છે કે ન્યુટ્રોન અને પોઝિટ્રોનનું દળ પ્રોટોન અને એન્ટિન્યુટ્રિનોના દળ કરતા વધારે નથી).
ડિટેક્ટર અને તે જ સમયે આ પ્રયોગોમાં લક્ષ્ય એક પ્રવાહી સિંટિલેટર હતું જેમાં ઉચ્ચ હાઇડ્રોજન સામગ્રી અને વધુમાં, કેડમિયમ સાથે સંતૃપ્ત. તે સો કરતાં વધુ ફોટોમલ્ટિપ્લાયર ટ્યુબથી ઘેરાયેલો હતો, જે પ્રકાશના ઝબકારા રેકોર્ડ કરવા માટે માનવામાં આવતી હતી. ફિગ માં. આકૃતિ 95 એન્ટિન્યુટ્રિનો ડિટેક્ટરની અંદર થતી પ્રક્રિયાઓનો આકૃતિ દર્શાવે છે.
ચોખા. 95. ન્યુટ્રિનો શોધવા માટે પ્રયોગની યોજના
તેથી, એન્ટિન્યુટ્રિનો એક પ્રોટોનને પોઈન્ટ 1 પર ન્યુટ્રોન અને પોઝીટ્રોનમાં રૂપાંતરિત કરે છે. પોઝીટ્રોન ધીમો પડી જાય છે અને પોઈન્ટ 2 પર ઉર્જા સાથે બેના ઉત્સર્જન સાથે નાશ પામે છે. ફોટો- અને કોમ્પ્ટન ઈલેક્ટ્રોનને કારણે, તેઓ પ્રથમ ફ્લેશ આપે છે. સિન્ટિલેટર તેમાં રહેલા હાઇડ્રોજન દ્વારા ન્યુટ્રોન થોડી માઇક્રોસેકન્ડમાં ધીમું થાય છે
સિન્ટિલેટર, પછી બિંદુ 3 પર કેડમિયમ દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે. એક પ્રતિક્રિયા થાય છે અને પરિણામી કેપ્ચર બીજી ફ્લેશ ઉત્પન્ન કરે છે. વિલંબિત સંયોગ પેટર્ન આ બે ફ્લેશને રેકોર્ડ કરે છે.
સૈદ્ધાંતિક રીતે, પોઝિટ્રોનનો વિનાશનો સમય સેકંડના ક્રમ પર હોય છે. ન્યુટ્રોનનું પ્રસરણ, જે થર્મલ ઝડપે ધીમી થવી જોઈએ, તે સેકન્ડોમાં થાય છે, એટલે કે, તીવ્રતાના બે ઓર્ડર ધીમા. આમ, રેડિયો સર્કિટના આઉટપુટ પર 1 μsec ના અંતરાલ સાથે બે સહસંબંધિત કઠોળ દેખાય છે. આ પ્રતિક્રિયા ક્રોસ વિભાગ (113) ને અનુલક્ષે છે, જે સમાન છે
ઘટનાઓની આવર્તન ઓછી હોવાથી અને કોસ્મિક કિરણોથી પૃષ્ઠભૂમિ સ્તર કરતાં વધી ન હોવાથી, નિયંત્રણ પ્રયોગો હાથ ધરવા જરૂરી બન્યું:
એ) રિએક્ટર પાવર બદલાયો, અને ઘટનાઓની આવર્તન તે મુજબ બદલાઈ;
b) સિન્ટિલેટરમાં કેડમિયમનું પ્રમાણ વધ્યું, જેના પરિણામે ન્યુટ્રોન પ્રસરણનો સમય ઘટ્યો અને કઠોળ વચ્ચેનો સમય અંતરાલ ઓછો થયો.
ઇન્સ્ટોલેશનની લાંબા ગાળાની કામગીરીના પરિણામે, એવું જાણવા મળ્યું કે ડિટેક્ટર પ્રતિ કલાક આશરે 3 પલ્સ રજીસ્ટર કરે છે. આ પ્રયોગો અનિવાર્યપણે ન્યુટ્રિનોના અસ્તિત્વના પ્રથમ પ્રાયોગિક પુરાવા પ્રદાન કરે છે.
ચાર્જ જોડાણના સિદ્ધાંત મુજબ, ન્યુટ્રિનોમાં એન્ટિપાર્ટિકલ પણ હોવું જોઈએ. ખરેખર, પહેલેથી જ 1956-1957 ના પ્રાયોગિક ડેટા. એન્ટિન્યુટ્રિનોના અસ્તિત્વની તરફેણમાં જુબાની આપે છે, જે ન્યુટ્રિનોથી તેમના ગુણધર્મોમાં અલગ છે.
1962 માં, એક સંપૂર્ણપણે નવી હકીકત શોધાઈ: શૂન્ય સમૂહ સાથે નબળા રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા તટસ્થ કણો બે પ્રકારના અસ્તિત્વમાં છે: -સડો દરમિયાન, કહેવાતા ઇલેક્ટ્રોન ન્યુટ્રિનો રચાય છે - અને -મેસનના સડો દરમિયાન, મ્યુઓન ન્યુટ્રિનો રચાય છે - પ્રયોગ દર્શાવે છે કે તેઓ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પ્રકારમાં એકબીજાથી અલગ છે.
મેસન્સ.§ 11 માં પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, મેસોન્સનું અસ્તિત્વ - ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોનના સમૂહ વચ્ચેના સમૂહ મધ્યવર્તી કણો - 1935 માં યુકાવા દ્વારા પરમાણુ દળોના સિદ્ધાંતનું નિર્માણ કરતી વખતે આગાહી કરવામાં આવી હતી.
આ કણો પરમાણુ ક્ષેત્રના ક્વોન્ટા છે, જે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન દ્વારા ઉત્સર્જિત અને શોષાય છે, અને યોગ્ય પરિસ્થિતિઓમાં તેઓ ન્યુક્લિયન - એન્ટિ-ન્યુક્લિયન જોડી બનાવી શકે છે. જ્યારે ન્યુક્લિયોન એન્ટિન્યુક્લિયન સાથે નાશ પામે છે, ત્યારે તેમની ઊર્જા અને ગતિ મેસોન્સમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે.
1947 માં, અંગ્રેજ ભૌતિકશાસ્ત્રી પોવેલ, કોસ્મિક કિરણો સાથે પર્વતો પર ઇરેડિયેટેડ ફોટોગ્રાફિક ઇમ્યુલેશન પ્લેટ્સનો અભ્યાસ કરતી વખતે, . આ કણોને -મેસોન્સ અથવા pions કહેવાતા. અનુગામી પ્રયોગો દર્શાવે છે કે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ (+), (-) અને (0) સાથે -મેસન છે. સકારાત્મક અને નકારાત્મક મેસોન્સ ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે
અનુક્રમે, એક કણ અને એન્ટિપાર્ટિકલ તરીકે. તેમાંના દરેકમાં સમૂહ છે. તટસ્થ -મેસનનો સમૂહ છે. આયનોની સ્પિન શૂન્ય છે. બધા pions અસ્થિર કણો છે. ચાર્જ થયેલ યામેસન, આજીવન સેકન્ડો ધરાવે છે, યોજના અનુસાર ક્ષીણ થઈ જાય છે
તટસ્થ -મેસનનું જીવનકાળ સેકંડના ક્રમ પર હોય છે અને તે બે ભાગમાં ક્ષીણ થાય છે
પિયોન્સના ગુણધર્મો યુકાવાના સિદ્ધાંત દ્વારા આગાહી કરાયેલા બરાબર હોવાનું બહાર આવ્યું છે. ન્યુક્લિયસ સાથે -મેસોન્સની મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પુષ્ટિ થઈ હતી.
પિયોન કરતાં દસ વર્ષ પહેલાં, -મેસન (અથવા મ્યુઓન) કોસ્મિક કિરણોમાં મળી આવ્યું હતું, જે -મેસોન્સથી વિપરીત, ન્યુક્લિયસ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતું નથી અને તેથી તે પરમાણુ દળોના ક્ષેત્ર માટે જવાબદાર હોઈ શકતું નથી. પિયોનના ક્ષયના પરિણામે મ્યુઓન દેખાય છે, અને 2-10-6 સેકન્ડના સમયગાળામાં, બદલામાં, યોજના અનુસાર સ્વયંભૂ રીતે ઇલેક્ટ્રોન (પોઝિટ્રોન), ન્યુટ્રિનો અને એન્ટિન્યુટ્રિનોમાં ક્ષીણ થઈ જાય છે.
મ્યુઅન્સનો સમૂહ સમાન છે; તેમની પાસે નકારાત્મક અથવા હકારાત્મક ચાર્જ છે. ત્યાં કોઈ તટસ્થ મ્યુન નથી. ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોનની જેમ, તેઓ એક કણ અને એન્ટિપાર્ટિકલ છે. મ્યુઅન્સના ગુણધર્મો, તેઓ જે પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે, તે ઇલેક્ટ્રોનના ગુણધર્મો સમાન છે. આ અર્થમાં, તેઓ ઘણીવાર અસ્થિર ભારે ઇલેક્ટ્રોન તરીકે ગણવામાં આવે છે.
યુકાવા કણોની શોધથી મેસોન્સના બીજા પરિવારની શોધ થઈ - કે-મેસોન્સ (કાઓન્સ). આ પણ ભારે અસ્થિર કણો છે. K-મેસોન્સનો સમૂહ બરાબર છે. -મેસનનું જીવનકાળ -મેસનનું એન્ટિપાર્ટિકલ છે. તેઓ વિવિધ રીતે ક્ષીણ થઈ શકે છે, મુખ્યત્વે ઉત્પાદન અને -મેસન.
ચાર્જ કરેલા લોકો ઉપરાંત, બે તટસ્થ ચાર્જ-સંયોજિત કે-મેસોન્સ છે: તેમનો દળ 974 જેટલો છે, જે ચાર્જ્ડ કાઓન્સના સમૂહ કરતાં થોડો વધારે છે. તટસ્થ K-મેસોન્સ અત્યંત રસપ્રદ છે કારણ કે દરેક અન્ય બે પ્રાથમિક તટસ્થ કણોની બદલાતી સુપરપોઝિશન છે અને તેમાં જીવનકાળ, વિવિધ સડોની પેટર્ન અને થોડો અલગ સમૂહ છે. K નું આયુષ્ય સેકન્ડ જેટલું છે અને તે મુખ્યત્વે બે મેસોનમાં ક્ષીણ થાય છે.
આવા કાઓન્સને અલ્પજીવી કહેવામાં આવે છે. જીવનકાળ સેકંડ જેટલો હોય છે અને મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં તે ત્રણ પાઈન્સમાં ક્ષીણ થઈ જાય છે. તેને દીર્ઘકાલીન કાઓન કહેવાય છે. તેમના સમૂહમાં તફાવત મૂલ્ય દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે
III માઇક્રોવર્લ્ડ
ચળવળ અને શારીરિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા.
આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો: સપ્રમાણતાનો સિદ્ધાંત, પૂરકતા અને અનિશ્ચિતતા સંબંધોનો સિદ્ધાંત, સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત, પત્રવ્યવહારનો સિદ્ધાંત. માઇક્રોવર્લ્ડની રચના અને મિકેનિક્સના વર્ણનમાં "એપોફેટિઝમ".
"થિયરી ઓફ એવરીથિંગ" ના નિર્માણ તરફના વલણોની ધર્મશાસ્ત્રીય સમજ.
અભ્યાસ માટે સાહિત્ય:
1. બાર્બોર આઇ.ધર્મ અને વિજ્ઞાન: ઇતિહાસ અને આધુનિકતા. - એમ.: બાઈબલિકલ-થિયોલોજિકલ ઇન્સ્ટિટ્યુટ ઓફ સેન્ટ. એપી એન્ડ્રી, 2001. – પૃષ્ઠ 199-216; 230-238; 253-256. (ઇલેક્ટ્રોનિક સંસાધન: http://www.mpda.ru/publ/text/59427.html)
2. ગોરેલોવ એ.એ.આધુનિક કુદરતી વિજ્ઞાનની વિભાવનાઓ. – એમ.: ઉચ્ચ શિક્ષણ, 2006. – પૃષ્ઠ 110-120.
3. ગ્રીન બી.ભવ્ય બ્રહ્માંડ. સુપરસ્ટ્રિંગ્સ, છુપાયેલા પરિમાણો અને અંતિમ સિદ્ધાંતની શોધ: અનુવાદ. અંગ્રેજીમાંથી – એમ.: કોમકિનિગા, 2007.
4. ગ્રીન બી.અવકાશનું ફેબ્રિક: અવકાશ, સમય અને વાસ્તવિકતાની રચના: ટ્રાન્સ. અંગ્રેજીમાંથી - એમ.: યુઆરએસએસ, 2009.
5. ઓસિપોવ એ.આઈ.સત્યની શોધમાં તર્કનો માર્ગ. - સેન્ટ પીટર્સબર્ગ: સેટિસ, 2007. - પૃષ્ઠ 100-110.
6. સદોખિન એ.પી.આધુનિક કુદરતી વિજ્ઞાનની વિભાવનાઓ: વ્યાખ્યાનોનો કોર્સ. – એમ.: ઓમેગા-એલ, 2006. – પી. 64-78.
7. ફેનમેન આર., ભૌતિક કાયદાઓની પ્રકૃતિ. – એમ.: નૌકા, 1987. (ઈલેક્ટ્રોનિક સંસાધન: http://vivovoco.rsl.ru/VV/Q_PROJECT/FEYNMAN/CONT.HTM)
પ્રાથમિક કણોની શોધનો ઇતિહાસ: અણુ, હેડ્રોન, ક્વાર્ક, તાર.
પ્રાચીન ગ્રીક ફિલસૂફ લ્યુસિપસ (Λεύκιππος, 5મી સદી બીસી) અને ડેમોક્રિટસ (Δημόκριτος; c. 460 BC - c. 370 BC) અનુસાર - પરમાણુવાદના સ્થાપકો, વિશ્વનો આધાર છે. અણુ- સૌથી નાના અવિભાજ્ય કણો જે તમામ જીવંત અને નિર્જીવ વસ્તુઓને વળગી રહે છે અને બનાવે છે.
18મી સદી સુધીમાં તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે અણુ એ પ્રાથમિક છે રાસાયણિક રીતે અવિભાજ્યકણ, જ્યારે પરમાણુ, - પદાર્થનો પ્રાથમિક કણ જે તેના ગુણધર્મોને જાળવી રાખે છે, - તેમાં ચોક્કસ "પ્રકાર" અણુઓનો સમાવેશ થાય છે. સમાન પ્રકારના અણુઓને તત્વોના નામ આપવામાં આવે છે. 1869 માં, દિમિત્રી ઇવાનોવિચ મેન્ડેલીવે તેનું સામયિક કોષ્ટક બનાવ્યું, જેમાં 64 ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે (ઓક્ટોબર 2009 સુધીમાં, 1 થી 116 અને 118 સુધીના સીરીયલ નંબરવાળા 117 રાસાયણિક તત્વો જાણીતા હતા, જેમાંથી 94 પ્રકૃતિમાં જોવા મળ્યા હતા (કેટલાક માત્ર ટ્રેસ જથ્થામાં) , બાકીના 23 પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓના પરિણામે કૃત્રિમ રીતે મેળવવામાં આવ્યા હતા).
જો કે, પહેલેથી જ 1910 માં. ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ એવા નિષ્કર્ષ પર આવે છે કે અણુ વિભાજ્ય છે (ἄτομος - અવિભાજ્ય!). અસંખ્ય પરમાણુ મોડલ બનાવવામાં આવી રહ્યા છે, જેમાંથી સુધારેલા પોસ્ટ્યુલેટ્સ સાથેના અણુના "પ્લેનેટરી" મોડલને માન્યતા મળી છે (E. Rutherford, Arnest Rutherford; 1871 - 1937, N. Bohr, Niels Bohr; 1885 - 1962).
કિરણોત્સર્ગ સ્પેક્ટ્રમની રેખીય પ્રકૃતિની હકીકત સાથેના મૂળભૂત વિરોધાભાસને કારણે અણુના ગ્રહોના મોડેલને ખૂબ જ ટૂંક સમયમાં અયોગ્ય તરીકે ઓળખવામાં આવ્યું હતું: હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલ ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરતું ઇલેક્ટ્રોન સતત વિકિરણ કરે છે, એટલે કે, ઊર્જા ગુમાવે છે અને ટૂંક સમયમાં અનિવાર્યપણે "પતન" થવી જોઈએ. ન્યુક્લિયસ પર. બોહરની ધારણાઓ દ્વારા પરિસ્થિતિને સુધારી લેવામાં આવી હતી, જેમાં ઇલેક્ટ્રોન સતત ઉર્જા ગુમાવી શકતું નથી, નીચલી ભ્રમણકક્ષામાં અચાનક સંક્રમણના પરિણામે રેડિયેશન થાય છે. 20 ના દાયકામાં અણુના ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંતની રચનાએ બતાવ્યું કે બોહરની ધારણાઓને છોડી દેવી જોઈએ. તે જ સમયે, અણુ ન્યુક્લિયસનો વિચાર વીસમી સદીની શરૂઆતમાં આલ્ફા કણોના છૂટાછવાયા પર રધરફોર્ડના પ્રયોગો પછી સમાન રહ્યો: ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ઓછી સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. ન્યુટ્રોનની શોધ 1932 માં અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી જે. ચેડવિક (જેમ્સ ચેડવિક; 1891 - 1974) દ્વારા કરવામાં આવી હતી. પછી નાટકનો આગળનો અભિનય આવ્યો. એવું માનવામાં આવતું હતું કે બીટા સડો દરમિયાન ન્યુક્લિયસમાંથી જે ઇલેક્ટ્રોન છટકી જાય છે તે ન્યુક્લિયસમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોનમાંથી એક છે. પરંતુ હવે તે પહેલેથી જ જાણીતું હતું કે ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન હોય છે. ઇલેક્ટ્રોન ક્યાંથી આવે છે? ઉત્કૃષ્ટ ઇટાલિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી ઇ. ફર્મી (એનરિકો ફર્મી; 1901 - 1954) એ વિરોધાભાસી પૂર્વધારણા આગળ મૂકી. ન્યુક્લિયસમાં કોઈ ઈલેક્ટ્રોન નથી, સડો દરમિયાન ઈલેક્ટ્રોન જન્મે છે અને ન્યુટ્રોન પ્રોટોનમાં ફેરવાય છે. આ મુદ્દાનો આ ઉકેલ એટલો અસ્વીકાર્ય લાગ્યો કે પ્રતિષ્ઠિત જર્નલ નેચરે આ વિષય પર ફર્મીના લેખને પ્રકાશિત કરવાનો ઇનકાર કર્યો. ઊર્જામાંથી કણના જન્મ માટે આ પ્રથમ ઉદાહરણ છે. વિચિત્ર વિચારોની સાંકળ ત્યાં સમાપ્ત થઈ નહીં. જાપાનીઝ સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રી હિડેકી યુકાવા (1907 - 1981) એ એક સરળ ભૌતિક મોડેલ બનાવ્યું જેમાં, બિન-શૂન્ય સમૂહ સાથેના કણ દ્વારા ન્યુક્લિયનના વિનિમયના પરિણામે, એક બળ ઉદભવે છે જે ન્યુક્લિયસમાં ન્યુક્લિઅન્સ ધરાવે છે. યુકાવાએ આ "વર્ચ્યુઅલ" કણના દળની પણ ગણતરી કરી. જો કે, તે સમયના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓની વિભાવનાઓ અનુસાર, જો કોઈ કણ મુક્ત સ્થિતિમાં પણ જોવા મળે તો તેને અસ્તિત્વમાં છે તે રીતે ઓળખી શકાય છે. કોસ્મિક કિરણોમાં યુકાવા કણ માટે શોધ હાથ ધરવામાં આવી હતી, અને એવું લાગતું હતું કે કણ મળી આવ્યો હતો. જો કે, મળેલા કણમાં યુકાવાના કણ કરતા નાનો દળ હતો. વધુમાં, પુરાવા ઉભરી આવ્યા છે કે મળી આવેલ કણ ઈલેક્ટ્રોન જેવો છે, પરંતુ ભારે છે. ત્યારબાદ, કણને મ્યુ-મેસન (ગ્રીક μέσος - સરેરાશ) કહેવામાં આવતું હતું. શોધ ચાલુ રહી, અને ચાલીસના દાયકામાં બીજો સંપૂર્ણ યોગ્ય કણ મળ્યો (તેને પાઇ મેસન કહેવામાં આવતું હતું). 1948 માં, યુકાવાને નોબેલ પુરસ્કાર મળ્યો.
આમ, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ વર્ચ્યુઅલ અવસ્થામાં કણોના અસ્તિત્વની શક્યતાને અનુભવી, એટલે કે, જ્યારે ન્યુક્લિયસ વિભાજીત થાય છે, ત્યારે કણ શોધી શકાતો નથી, પરંતુ વાસ્તવમાં ન્યુક્લિયસમાં ન્યુક્લિઅન્સના પરસ્પર આકર્ષણની ખાતરી કરે છે. તે બહાર આવ્યું છે કે માત્ર અણુઓ જ અવિભાજ્ય નથી, પણ "બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ" પણ છે જે તેમના ન્યુક્લી - પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન બનાવે છે.
1960 માં તે સાબિત થયું હતું કે આ કણોમાં અપૂર્ણાંક હકારાત્મક અથવા નકારાત્મક ચાર્જ સાથેના નાના કણો પણ હોય છે ( 1 /3 ઇઅથવા 2/3 ઇ) - ક્વાર્ક. "પ્રાથમિક" કણો ચોક્કસ સબ્યુનિટ્સમાંથી બનેલ છે તેવી પૂર્વધારણાને અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ એમ. ગેલ-માન (જન્મ 1929) અને જે. ઝ્વેઇગ (જન્મ 1937) દ્વારા 1964માં સૌપ્રથમ આગળ મૂકવામાં આવી હતી. 1969 અને 1994 ની વચ્ચે. ઓછામાં ઓછા પરોક્ષ રીતે, ક્વાર્કના અસ્તિત્વની શક્યતાને પ્રાયોગિક રીતે સાબિત કરવું શક્ય હતું.
"ક્વાર્ક" શબ્દ ગેલ-મેન દ્વારા જે. જોયસની કાલ્પનિક નવલકથા ફિનેગન્સ વેકમાંથી લેવામાં આવ્યો હતો, જ્યાં એક એપિસોડમાં "મસ્ટર માર્ક માટે ત્રણ ક્વાર્ક!" (સામાન્ય રીતે "એમ. માર્ક માટે ત્રણ ક્વાર્ક!" તરીકે અનુવાદિત). આ વાક્યમાં "ક્વાર્ક" શબ્દ જ સમુદ્રી પક્ષીઓના રુદન માટેનો એક ઓનોમેટોપોઇયા છે અથવા જર્મન અશિષ્ટ ભાષામાં "નોનસેન્સ" જેવો અર્થ થાય છે.
ક્વાર્ક સ્વાયત્ત રીતે અસ્તિત્વમાં નથી, "પોતાના દ્વારા" પરંતુ માત્ર એક સિસ્ટમમાં - એક "પ્રાથમિક" કણ (પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, વગેરે), અને "સ્વાદ" (6 પ્રકારો, ડાયાગ્રામ જુઓ) અને આવા ચોક્કસ પરિમાણો દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે. “રંગ” (“લાલ”, “વાદળી”, “લીલો”, “એન્ટિ-લાલ”, “એન્ટી-બ્લુ”, “એન્ટી-ગ્રીન”). સિસ્ટમમાં જોડાયેલા 2 અથવા 3 ક્વાર્કનો કુલ ચાર્જ પૂર્ણાંક (0 અથવા 1) હોવો જોઈએ. રંગોનો સરવાળો પણ "શૂન્ય" (સફેદ) છે.
મજબૂત શારીરિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે ક્વાર્ક એકબીજા સાથે "ચોંટી" રહે છે. એવું સૂચવવામાં આવ્યું છે કે ક્વાર્ક ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં પણ ભાગ લે છે. તદુપરાંત, પ્રથમ કિસ્સામાં, ક્વાર્ક તેમના રંગ અને સ્વાદને બદલતા નથી, પરંતુ બીજા કિસ્સામાં, તેઓ રંગ જાળવી રાખીને સ્વાદમાં ફેરફાર કરે છે.
કુલ મળીને, વીસમી સદી દરમિયાન લગભગ 400 પ્રાથમિક કણોની શોધ થઈ હતી. તેમાંના કેટલાક, ઉપર જણાવ્યા મુજબ, ચોક્કસ માળખું (પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન) ધરાવે છે, અન્ય રચના વિનાના છે (ઇલેક્ટ્રોન, ન્યુટ્રિનો, ફોટોન, કવાર્ક).
પ્રાથમિક કણોમાં ખૂબ મોટી સંખ્યામાં પરિમાણો હોય છે, તેથી તેમના વર્ગીકરણના ઘણા પ્રમાણભૂત પ્રકારો છે, જે નીચે આપેલ છે.
1. કણના બાકીના દળ દ્વારા (ઇલેક્ટ્રૉનના બાકીના દળના સંબંધમાં નિર્ધારિત બાકીનો દળ, જે દળ ધરાવતા તમામ કણોમાં સૌથી હલકો માનવામાં આવે છે):
ફોટોન(φῶς, φωτός - પ્રકાશ) - કણો કે જેમાં બાકીનો સમૂહ નથી અને પ્રકાશની ઝડપે આગળ વધે છે;
લેપ્ટોન્સ(λεπτός - પ્રકાશ) - પ્રકાશ કણો (ઇલેક્ટ્રોન અને વિવિધ પ્રકારના ન્યુટ્રિનો);
મેસોન્સ(μέσος - સરેરાશ, મધ્યવર્તી) - એક થી હજાર ઈલેક્ટ્રોન માસના સમૂહ સાથે મધ્યમ કણો;
બેરીઓન્સ(βαρύς - ભારે) - એક હજારથી વધુ ઇલેક્ટ્રોન માસ (પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, હાયપરરોન, ઘણા પડઘો) વાળા ભારે કણો.
2. ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ દ્વારા, હંમેશા ચાર્જના મૂળભૂત એકમનો ગુણાંક - ઇલેક્ટ્રોનનો ચાર્જ (-1), જેને ચાર્જના એકમ તરીકે ગણવામાં આવે છે. કણ ચાર્જ નકારાત્મક, હકારાત્મક અથવા શૂન્ય હોઈ શકે છે. ઉપર સૂચવ્યા મુજબ, ક્વાર્ક અપૂર્ણાંક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.
3. ભૌતિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પ્રકાર દ્વારા (નીચે જુઓ), જેમાં ચોક્કસ પ્રાથમિક કણો ભાગ લે છે. આ સૂચક અનુસાર, તેઓને ત્રણ જૂથોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે:
· હેડ્રોન્સ(ἁδρός - ભારે, વિશાળ, મજબૂત), ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક, મજબૂત અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લેવો (મેસોન્સ અને બેરીયોન્સ);
· લેપ્ટોન્સમાત્ર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લેવો;
· કણો - ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વાહકો (ફોટોન- ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વાહકો, ગ્લુઓન્સ -મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વેક્ટર, ભારે વેક્ટર બોસોન- નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ટ્રાન્સપોર્ટર્સ, અનુમાનિત ગુરુત્વાકર્ષણ -કણો જે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પ્રદાન કરે છે).
4. કણ જીવનકાળ દ્વારા:
· સ્થિર "લાંબા આયુષ્ય"(ફોટન, ન્યુટ્રિનો, ન્યુટ્રોન, પ્રોટોન, ઇલેક્ટ્રોન; જીવનકાળ - અનંત સુધી);
· અર્ધ-સ્થિર (રેઝોનન્સ); જીવનકાળ 10 -24 -10 -26 સે; ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના પરિણામે સડો;
· અસ્થિર(મોટા ભાગના પ્રાથમિક કણો; તેમનું જીવનકાળ 10 -10 - 10 -24 સેકંડ છે).
5. પીઠ પર (અંગ્રેજીમાંથી. સ્પિન– સ્પિન્ડલ, ટ્વીરલ(ઓ) - કણની આંતરિક કોણીય ગતિ (વેગ), તેની સ્વતંત્રતાની આંતરિક ડિગ્રી, જે વધારાની ભૌતિક સ્થિતિ પ્રદાન કરે છે. શાસ્ત્રીય કોણીય ગતિથી વિપરીત, જે કોઈપણ મૂલ્ય લઈ શકે છે, સ્પિન માત્ર પાંચ સંભવિત મૂલ્યો લે છે. તે પૂર્ણાંક (0, 1, 2) અથવા અર્ધ-પૂર્ણાંક (1/2 (ઇલેક્ટ્રોન, પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન), 3/2 (ઓમેગા હાયપરન)) સંખ્યાની બરાબર હોઈ શકે છે. અર્ધ-પૂર્ણાંક સ્પિનવાળા કણો કહેવામાં આવે છે ફર્મિઓન્સ, અને સમગ્ર સાથે - બોસોન(સ્પિન 1 સાથેના ફોટો; મેસોન્સ - 0; ગ્રેવિટોન્સ - 2).
દરેક કણનું પોતાનું એન્ટિપાર્ટિકલ (દ્રવ્ય અને એન્ટિમેટર) હોય છે. જ્યારે તેઓ મળે છે, ત્યારે પરસ્પર વિનાશ (વિનાશ) થાય છે અને મોટી માત્રામાં ઊર્જા મુક્ત થાય છે.
પ્રાથમિક કણોના ગુણધર્મોમાં શોધાયેલ પેટર્ન અને "કુટુંબ" અથવા "પેઢીઓ" માં તેમના વિભાજનથી તેમના ગુણધર્મોને નિર્ધારિત કરતી આંતરિક ઊંડા પેટર્નની હાજરીનો પ્રશ્ન ઊભો કરવાનું શક્ય બન્યું (આકૃતિ જુઓ).
એવા સિદ્ધાંતો છે જે માઇક્રોવર્લ્ડની રચનાને સમજાવે છે (ઉદાહરણ તરીકે, સ્ટાન્ડર્ડ મોડલ). 1970 માં એક ખૂબ જ મૂળ દેખાયો શબ્દમાળા સિદ્ધાંત(જ્હોન હેનરી શ્વાર્ટ્ઝ, શ્વાર્ટ્ઝ, બી. 1941; જી. વેનેઝિયાનો, ગેબ્રિયલ વેનેઝિયાનો; જન્મ 1942; એમ. ગ્રીન, માઈકલ ગ્રીન, વગેરે). સ્ટ્રિંગ થિયરી- ગાણિતિક ભૌતિકશાસ્ત્રની દિશા કે જે ભૌતિકશાસ્ત્રની ઘણી શાખાઓની જેમ બિંદુ કણોનો નહીં, પરંતુ એક-પરિમાણીય વિસ્તૃતનો અભ્યાસ કરે છે ભૌમિતિક વસ્તુઓ- ક્વોન્ટમ તાર. સિદ્ધાંત એ પૂર્વધારણા પર આધારિત છે જે સૂચવે છે કે તમામ મૂળભૂત કણો અને તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ઓસિલેશન (ઉત્તેજિત અવસ્થાઓ) અને અલ્ટ્રામાઈક્રોસ્કોપિક એનર્જેટિક ક્વોન્ટમ સ્ટ્રિંગ્સની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના પરિણામે કહેવાતા ક્રમ પર ભીંગડા પર ઉત્પન્ન થાય છે. પ્લાન્કની લંબાઈ 10−33 મીટર, જેમ સંગીતના સાધનના તારનાં કંપન દ્વારા વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝના અવાજો ઉત્પન્ન થાય છે. તદુપરાંત, અવકાશ અને સમયને પોતાને શબ્દમાળાઓના કંપનની ચોક્કસ સ્થિતિઓના વ્યુત્પન્ન તરીકે ગણવામાં આવે છે. બ્રહ્માંડ, આ વાઇબ્રેટિંગ તારોની અસંખ્ય સંખ્યાઓથી બનેલું છે, તે એક ધ્વનિ "કોસ્મિક સિમ્ફની" જેવું છે. અસંખ્ય વર્તમાન સમસ્યાઓનું નિરાકરણ હોવા છતાં, સ્ટ્રિંગ થિયરી હાલમાં મુખ્યત્વે ગાણિતિક અમૂર્ત છે જેને પ્રાયોગિક પુષ્ટિની જરૂર છે.
પ્રાથમિક કણોની શોધ એ 19મી સદીના અંતમાં ભૌતિકશાસ્ત્ર દ્વારા હાંસલ કરેલ પદાર્થની રચનાના અભ્યાસમાં સામાન્ય સફળતાઓનું કુદરતી પરિણામ હતું.
તે અણુઓના ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રાના વ્યાપક અભ્યાસ, પ્રવાહી અને વાયુઓમાં વિદ્યુત ઘટનાનો અભ્યાસ, ફોટોઈલેક્ટ્રીસિટી, એક્સ-રે અને કુદરતી રેડિયોએક્ટિવિટીની શોધ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું, જે પદાર્થની જટિલ રચનાનું અસ્તિત્વ દર્શાવે છે.
ઐતિહાસિક રીતે, શોધાયેલ પ્રથમ પ્રાથમિક કણ ઇલેક્ટ્રોન હતું, જે અણુઓમાં નકારાત્મક પ્રાથમિક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનું વાહક હતું. 1897 માં, જે.જે. થોમસને શોધ્યું કે કેથોડ કિરણો ઇલેક્ટ્રોન નામના નાના કણોના પ્રવાહ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.
1911 માં, ઇ. રધરફોર્ડ, કુદરતી કિરણોત્સર્ગી સ્ત્રોતમાંથી આલ્ફા કણોને વિવિધ પદાર્થોના પાતળા વરખમાંથી પસાર કરતા, જાણવા મળ્યું કે અણુઓમાં સકારાત્મક ચાર્જ કોમ્પેક્ટ રચનાઓમાં કેન્દ્રિત છે - ન્યુક્લી, અને 1919 માં તેણે અણુમાંથી બહાર ફેંકાયેલા કણોમાં પ્રોટોન શોધી કાઢ્યા. ન્યુક્લી - એકમ હકારાત્મક ચાર્જ અને ઇલેક્ટ્રોનના દળના 1840 ગણા દળવાળા કણો. બીજુ કણ કે જે ન્યુક્લિયસનો ભાગ છે, ન્યુટ્રોન, જે. ચેડવિક દ્વારા બેરિલિયમ સાથે આલ્ફા કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કરતી વખતે 1932 માં શોધાયો હતો. ન્યુટ્રોનનો સમૂહ પ્રોટોનની નજીક હોય છે, પરંતુ તેમાં કોઈ વિદ્યુત ચાર્જ નથી. ન્યુટ્રોનની શોધે કણોની ઓળખ પૂર્ણ કરી - અણુઓના માળખાકીય તત્વો અને તેમના મધ્યવર્તી કેન્દ્ર.
ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રના કણના અસ્તિત્વ વિશેના નિષ્કર્ષ - ફોટોન - એમ. પ્લાન્ક (1900) ના કાર્યમાંથી ઉદ્દભવે છે. બિલકુલ બ્લેક બોડીમાંથી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની ઉર્જાનું પરિમાણ કરવામાં આવે છે એમ ધારીને, પ્લાન્કે રેડિયેશન સ્પેક્ટ્રમ માટે યોગ્ય સૂત્ર મેળવ્યું. પ્લાન્કના વિચારને વિકસાવતા, એ. આઈન્સ્ટાઈન (1905) એ ધાર્યું કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન (પ્રકાશ) વાસ્તવમાં વ્યક્તિગત ક્વોન્ટા (ફોટોન્સ) નો પ્રવાહ છે, અને તેના આધારે ફોટોઈલેક્ટ્રિક અસરના નિયમો સમજાવ્યા. ફોટોનના અસ્તિત્વના પ્રત્યક્ષ પ્રાયોગિક પુરાવા આર. મિલિકન (1912-1915) અને એ. કોમ્પટન (1922) દ્વારા આપવામાં આવ્યા હતા.
ન્યુટ્રિનોની શોધ, એક કણ જે ભાગ્યે જ પદાર્થ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તે ડબ્લ્યુ. પાઉલી (1930) ના સૈદ્ધાંતિક અનુમાનમાંથી ઉદ્દભવે છે, જેણે આવા કણના જન્મની ધારણાને લીધે, કાયદા સાથેની મુશ્કેલીઓ દૂર કરવાનું શક્ય બનાવ્યું હતું. કિરણોત્સર્ગી મધ્યવર્તી કેન્દ્રના બીટા સડોની પ્રક્રિયામાં ઉર્જાનું સંરક્ષણ. ન્યુટ્રિનોના અસ્તિત્વની પ્રાયોગિક રીતે માત્ર 1953માં પુષ્ટિ થઈ હતી (એફ. રેઈન્સ અને કે. કોવાન, યુએસએ).
30 થી 50 ના દાયકાની શરૂઆત સુધી. પ્રાથમિક કણોનો અભ્યાસ કોસ્મિક કિરણોના અભ્યાસ સાથે ગાઢ સંબંધ ધરાવે છે. 1932 માં, કે. એન્ડરસને કોસ્મિક કિરણોમાં પોઝિટ્રોન (e+) શોધ્યું - ઇલેક્ટ્રોનના દળ સાથેનો એક કણ, પરંતુ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ સાથે. પોઝિટ્રોન એ શોધાયેલ પ્રથમ એન્ટિપાર્ટિકલ હતું. ઇ+ નું અસ્તિત્વ ઇલેક્ટ્રોનના સાપેક્ષ સિદ્ધાંતને અનુસરે છે, જે પોઝિટ્રોનની શોધના થોડા સમય પહેલા પી. ડિરાક (1928-31) દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. 1936 માં, અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ કે. એન્ડરસન અને એસ. નેડરમેયરે, કોસ્મિક કિરણો, મ્યુઓન (બંને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના ચિહ્નો) નો અભ્યાસ કરતી વખતે શોધ કરી - લગભગ 200 ઇલેક્ટ્રોન માસના સમૂહ સાથેના કણો, પરંતુ અન્યથા આશ્ચર્યજનક રીતે e-, e+ ના ગુણધર્મોમાં નજીક છે.
1947 માં, કોસ્મિક કિરણોમાં પણ, એસ. પોવેલના જૂથે 274 ઇલેક્ટ્રોન માસના સમૂહ સાથે p+ અને p-મેસોન્સ શોધ્યા, જે ન્યુક્લીમાં ન્યુટ્રોન સાથે પ્રોટોનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. આવા કણોનું અસ્તિત્વ 1935માં એચ. યુકાવા દ્વારા સૂચવવામાં આવ્યું હતું.
40 ના દાયકાના અંતમાં - 50 ના દાયકાની શરૂઆતમાં. અસામાન્ય ગુણધર્મોવાળા કણોના મોટા જૂથની શોધ દ્વારા ચિહ્નિત કરવામાં આવ્યા હતા, જેને "વિચિત્ર" કહેવાય છે. આ જૂથના પ્રથમ કણો, K+- અને K- મેસોન્સ, L-, S+ -, S- -, X- હાયપરન્સ, કોસ્મિક કિરણોમાં શોધાયા હતા, ત્યારબાદ વિચિત્ર કણોની શોધ પ્રવેગક પર કરવામાં આવી હતી - સ્થાપનો જે તીવ્ર પ્રવાહ બનાવે છે. ઝડપી પ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોન. જ્યારે પદાર્થ સાથે અથડાય છે, ત્યારે પ્રવેગિત પ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોન નવા પ્રાથમિક કણોને જન્મ આપે છે, જે અભ્યાસનો વિષય બની જાય છે.
50 ના દાયકાની શરૂઆતથી. પ્રવેગક એ પ્રાથમિક કણોના અભ્યાસ માટેનું મુખ્ય સાધન બની ગયું છે. 70 ના દાયકામાં પ્રવેગકમાં પ્રવેગિત કણોની ઊર્જા દસ અને અબજો ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટ (GeV) જેટલી હતી. કણોની ઊર્જા વધારવાની ઇચ્છા એ હકીકતને કારણે છે કે ઉચ્ચ ઊર્જા ટૂંકા અંતરે પદાર્થની રચનાનો અભ્યાસ કરવાની શક્યતા ખોલે છે, અથડાતા કણોની ઊર્જા જેટલી વધારે છે. એક્સિલરેટર્સે નવા ડેટા મેળવવાના દરમાં નોંધપાત્ર વધારો કર્યો છે અને ટૂંકા સમયમાં માઇક્રોવર્લ્ડના ગુણધર્મો વિશેના અમારા જ્ઞાનને વિસ્તૃત અને સમૃદ્ધ બનાવ્યું છે. વિચિત્ર કણોનો અભ્યાસ કરવા માટે પ્રવેગકના ઉપયોગથી તેમના ગુણધર્મોને વધુ વિગતવાર અભ્યાસ કરવાનું શક્ય બન્યું, ખાસ કરીને તેમના સડોની વિશેષતાઓ, અને ટૂંક સમયમાં એક મહત્વપૂર્ણ શોધ તરફ દોરી: અરીસાના સંચાલન દરમિયાન કેટલીક માઇક્રોપ્રોસેસની લાક્ષણિકતાઓમાં ફેરફારની શક્યતા સ્પષ્ટ કરવી. પ્રતિબિંબ - જગ્યાઓનું ઉલ્લંઘન, સમાનતા (1956). અબજો ઈલેક્ટ્રોન વોલ્ટની ઉર્જા સાથે પ્રોટોન એક્સિલરેટર્સના કમિશનિંગથી ભારે એન્ટિપાર્ટિકલ્સ શોધવાનું શક્ય બન્યું: એન્ટિપ્રોટોન (1955), એન્ટિન્યુટ્રોન (1956), એન્ટિ-સિગ્મા હાયપરન્સ (1960). 1964 માં, સૌથી ભારે ડબલ્યુ- હાયપરન (લગભગ બે પ્રોટોન માસના સમૂહ સાથે) શોધાયું હતું. 1960 માં પ્રવેગક પર, મોટી સંખ્યામાં અત્યંત અસ્થિર (અન્ય અસ્થિર પ્રાથમિક કણોની તુલનામાં) કણો, જેને "રેઝોનન્સ" કહેવાય છે તે શોધાયા હતા. મોટા ભાગના રેઝોનન્સનો સમૂહ પ્રોટોનના દળ કરતાં વધી જાય છે. આમાંથી પ્રથમ, D1, 1953 થી જાણીતું છે. તે બહાર આવ્યું છે કે પડઘો પ્રાથમિક કણોનો મોટો ભાગ બનાવે છે.
1962 માં, તે જાણવા મળ્યું હતું કે બે જુદા જુદા ન્યુટ્રિનો છે: ઇલેક્ટ્રોન અને મ્યુઓન. 1964 માં, કહેવાતા બિન-સંરક્ષણ તટસ્થ કે-મેસોન્સના ક્ષયમાં મળી આવ્યું હતું. સંયુક્ત સમાનતા (લી ત્સુંગ-દાઓ અને યાંગ ઝેન-નિંગ દ્વારા રજૂ કરવામાં આવી હતી અને 1956માં એલ.ડી. લેન્ડૌ દ્વારા સ્વતંત્ર રીતે રજૂ કરવામાં આવી હતી), જેનો અર્થ થાય છે કે સમયના પ્રતિબિંબની કામગીરી દરમિયાન ભૌતિક પ્રક્રિયાઓની વર્તણૂક પરના સામાન્ય વિચારોને સુધારવાની જરૂરિયાત.
1974 માં, વિશાળ (3-4 પ્રોટોન સમૂહ) અને તે જ સમયે પ્રમાણમાં સ્થિર વાય-કણોની શોધ કરવામાં આવી હતી, જેમાં પડઘો માટે જીવનકાળ અસામાન્ય રીતે લાંબો હતો. તેઓ પ્રાથમિક કણોના નવા પરિવાર સાથે ગાઢ રીતે સંકળાયેલા હોવાનું બહાર આવ્યું છે - "મોહક" રાશિઓ, જેમાંથી પ્રથમ પ્રતિનિધિઓ (D0, D+, Lc) 1976 માં મળી આવ્યા હતા. 1975 માં, પ્રથમ માહિતી કણોના અસ્તિત્વ વિશે પ્રાપ્ત થઈ હતી. ઇલેક્ટ્રોન અને મ્યુઓનનું ભારે એનાલોગ (ભારે લેપ્ટન ટી). 1977 માં, લગભગ દસ પ્રોટોન સમૂહ ધરાવતા Ў-કણોની શોધ કરવામાં આવી હતી.
પ્રાથમિક કણ એ પ્રાથમિક અથવા અવિભાજ્ય કણ તરીકે ગણવામાં આવે છે જેમાંથી તમામ પદાર્થો બનેલા હોય છે. જો કે, આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, "પ્રાથમિક કણ" શબ્દનો ઉપયોગ પદાર્થના નાના કણોના મોટા જૂથને નામ આપવા માટે થાય છે. આ જૂથમાં પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, ઈલેક્ટ્રોન, ફોટોન, પાઈ-મેસોન્સ, મ્યુઓન, હેવી લેપ્ટોન્સ, ત્રણ પ્રકારના ન્યુટ્રિનો, વિચિત્ર કણો (કે-મેસોન્સ, હાયપરરોન્સ), વિવિધ રેઝોનન્સ, "ચાર્મ્ડ" કણો, અપસિલોન કણો, "સુંદર" કણોનો સમાવેશ થાય છે. , મધ્યવર્તી બોસોન્સ (W ± , Z 0). કુલ 500 થી વધુ કણો છે. દ્રવ્યના પ્રાથમિક તત્વો હોવાનો દાવો કરતા કણોને "કહેવામાં આવે છે. સાચા પ્રાથમિક કણો» .
વિજ્ઞાનના ઈતિહાસમાં સૌથી પહેલો કણ શોધાયો હતો ઇલેક્ટ્રોન- નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનું વાહક. ઈલેક્ટ્રોનની શોધ સૌપ્રથમ અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી જોસેફ દ્વારા કરવામાં આવી હતી થોમસન, 1897 માં. 1919 માં, અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી અર્નેસ્ટ રધરફોર્ડશોધ્યું પ્રોટોન- એક કણ કે જે સકારાત્મક ચાર્જ સાથે અણુ ન્યુક્લીનો ભાગ છે અને ઇલેક્ટ્રોનના દળ કરતાં 1840 ગણો વધારે છે. બીજકનો ભાગ છે તે અન્ય કણ છે ન્યુટ્રોનની શોધ 1932 માં અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી જેમ્સ દ્વારા કરવામાં આવી હતી ચૅડવિક. એક કણ તરીકે ફોટોનનો વિચાર જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી મેક્સના કાર્યમાંથી ઉદ્દભવે છે. પાટિયું,જેમણે 1900 માં એવી ધારણા રજૂ કરી હતી કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની ઊર્જા પરિમાણિત છે. પ્લાન્કના વિચારના વિકાસમાં, આઈન્સ્ટાઈન 1905 માં તેમણે સ્થાપિત કર્યું કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન એ વ્યક્તિગત ક્વોન્ટાનો પ્રવાહ છે ( ફોટોન) અને તેના આધારે ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરના નિયમો સમજાવ્યા. ફોટોનના અસ્તિત્વના પ્રત્યક્ષ પ્રાયોગિક પુરાવા અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ રોબર્ટ મિલિકન (1912) અને એ. કોમ્પટન(1922).
અસ્તિત્વ ન્યુટ્રિનોપ્રથમ વુલ્ફગેંગ દ્વારા સૂચવવામાં આવ્યું હતું પાઉલી(1930), અને ઇલેક્ટ્રોન ન્યુટ્રિનોની શોધ માત્ર 1962 માં અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ એફ. રેઇન્સ અને કે. કોન દ્વારા પ્રાયોગિક ધોરણે કરવામાં આવી હતી. શોધાયેલ પ્રથમ એન્ટિપાર્ટિકલ છે પોઝીટ્રોનઇલેક્ટ્રોનના સમૂહ સાથે, પરંતુ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ સાથે. 1953માં અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી કે. એન્ડરસન દ્વારા કોસ્મિક કિરણોની રચનામાં તેની શોધ થઈ હતી. 1946માં એન્ડરસન અને નેડરમેયર (યુએસએ) એ કોસ્મિક કિરણોની રચનામાં તેની શોધ કરી હતી. muonsઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના બંને ચિહ્નો સાથે (µ - અને µ +). મ્યુઓનનું દળ ઈલેક્ટ્રોનના દળ કરતાં લગભગ 200 ગણું હોય છે, અને તેમની બાકીની મિલકતો ઈલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોનની નજીક હોય છે. 1947 માં, એસ. પોવેલના નેતૃત્વ હેઠળ અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ કોસ્મિક કિરણોની રચનામાં π ־ અને π + - શોધ્યું મેસોન્સ. આવા કણોનું અસ્તિત્વ જાપાની ભૌતિકશાસ્ત્રી દ્વારા સૂચવવામાં આવ્યું હતું એચ. યુકાવા 1935 માં. 50 ના દાયકાની શરૂઆતમાં. અસામાન્ય ગુણધર્મો ધરાવતા કણોનું એક મોટું જૂથ શોધાયું હતું, જેને " વિચિત્ર."આ જૂથના પ્રથમ કણો - K ־ અને K + - મેસોન્સ, Λ - હાયપરન્સ કોસ્મિક કિરણોના ભાગ રૂપે શોધાયા હતા. ચાર્જ્ડ પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર્સનો ઉપયોગ કરીને "વિચિત્ર" કણોની અનુગામી શોધો કરવામાં આવી હતી. 50 ના દાયકાની શરૂઆતથી. એક્સિલરેટર્સ EC સંશોધન માટે મુખ્ય સાધન બની ગયા છે. 1955 માં તે ખોલવામાં આવ્યું હતું એન્ટિપ્રોટોન, 1956 - એન્ટિન્યુટ્રોન, 1960 – એન્ટિસિગ્મા હાયપરન, અને 1964 માં - સૌથી ભારે હાયપરન - . 1960 માં, પ્રવેગકની શોધ થઈ રેઝોનન્ટ કણો. તેઓ અસ્થિર અને ખૂબ અસંખ્ય છે, તેથી તેઓ EC નો મોટો ભાગ બનાવે છે.
1962 માં, વૈજ્ઞાનિકોએ શોધ્યું કે ત્યાં બે અલગ અલગ પ્રજાતિઓ છે ન્યુટ્રિનો: ઇલેક્ટ્રોન અને મ્યુઓન. 1974 માં, વિશાળ અને તે જ સમયે પ્રમાણમાં સ્થિર " સંમોહિત» કણો (D 0, D +, F +, વગેરે). 1975 માં, ઇલેક્ટ્રોન અને મ્યુઓનનું ભારે એનાલોગ (τ - લેપ્ટન), 1981 માં - " સુંદર»કણો, અને 1983 માં - મધ્યવર્તી બોસોન(W ± અને Z 0).
આમ, તે સ્થાપિત થયું છે કે ECની દુનિયા ખૂબ જ જટિલ અને વૈવિધ્યસભર છે. પ્રાથમિક કણોમાં, ઇલેક્ટ્રોન સૌથી વધુ જાણીતું અને વપરાયેલ છે. આ બધું એ હકીકતથી શરૂ થયું કે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા પ્રવાહ પસાર કરીને, ફેરાડેએ ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર છોડેલા પદાર્થોનું પ્રમાણ માપ્યું, અને વિચાર આવ્યો કે પ્રકૃતિમાં હાઇડ્રોજન આયનના ચાર્જ જેટલો સૌથી નાનો ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે.
અંગ્રેજ ભૌતિકશાસ્ત્રી જે. સ્ટોનીએ સૌથી નાના ઈલેક્ટ્રીક ચાર્જ માટે વિશેષ નામ આપ્યું હતું - “ ઇલેક્ટ્રોન" 19મી સદીના મધ્યભાગથી, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ દિવાલોમાં સીલબંધ ઇલેક્ટ્રોડ સાથે વિશિષ્ટ કાચની નળીઓમાં વિદ્યુત વિસર્જન સાથે પ્રયોગ કરવાનું શરૂ કર્યું. જ્યારે ગેસ પમ્પ કરવામાં આવ્યો હતો, ત્યારે કેથોડ્સ ગરમ થતાં સર્કિટમાં વર્તમાન બંધ થતો ન હતો. આ પ્રવાહ એક સુંદર અને રહસ્યમય ચમક સાથે હતો. તે સ્પષ્ટ છે કે વર્તમાન ખાલીપણામાં વહી શકતું નથી. કેથોડથી એનોડમાં વીજળીનું ટ્રાન્સફર કહેવામાં આવે છે કેથોડ કિરણો. અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી જોસેફ થોમસનકેથોડ કિરણોની પ્રકૃતિ સ્થાપિત કરી અને પ્રાયોગિક રીતે દર્શાવ્યું કે કેથોડ કિરણો નાના નકારાત્મક ચાર્જ કણોનો પ્રવાહ છે. તેણે, ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં કાચની નળી મૂકીને, સીધી રેખામાંથી કેથોડ કિરણોના વિચલનની તપાસ કરી અને શોધ્યું કે ઇલેક્ટ્રોનનો ચાર્જ-ટુ-માસ રેશિયો (e/m e) હાઇડ્રોજન આયનોના સમાન ગુણોત્તર કરતાં હજાર ગણો વધારે છે. (e/m n) અગાઉ ફેરાડે દ્વારા સ્થાપિત.
થોમસન, ઇલેક્ટ્રોન અને હાઇડ્રોજન આયનો સમાન પ્રાથમિક ચાર્જ વહન કરે છે તેવી પૂર્વધારણાને હિંમતભેર સ્વીકારતા, એવા નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે અણુઓની તુલનામાં ઇલેક્ટ્રોનનું દળ નગણ્ય છે. અણુની અવિભાજ્યતા વિશે શંકા ઊભી થઈ. હેનરી બેકરેલ દ્વારા શોધાયેલ અણુઓની કિરણોત્સર્ગીતા 1896 માં આખરે અણુની અવિભાજ્યતા વિશેના દાવાઓને હલાવી દીધા. 20મી સદીની શરૂઆતમાં, અર્નેસ્ટ રધરફોર્ડે સાબિત કર્યું કે ત્રણ પ્રકારના કિરણો - , β અને γ, રેડિયમ દ્વારા ઉત્સર્જિત, β - કિરણો એ જ ઇલેક્ટ્રોન છે જે થોમસને જોયા હતા.
સ્વ-નિયંત્રણ માટે પ્રશ્નો
1. પ્રાથમિક કણો શું છે?
2. વિજ્ઞાન દ્વારા કેટલા પ્રાથમિક કણોની સ્થાપના કરવામાં આવી છે?
3. કયા કણોને "સાચા પ્રાથમિક કણો" કહેવામાં આવે છે
4. વિજ્ઞાનના ઇતિહાસમાં સૌપ્રથમ શોધાયેલ કણ કયો છે?
5. ઈલેક્ટ્રોનની શોધ કોણે અને ક્યારે કરી?
6. પ્રોટોનની શોધ કોણે અને ક્યારે કરી?
7. ન્યુટ્રોનની શોધ કોણે અને ક્યારે કરી?
8. ફોટોનની શોધ કોણે અને ક્યારે કરી?
9. ન્યુટ્રિનોનું અસ્તિત્વ કોણે અને ક્યારે સૂચવ્યું?
10. પ્રાયોગિક ધોરણે ન્યુટ્રિનોની શોધ કયા વર્ષમાં કરવામાં આવી હતી?
11. સૌપ્રથમ પોઝિટ્રોન એન્ટિપાર્ટિકલની શોધ કોણે અને ક્યારે કરી?
12. મેસોન્સનું અસ્તિત્વ કોણે અને ક્યારે સૂચવ્યું?
13. કેટલા વર્ષોમાં કહેવાતા "વિચિત્ર" કણોના મોટા જૂથની શોધ થઈ?
14. કયા વર્ષમાં "એન્ચેન્ટેડ" કણોની શોધ થઈ?
15. કયા વર્ષમાં "સુંદર" કણોની શોધ થઈ?
16. કયા વર્ષમાં "મધ્યવર્તી બોસોન" તરીકે ઓળખાતા કણોની શોધ થઈ?
17. અણુઓની રેડિયોએક્ટિવિટી કોણે અને ક્યારે શોધી કાઢી?
વિશ્વ મૂળભૂત કણોથી બનેલું છે તે વિચારનો લાંબો ઇતિહાસ છે. ગ્રીક ફિલસૂફ ડેમોક્રિટસ દ્વારા 400 વર્ષ પૂર્વે આસપાસના તમામ પદાર્થો બનાવતા નાનામાં નાના અદ્રશ્ય કણોના અસ્તિત્વનો વિચાર પ્રથમ વખત વ્યક્ત કરવામાં આવ્યો હતો. તેમણે આ કણોને અણુઓ એટલે કે અવિભાજ્ય કણો કહ્યા. વિજ્ઞાને 19મી સદીની શરૂઆતમાં જ અણુઓના વિચારનો ઉપયોગ કરવાનું શરૂ કર્યું, જ્યારે તેના આધારે સંખ્યાબંધ રાસાયણિક ઘટનાઓને સમજાવવી શક્ય બની. 19મી સદીના 30 ના દાયકામાં, એમ. ફેરાડે દ્વારા વિકસિત વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના સિદ્ધાંતમાં, આયનનો ખ્યાલ દેખાયો અને પ્રાથમિક ચાર્જ માપવામાં આવ્યો. પરંતુ 19મી સદીના મધ્યભાગથી, પ્રાયોગિક તથ્યો દેખાવા લાગ્યા જે અણુઓની અવિભાજ્યતાના વિચાર પર શંકા પેદા કરે છે. આ પ્રયોગોના પરિણામો સૂચવે છે કે અણુઓ એક જટિલ માળખું ધરાવે છે અને તેમાં ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ થયેલા કણો હોય છે. ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રી હેનરી બેકરેલ દ્વારા આની પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી, જેમણે 1896 માં રેડિયોએક્ટિવિટીની ઘટનાની શોધ કરી હતી.
આ પછી 1897 માં અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી થોમસન દ્વારા પ્રથમ પ્રાથમિક કણની શોધ કરવામાં આવી હતી. તે ઇલેક્ટ્રોન હતું જેણે આખરે વાસ્તવિક ભૌતિક પદાર્થનો દરજ્જો મેળવ્યો અને માનવ ઇતિહાસમાં પ્રથમ જાણીતો પ્રાથમિક કણો બન્યો. તેનું દળ હાઇડ્રોજન અણુના દળ કરતાં આશરે 2000 ગણું ઓછું છે અને તે બરાબર છે:
m = 9.11*10^(-31) kg.
ઇલેક્ટ્રોનના નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જને પ્રાથમિક કહેવામાં આવે છે અને તે સમાન છે:
e = 0.60*10^(-19) Cl.
અણુ સ્પેક્ટ્રાનું વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે ઇલેક્ટ્રોન સ્પિન 1/2 ની બરાબર છે, અને તેની ચુંબકીય ક્ષણ એક બોહર મેગ્નેટોન જેટલી છે. ઇલેક્ટ્રોન ફર્મી આંકડાઓનું પાલન કરે છે કારણ કે તેમની પાસે અડધા-પૂર્ણાંક સ્પિન છે. આ અણુઓની રચના અને ધાતુઓમાં ઇલેક્ટ્રોનની વર્તણૂક પરના પ્રાયોગિક ડેટા સાથે સુસંગત છે. ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક, નબળા અને ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે.
બીજો શોધાયેલ પ્રાથમિક કણ પ્રોટોન હતો (ગ્રીક પ્રોટોમાંથી - પ્રથમ). આ પ્રાથમિક કણની શોધ 1919 માં રધરફોર્ડ દ્વારા કરવામાં આવી હતી, જ્યારે વિવિધ રાસાયણિક તત્વોના અણુ ન્યુક્લીના વિભાજનના ઉત્પાદનોનો અભ્યાસ કરતી વખતે. શાબ્દિક રીતે, પ્રોટોન એ હાઇડ્રોજનના સૌથી હળવા આઇસોટોપ - પ્રોટિયમના અણુનું ન્યુક્લિયસ છે. પ્રોટોન સ્પિન 1/2 છે. પ્રોટોન પાસે હકારાત્મક પ્રાથમિક ચાર્જ +e છે. તેનો સમૂહ છે:
m = 1.67*10^(-27) kg.
અથવા આશરે 1836 ઇલેક્ટ્રોન માસ. પ્રોટોન રાસાયણિક તત્વોના તમામ અણુઓના મધ્યવર્તી કેન્દ્રનો ભાગ છે. આ પછી, 1911 માં, રધરફોર્ડે અણુના ગ્રહોના મોડેલનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો, જેણે અણુઓની રચનામાં વધુ સંશોધનમાં વૈજ્ઞાનિકોને મદદ કરી.
1932 માં, જે. ચૅડવિકે ત્રીજા પ્રાથમિક કણ, ન્યુટ્રોન (લેટિન ન્યુટરમાંથી - એક કે બીજું નહીં) શોધી કાઢ્યું, જેનો કોઈ વિદ્યુત ચાર્જ નથી અને તેનું દળ ઈલેક્ટ્રોનના દળ કરતાં લગભગ 1839 ગણું છે. ન્યુટ્રોન સ્પિન પણ 1/2 છે.
ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રના કણના અસ્તિત્વ વિશેના નિષ્કર્ષ - ફોટોન - એમ. પ્લાન્ક (1900) ના કાર્યમાંથી ઉદ્દભવે છે. બિલકુલ બ્લેક બોડીમાંથી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની ઉર્જાનું પરિમાણ (એટલે કે, ક્વોન્ટાનો સમાવેશ થાય છે) હોવાનું માનીને, પ્લાન્કે રેડિયેશન સ્પેક્ટ્રમ માટે યોગ્ય સૂત્ર મેળવ્યું. પ્લાન્કના વિચારને વિકસાવતા, એ. આઈન્સ્ટાઈન (1905) એ ધાર્યું કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન (પ્રકાશ) વાસ્તવમાં વ્યક્તિગત ક્વોન્ટા (ફોટોન્સ) નો પ્રવાહ છે, અને તેના આધારે ફોટોઈલેક્ટ્રિક અસરના નિયમો સમજાવ્યા. ફોટોનના અસ્તિત્વના પ્રત્યક્ષ પ્રાયોગિક પુરાવા આર. મિલિકન દ્વારા 1912 - 1915માં અને એ. કોમ્પટન દ્વારા 1922માં આપવામાં આવ્યા હતા.
ન્યુટ્રિનોની શોધ, એક કણ જે ભાગ્યે જ દ્રવ્ય સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તે 1930 માં ડબલ્યુ. પાઉલીના સૈદ્ધાંતિક અનુમાનની તારીખ છે, જેણે આવા કણના જન્મની ધારણાને કારણે, સંરક્ષણના કાયદામાં મુશ્કેલીઓ દૂર કરવાનું શક્ય બનાવ્યું હતું. કિરણોત્સર્ગી ન્યુક્લીની બીટા સડો પ્રક્રિયાઓમાં ઊર્જા. એફ. રેઇન્સ અને કે. કોવાન દ્વારા માત્ર 1953માં ન્યુટ્રિનોના અસ્તિત્વની પ્રાયોગિક પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી.
પરંતુ પદાર્થ માત્ર કણો કરતાં વધુ સમાવે છે. ત્યાં એન્ટિપાર્ટિકલ્સ પણ છે - પ્રાથમિક કણો કે જે તેમના "જોડિયા" તરીકે સમાન દળ, સ્પિન, જીવનકાળ અને કેટલીક અન્ય આંતરિક લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે - કણો, પરંતુ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ અને ચુંબકીય ક્ષણ, બેરીયોન ચાર્જ, લેપ્ટન ચાર્જ, વિચિત્રતાના સંકેતોમાં કણોથી અલગ છે. અને વગેરે. સંપૂર્ણપણે તટસ્થ સિવાયના તમામ પ્રાથમિક કણોના પોતાના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ હોય છે.
પ્રથમ શોધાયેલ એન્ટિપાર્ટિકલ પોઝિટ્રોન હતું (લેટિન પોઝિટીવસ - પોઝિટિવમાંથી) - ઇલેક્ટ્રોનનો સમૂહ ધરાવતો કણ, પરંતુ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ. 1932 માં અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી કાર્લ ડેવિડ એન્ડરસન દ્વારા કોસ્મિક કિરણોમાં આ એન્ટિપાર્ટિકલની શોધ કરવામાં આવી હતી. રસપ્રદ વાત એ છે કે, પ્રાયોગિક શોધના લગભગ એક વર્ષ પહેલાં અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી પૌલ ડિરાક દ્વારા પોઝિટ્રોનના અસ્તિત્વની સૈદ્ધાંતિક આગાહી કરવામાં આવી હતી. તદુપરાંત, ડીરાકે વિલય (અદ્રશ્ય) ની કહેવાતી પ્રક્રિયાઓ અને ઇલેક્ટ્રોન-પોઝિટ્રોન જોડીના જન્મની આગાહી કરી હતી. જોડીનો નાશ એ પ્રાથમિક કણોના રૂપાંતરણના પ્રકારોમાંથી એક છે જે ત્યારે થાય છે જ્યારે કણ એન્ટિપાર્ટિકલ સાથે અથડાય છે. વિનાશ દરમિયાન, એક કણ અને એન્ટિપાર્ટિકલ અદૃશ્ય થઈ જાય છે, અન્ય કણોમાં ફેરવાય છે, જેની સંખ્યા અને પ્રકાર સંરક્ષણ કાયદા દ્વારા મર્યાદિત છે. વિનાશની વિપરીત પ્રક્રિયા એ યુગલનો જન્મ છે. પોઝિટ્રોન પોતે સ્થિર છે, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોન સાથેના વિનાશને કારણે તે ખૂબ જ ટૂંકા સમય માટે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. ઈલેક્ટ્રોન અને પોઝીટ્રોનનો નાશ એ છે કે જ્યારે તેઓ મળે છે, ત્યારે તેઓ અદૃશ્ય થઈ જાય છે, માં ફેરવાઈ જાય છે γ- ક્વોન્ટા (ફોટોન્સ). અને અથડામણમાં γ- જ્યારે કોઈપણ વિશાળ ન્યુક્લિયસ સાથે ક્વોન્ટમ થાય છે, ત્યારે ઈલેક્ટ્રોન-પોઝિટ્રોન જોડી જન્મે છે.
1955 માં, અન્ય એન્ટિપાર્ટિકલની શોધ થઈ - એન્ટિપ્રોટોન, અને થોડી વાર પછી - એન્ટિન્યુટ્રોન. એન્ટિન્યુટ્રોન, ન્યુટ્રોનની જેમ, કોઈ વિદ્યુત ચાર્જ ધરાવતું નથી, પરંતુ તે નિઃશંકપણે એન્ટિપાર્ટિકલ્સનું છે, કારણ કે તે વિનાશની પ્રક્રિયામાં અને ન્યુટ્રોન-એન્ટિન્યુટ્રોન જોડીના જન્મમાં ભાગ લે છે.
એન્ટિપાર્ટિકલ્સ મેળવવાની સંભાવનાએ વૈજ્ઞાનિકોને એન્ટિમેટર બનાવવાના વિચાર તરફ દોરી. એન્ટિમેટર અણુઓ આ રીતે બાંધવા જોઈએ: અણુની મધ્યમાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ન્યુક્લિયસ હોય છે, જેમાં એન્ટિપ્રોટોન અને એન્ટિન્યુટ્રોન હોય છે, અને પોઝીટ્રોન પોઝીટીવ ચાર્જ સાથે ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે. સામાન્ય રીતે, અણુ પણ તટસ્થ હોવાનું બહાર આવે છે. આ વિચારને તેજસ્વી પ્રાયોગિક પુષ્ટિ મળી. 1969 માં, સેરપુખોવ શહેરમાં પ્રોટોન એક્સિલરેટર પર, સોવિયેત ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ એન્ટિહિલિયમ પરમાણુના ન્યુક્લિયસ મેળવ્યા. 2002 માં પણ, 50,000 એન્ટિહાઇડ્રોજન અણુઓ જીનીવામાં CERN એક્સિલરેટર પર ઉત્પન્ન થયા હતા. પરંતુ, આ હોવા છતાં, બ્રહ્માંડમાં એન્ટિમેટરનો સંચય હજુ સુધી શોધાયો નથી. તે પણ સ્પષ્ટ થાય છે કે કોઈપણ પદાર્થ સાથે એન્ટિમેટરની સહેજ પણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર, તેમનો વિનાશ થશે, જે ઊર્જાના વિશાળ પ્રકાશન સાથે હશે, જે પરમાણુ ન્યુક્લીની ઊર્જા કરતાં અનેક ગણી વધારે છે, જે લોકો અને પર્યાવરણ માટે અત્યંત અસુરક્ષિત છે. .
હાલમાં, લગભગ તમામ જાણીતા પ્રાથમિક કણોના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ પ્રાયોગિક રીતે શોધવામાં આવ્યા છે.
પ્રાથમિક કણોના ભૌતિકશાસ્ત્રમાં મુખ્ય ભૂમિકા સંરક્ષણ કાયદાઓ દ્વારા ભજવવામાં આવે છે જે સિસ્ટમની પ્રારંભિક અને અંતિમ સ્થિતિને દર્શાવતા જથ્થાના ચોક્કસ સંયોજનો વચ્ચે સમાનતા સ્થાપિત કરે છે. ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં સંરક્ષણ કાયદાનું શસ્ત્રાગાર શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્ર કરતાં મોટું છે. તે વિવિધ પેરિટીઝ (અવકાશી, ચાર્જ), ચાર્જ (લેપ્ટોનિક, બેરીઓન, વગેરે), આંતરિક સમપ્રમાણતાના સંરક્ષણના કાયદાઓ સાથે ફરી ભરાઈ ગયું હતું જે એક અથવા બીજા પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની લાક્ષણિકતા હતી.
વ્યક્તિગત સબએટોમિક કણોની લાક્ષણિકતાઓને અલગ પાડવી એ એક મહત્વપૂર્ણ છે, પરંતુ તેમના વિશ્વને સમજવાનો માત્ર પ્રારંભિક તબક્કો છે. આગળના તબક્કે, આપણે હજુ પણ એ સમજવાની જરૂર છે કે દરેક વ્યક્તિગત કણની ભૂમિકા શું છે, પદાર્થની રચનામાં તેના કાર્યો શું છે.
ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ શોધી કાઢ્યું છે કે, સૌ પ્રથમ, કણના ગુણધર્મો મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લેવાની તેની ક્ષમતા (અથવા અસમર્થતા) દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લેતા કણો એક વિશિષ્ટ વર્ગ બનાવે છે અને તેને હેડ્રોન કહેવામાં આવે છે. કણો જે નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભાગ લે છે અને મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભાગ લેતા નથી તેમને લેપ્ટોન્સ કહેવામાં આવે છે. વધુમાં, એવા કણો છે જે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે.
લેપ્ટન્સ.
લેપ્ટોન્સને સાચા અર્થમાં પ્રાથમિક કણો ગણવામાં આવે છે. જો કે લેપ્ટોન્સમાં વિદ્યુત ચાર્જ હોય કે ન પણ હોય, તે બધામાં 1/2 સ્પિન હોય છે. લેપ્ટોન્સમાં, સૌથી પ્રખ્યાત ઇલેક્ટ્રોન છે. ઇલેક્ટ્રોન એ શોધાયેલ પ્રાથમિક કણોમાંથી પ્રથમ છે. અન્ય તમામ લેપ્ટોન્સની જેમ, ઈલેક્ટ્રોન એક પ્રાથમિક (શબ્દના યોગ્ય અર્થમાં) પદાર્થ તરીકે દેખાય છે. જ્યાં સુધી જાણીતું છે, ઇલેક્ટ્રોનમાં અન્ય કોઈપણ કણોનો સમાવેશ થતો નથી.
અન્ય જાણીતું લેપ્ટન ન્યુટ્રિનો છે. ન્યુટ્રિનો એ સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં સૌથી સામાન્ય કણો છે. બ્રહ્માંડને એક અમર્યાદ ન્યુટ્રિનો સમુદ્ર તરીકે કલ્પી શકાય છે, જેમાં અણુના રૂપમાં ટાપુઓ પ્રસંગોપાત જોવા મળે છે. પરંતુ ન્યુટ્રિનોનો આટલો વ્યાપ હોવા છતાં, તેનો અભ્યાસ કરવો ખૂબ મુશ્કેલ છે. આપણે પહેલેથી જ નોંધ્યું છે તેમ, ન્યુટ્રિનો લગભગ પ્રપંચી છે. મજબૂત અથવા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લીધા વિના, તેઓ દ્રવ્યમાં એવી રીતે પ્રવેશ કરે છે કે જાણે તે ત્યાં જ ન હોય. ન્યુટ્રિનો એ અમુક પ્રકારના "ભૌતિક વિશ્વના ભૂત" છે.
મ્યુઓન્સ પ્રકૃતિમાં ખૂબ વ્યાપક છે, જે કોસ્મિક રેડિયેશનના નોંધપાત્ર ભાગ માટે જવાબદાર છે. ઘણી બાબતોમાં, મ્યુઓન ઇલેક્ટ્રોન જેવું લાગે છે: તે સમાન ચાર્જ અને સ્પિન ધરાવે છે, તે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે, પરંતુ તે વિશાળ સમૂહ (લગભગ 207 ઇલેક્ટ્રોન માસ) ધરાવે છે અને તે અસ્થિર છે. એક સેકન્ડના લગભગ 20 લાખમા ભાગમાં, મ્યુઓન ઈલેક્ટ્રોન અને બે ન્યુટ્રિનોમાં ક્ષીણ થઈ જાય છે. 1970 ના દાયકાના અંતમાં, ત્રીજા ચાર્જ્ડ લેપ્ટોનની શોધ થઈ, જેને ટાઉ લેપ્ટન કહેવાય છે. આ એક ખૂબ જ ભારે કણ છે. તેનું દળ લગભગ 3500 ઇલેક્ટ્રોન માસ છે. પરંતુ અન્ય તમામ બાબતોમાં તે ઇલેક્ટ્રોન અને મ્યુઓનની જેમ વર્તે છે.
60 ના દાયકામાં, લેપ્ટોન્સની સૂચિ નોંધપાત્ર રીતે વિસ્તૃત થઈ. એવું જાણવા મળ્યું કે ન્યુટ્રિનોના ઘણા પ્રકારો છે: ઇલેક્ટ્રોન ન્યુટ્રિનો, મ્યુઓન ન્યુટ્રિનો અને ટાઉ ન્યુટ્રિનો. આમ, ન્યુટ્રિનોની કુલ સંખ્યા ત્રણ છે, અને કુલ લેપ્ટોનની સંખ્યા છ છે. અલબત્ત, દરેક લેપ્ટનનું પોતાનું એન્ટિપાર્ટિકલ હોય છે; આમ વિવિધ લેપ્ટોનની કુલ સંખ્યા બાર છે. તટસ્થ લેપ્ટોન્સ માત્ર નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે; ચાર્જ થયેલ - નબળા અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિકમાં. બધા લેપ્ટોન્સ ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે, પરંતુ તે મજબૂત લોકો માટે સક્ષમ નથી.
હેડ્રોન્સ.
જો ત્યાં માત્ર એક ડઝનથી વધુ લેપ્ટોન્સ છે, તો ત્યાં સેંકડો હેડ્રોન છે. હેડ્રોનનો આટલો સમૂહ સૂચવે છે કે હેડ્રોન એ પ્રાથમિક કણો નથી, પરંતુ નાના કણોમાંથી બનેલા છે. બધા હેડ્રોન બે જાતોમાં જોવા મળે છે - ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ્ડ અને ન્યુટ્રલ. હેડ્રોન્સમાં, સૌથી પ્રખ્યાત અને વ્યાપક ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોન છે, જે બદલામાં ન્યુક્લિયન્સના વર્ગ સાથે સંબંધિત છે. બાકીના હેડ્રોન અલ્પજીવી હોય છે અને ઝડપથી સડી જાય છે. હેડ્રોન્સ તમામ મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે. તેઓ બેરીયોન્સ અને મેસોન્સમાં વહેંચાયેલા છે. બેરીયોનમાં ન્યુક્લિયન અને હાયપરનનો સમાવેશ થાય છે.
ન્યુક્લિયન્સ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરમાણુ દળોના અસ્તિત્વને સમજાવવા માટે, ક્વોન્ટમ થિયરીને ઇલેક્ટ્રોનના દળ કરતા વધારે, પરંતુ પ્રોટોનના દળ કરતા ઓછા દળવાળા વિશેષ પ્રાથમિક કણોના અસ્તિત્વની જરૂર છે. ક્વોન્ટમ થિયરી દ્વારા અનુમાનિત આ કણોને પાછળથી મેસોન્સ કહેવામાં આવ્યા. મેસોન્સ પ્રાયોગિક રીતે શોધાયા હતા. ત્યાં તેમનો આખો પરિવાર હોવાનું બહાર આવ્યું. તે બધા અલ્પજીવી અસ્થિર કણો હોવાનું બહાર આવ્યું છે, જે એક સેકન્ડના અબજમા ભાગ માટે મુક્ત સ્થિતિમાં રહે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ચાર્જ થયેલ પાઈ-મેસન અથવા પીઓન પાસે 273 ઈલેક્ટ્રોન માસનો બાકીનો સમૂહ અને આજીવન હોય છે:
t = 2.6*10^(-8) સે.
વધુમાં, ચાર્જ્ડ પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર્સ પરના અભ્યાસ દરમિયાન, પ્રોટોનના દળ કરતાં વધુ દળ ધરાવતા કણોની શોધ થઈ હતી. આ કણોને હાયપરન કહેવાતા. તેમાંના મેસોન્સ કરતાં પણ વધુ શોધાયા હતા. હાયપરન પરિવારમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: લેમ્બડા-, સિગ્મા-, xi- અને ઓમેગા-માઈનસ હાયપરન.
મોટાભાગના જાણીતા હેડ્રોનનું અસ્તિત્વ અને ગુણધર્મો પ્રવેગક પ્રયોગોમાં સ્થાપિત કરવામાં આવ્યા હતા. 50-60 ના દાયકામાં ઘણા જુદા જુદા હેડ્રોનની શોધે ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને ભારે મૂંઝવણમાં મૂક્યું. પરંતુ સમય જતાં, હેડ્રોનને માસ, ચાર્જ અને સ્પિન દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યા હતા. ધીમે ધીમે એક વધુ કે ઓછું સ્પષ્ટ ચિત્ર બહાર આવવા લાગ્યું. પ્રયોગમૂલક ડેટાની અંધાધૂંધીને કેવી રીતે વ્યવસ્થિત કરવી અને વૈજ્ઞાનિક સિદ્ધાંતમાં હેડ્રોન્સના રહસ્યને કેવી રીતે જાહેર કરવું તે અંગે ચોક્કસ વિચારો ઉભરી આવ્યા. અહીં નિર્ણાયક પગલું 1963 માં લેવામાં આવ્યું હતું, જ્યારે ક્વાર્કનો સિદ્ધાંત પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો.
કવાર્ક સિદ્ધાંત.
ક્વાર્કનો સિદ્ધાંત એ હેડ્રોનની રચનાનો સિદ્ધાંત છે. આ સિદ્ધાંતનો મુખ્ય વિચાર ખૂબ જ સરળ છે. બધા હેડ્રોન ક્વાર્ક નામના નાના કણોમાંથી બનેલા છે. આનો અર્થ એ છે કે ક્વાર્ક એ હેડ્રોન કરતાં વધુ પ્રાથમિક કણો છે. ક્વાર્ક કાલ્પનિક કણો છે કારણ કે મુક્ત રાજ્યમાં અવલોકન કરવામાં આવ્યું ન હતું. ક્વાર્કનો બેરીયોન ચાર્જ 1/3 છે. તેઓ અપૂર્ણાંક વિદ્યુત ચાર્જ વહન કરે છે: તેમની પાસે એક ચાર્જ છે જેનું મૂલ્ય કાં તો મૂળભૂત એકમના -1/3 અથવા +2/3 છે - ઇલેક્ટ્રોનનો ચાર્જ. બે અને ત્રણ ક્વાર્કના મિશ્રણનો કુલ ચાર્જ શૂન્ય અથવા એક હોઈ શકે છે. બધા ક્વાર્ક સ્પિન S ધરાવે છે, તેથી તેઓને ફર્મિઓન તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. ક્વાર્કના સિદ્ધાંતના સ્થાપકો, ગેલ-માન અને ઝ્વેઇગ, 60 ના દાયકામાં જાણીતા તમામ હેડ્રોનને ધ્યાનમાં લેવા માટે, ક્વાર્કના ત્રણ પ્રકારો (રંગો) રજૂ કર્યા: u (ઉપરથી - ઉપરથી), ડી (નીચેથી - નીચલા) અને s (વિચિત્ર - વિચિત્ર માંથી) .
ક્વાર્ક બે સંભવિત રીતે એકબીજા સાથે જોડાઈ શકે છે: કાં તો ત્રિપુટીમાં અથવા ક્વાર્ક-એન્ટીક્વાર્ક જોડીમાં. પ્રમાણમાં ભારે કણો - બેરીયન્સ - ત્રણ ક્વાર્કથી બનેલા છે. સૌથી જાણીતા બેરીયોન્સ ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોન છે. હળવા ક્વાર્ક-એન્ટિક્વાર્ક જોડી મેસોન્સ - "મધ્યવર્તી કણો" તરીકે ઓળખાતા કણો બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રોટોનમાં બે યુ-ક્વાર્ક અને એક ડી-ક્વાર્ક (યુયુડી) અને ન્યુટ્રોનમાં બે ડી-ક્વાર્ક અને એક યુ-ક્વાર્ક (યુડી) હોય છે. ક્વાર્કની આ "ત્રિકોણ" ક્ષીણ ન થાય તે માટે, એક હોલ્ડિંગ ફોર્સ, અમુક પ્રકારના "ગુંદર" ની જરૂર છે.
તે તારણ આપે છે કે ન્યુક્લિયસમાં ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોન વચ્ચેની પરિણામી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ ફક્ત ક્વાર્ક વચ્ચેની વધુ શક્તિશાળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની અવશેષ અસર છે. આ સમજાવે છે કે શા માટે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ એટલી જટિલ લાગે છે. જ્યારે પ્રોટોન ન્યુટ્રોન અથવા અન્ય પ્રોટોનને "ચોંટી જાય છે", ત્યારે ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં છ ક્વાર્કનો સમાવેશ થાય છે, જેમાંથી દરેક અન્ય તમામ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. બળનો નોંધપાત્ર હિસ્સો ક્વાર્કની ત્રિપુટીને નિશ્ચિતપણે ગ્લુઇંગ કરવા માટે ખર્ચવામાં આવે છે, અને એક નાનો ભાગ બે ત્રિપુટી ક્વાર્કને એકબીજા સાથે જોડવામાં ખર્ચવામાં આવે છે. પરંતુ પાછળથી તે બહાર આવ્યું કે ક્વાર્ક નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં પણ ભાગ લે છે. નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ક્વાર્કનો રંગ બદલી શકે છે. આ રીતે ન્યુટ્રોનનો સડો થાય છે. ન્યુટ્રોનમાંનો એક ડી-ક્વાર્ક યુ-ક્વાર્કમાં ફેરવાય છે, અને વધારાનો ચાર્જ તે જ સમયે જન્મેલા ઇલેક્ટ્રોનને વહન કરે છે. તેવી જ રીતે, સ્વાદમાં ફેરફાર કરીને, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અન્ય હેડ્રોન્સના સડો તરફ દોરી જાય છે.
હકીકત એ છે કે તમામ જાણીતા હેડ્રોન ત્રણ મૂળભૂત કણોના વિવિધ સંયોજનોમાંથી મેળવી શકાય છે તે ક્વાર્કના સિદ્ધાંતની જીત હતી. પરંતુ 70 ના દાયકામાં, નવા હેડ્રોન્સની શોધ થઈ (પીએસઆઈ કણો, અપસિલોન મેસન, વગેરે). આનાથી ક્વાર્ક થિયરીના પ્રથમ સંસ્કરણને ફટકો પડ્યો, કારણ કે તેમાં હવે એક પણ નવા કણ માટે જગ્યા રહી નથી. ક્વાર્ક અને તેમના એન્ટિક્વાર્કના તમામ સંભવિત સંયોજનો પહેલેથી જ ખતમ થઈ ગયા છે.
ત્રણ નવા રંગો રજૂ કરીને સમસ્યા હલ કરવામાં આવી હતી. તેઓને c - ક્વાર્ક (વશીકરણ), b - ક્વાર્ક (નીચેથી - નીચેથી, અને વધુ વખત સૌંદર્ય - સૌંદર્ય, અથવા વશીકરણ) નામ આપવામાં આવ્યું હતું, અને ત્યારબાદ અન્ય રંગ રજૂ કરવામાં આવ્યો - t (ઉપરથી - ઉપરથી).
અત્યાર સુધી, ક્વાર્ક અને એન્ટિક્વાર્ક મુક્ત સ્વરૂપમાં જોવા મળ્યા નથી. જો કે, તેમના અસ્તિત્વની વાસ્તવિકતા વિશે વ્યવહારીક રીતે કોઈ શંકા નથી. તદુપરાંત, ક્વાર્ક - ગ્લુઓન્સને અનુસરતા "વાસ્તવિક" પ્રાથમિક કણો માટે શોધ ચાલી રહી છે, જે ક્વાર્ક વચ્ચે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વાહક છે, કારણ કે ક્વાર્ક મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા એકસાથે રાખવામાં આવે છે, અને ગ્લુઓન્સ (રંગ ચાર્જ) મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વાહક છે. કણ ભૌતિકશાસ્ત્રનું ક્ષેત્ર જે ક્વાર્ક અને ગ્લુઓનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કરે છે તેને ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ કહેવામાં આવે છે. જેમ ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ એ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો સિદ્ધાંત છે, તેમ ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ એ મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો સિદ્ધાંત છે. ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ એ ક્વાર્ક અને ગ્લુઓનની મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો ક્વોન્ટમ ફિલ્ડ સિદ્ધાંત છે, જે તેમની વચ્ચેના વિનિમય દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે - ગ્લુઓન્સ (ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સમાં ફોટોનના એનાલોગ). ફોટોનથી વિપરીત, ગ્લુઓન એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, જે ખાસ કરીને, ક્વાર્ક અને ગ્લુઓન વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની શક્તિમાં વધારો તરફ દોરી જાય છે કારણ કે તેઓ એકબીજાથી દૂર જાય છે. એવું માનવામાં આવે છે કે તે આ મિલકત છે જે પરમાણુ દળોની ટૂંકા-અંતરની ક્રિયા અને પ્રકૃતિમાં મુક્ત ક્વાર્ક અને ગ્લુઓનની ગેરહાજરી નક્કી કરે છે.
આધુનિક વિભાવનાઓ અનુસાર, હેડ્રોન એક જટિલ આંતરિક માળખું ધરાવે છે: બેરીયોન્સમાં 3 ક્વાર્ક, મેસોન્સ - ક્વાર્ક અને એન્ટીક્વાર્કનો સમાવેશ થાય છે.
ક્વાર્ક યોજનામાં થોડો અસંતોષ હોવા છતાં, મોટાભાગના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ ક્વાર્કને સાચા અર્થમાં પ્રાથમિક કણો - બિંદુ જેવા, અવિભાજ્ય અને આંતરિક માળખું વિનાના માને છે. આ સંદર્ભમાં તેઓ લેપ્ટોન્સ સાથે મળતા આવે છે, અને લાંબા સમયથી એવું માનવામાં આવે છે કે આ બે અલગ પરંતુ માળખાકીય રીતે સમાન પરિવારો વચ્ચે ઊંડો સંબંધ હોવો જોઈએ.
આમ, વીસમી સદીના અંતે ખરેખર પ્રાથમિક કણોની સૌથી સંભવિત સંખ્યા (મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના વાહકોની ગણતરી ન કરતા) 48 છે. આમાંથી: લેપ્ટન્સ (6x2) = 12 અને ક્વાર્ક (6x3)x2 = 36.
