ग्लून्स को उपयुक्त नाम दिया गया है क्योंकि वे ‘गोंद’ हैं जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की पसंद बनाने के लिए क्वार्क को एक साथ बांधते हैं।
वे प्रबल बल के वाहक हैं, चारों में से एक हैं मौलिक बल. बल-वाहक कण जैसे ग्लूऑन, साथ ही विद्युत चुम्बकीय बल के लिए फोटॉन, और डब्ल्यू और जेड बोसॉन कमजोर बल के लिए, 1 के क्वांटम स्पिन वाले द्रव्यमान रहित कण होते हैं और सामूहिक रूप से ‘गेज बोसोन’ के रूप में संदर्भित होते हैं।
f दो या तीन क्वार्क। उदाहरण के लिए, प्रोटान और न्यूट्रॉन, जो परमाणु नाभिक बनाते हैं, हैड्रॉन हैं, और इसलिए क्वार्क और ग्लून्स के कारण मौजूद हैं। हालांकि वे ग्लून्स से जुड़े हुए हैं, क्वार्क इस मायने में भिन्न हैं कि उनका क्वांटम स्पिन 1/2 है, और उनका एक द्रव्यमान है, यद्यपि एक छोटा (उदाहरण के लिए, एक ‘अप’ क्वार्क का द्रव्यमान 2.01 MeV होता है, और एक ‘डाउन’ क्वार्क का द्रव्यमान 4.79 MeV के साथ थोड़ा भारी होता है, जो क्रमशः एक प्रोटॉन के द्रव्यमान का पांचवां और आधा होता है। क्वार्क और ग्लून्स में क्या होता है आम बात यह है कि न तो मुक्त कणों के रूप में अस्तित्व में हो सकता है और न ही दूसरे के बिना मौजूद हो सकता है।
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ग्लून्स के लिए साक्ष्य
हालांकि भौतिक विज्ञानी अलग-अलग ग्लून्स नहीं देख सकते हैं, हम जानते हैं कि वे अप्रत्यक्ष साक्ष्य के कारण मौजूद हैं जिन्हें केवल ग्लून्स की उपस्थिति से समझाया जा सकता है।
1979 में पहली बार एक प्रयोग में ग्लून्स का पता चला था पोजीट्रान इलेक्ट्रॉन अग्रानुक्रम अंगूठी त्वरक (पेट्रा) (नए टैब में खुलता है) पर Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) जर्मनी में प्रयोगशाला। PETRA एक 1.4-मील (2.3-किमी) लंबी वलय है, जो पृथ्वी के लघु संस्करण जैसा है। लार्ज हैड्रान कोलाइडर सिवाय इसके कि पेट्रा विशेष रूप से लेप्टान को तेज करता है इलेक्ट्रॉनों और उनके प्रतिपदार्थ समतुल्य पॉज़िट्रॉन, प्रोटॉन और परमाणु नाभिक के बजाय।
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जब पदार्थ और प्रतिपदार्थ एक साथ आते हैं तो यह नष्ट हो जाता है। पॉज़िट्रॉन में इलेक्ट्रॉनों को तोड़ने के मामले में, जोड़ी नष्ट हो जाती है और क्वार्क और एंटीक्वार्क जारी करती है। दो क्वार्क एक दूसरे से बचने में असमर्थ हैं – जितनी दूर वे अलग होने की कोशिश करते हैं, उनके बीच मजबूत बल उतना ही मजबूत हो जाता है (कम से कम एक बिंदु तक, लगभग 10^-15 मीटर, या एक फेम्टोमीटर), अतिरिक्त संग्रहित ऊर्जा क्वार्क और एंटीक्वार्क जोड़ी को मूल क्वार्क और एंटीक्वार्क की यात्रा की दिशाओं के साथ शंकु क्षेत्र में बनने वाले हैड्रोन कणों में क्षय या ‘हैड्रोनाइज’ करने की अनुमति देता है। हैड्रॉन कणों के इस शंक्वाकार क्षेत्र को कहा जाता है जेटऔर एक साधारण इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन विलोपन क्वार्क और एंटीक्वार्क के अनुरूप दो विपरीत जेट उत्पन्न करेगा।
हालांकि, अगर ग्लून्स वास्तविक हैं, तो इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन विनाश को क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़ी के साथ एक ग्लूऑन भी उत्पन्न करना चाहिए, और इस ग्लूऑन को तीसरे जेट में भी क्रोनाइज करना चाहिए। संवेग को संरक्षित करने के लिए, ग्लूऑन अपने जेट की दिशा को बदलते हुए, क्वार्कों में से कुछ गति को दूर ले जाएगा, ताकि क्वार्कों से हैड्रोनाइज्ड जेट अब सीधे एक दूसरे के विपरीत न हों, जबकि ग्लूऑन-व्युत्पन्न जेट होगा एक तरफ बंद। यह वास्तव में पेट्रा प्रयोग में देखा गया था, और बाद के प्रयोगों में भी, ग्लूऑन के अस्तित्व की पुष्टि करता है।
एक विशेषज्ञ द्वारा ग्लूऑन एफएक्यू का उत्तर दिया गया
हमने पूछा मार्कस डाइहल, DESY थ्योरी ग्रुप में क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स के विशेषज्ञ, ग्लून्स के बारे में अक्सर पूछे जाने वाले कुछ प्रश्न।
मार्कस डाइहल
मार्कस डाइहल क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (QCD) के विशेषज्ञ हैं, यह सिद्धांत क्वार्क और ग्लून्स (मजबूत बल) की बातचीत को कवर करता है।
हम कैसे जानते हैं कि ग्लून्स मौजूद हैं?
क्वार्क और ग्लून्स के हमारे सिद्धांत द्वारा बहुत सटीक माप की संपत्ति को सही ढंग से समझाया गया है। बल्कि प्रत्यक्ष – और ऐतिहासिक रूप से पहली – ग्लून्स की अभिव्यक्ति इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन टकरावों में कणों के तीन अलग-अलग स्प्रे का उत्पादन है। तीन हैड्रॉनिक जेट के साथ ये घटनाएँ, जैसा कि हम उन्हें कहते हैं, पहली बार 1979 में DESY के PETRA कोलाइडर में देखी गई थीं।
ग्लून्स महत्वपूर्ण क्यों हैं?
ग्लून्स क्वार्क को एक साथ बांधने के लिए जिम्मेदार हैं और इस प्रकार गठन के लिए – और कई गुण – प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, परमाणु नाभिक के निर्माण खंड।
क्या ग्लूऑन और क्वार्क को कभी अलग किया जा सकता है?
हम सभी जानते हैं कि क्वार्क और ग्लून्स को मुक्त कणों के रूप में नहीं देखा जा सकता है, लेकिन वे हैड्रोनिक जेट्स को जन्म देते हैं। एक जेट में कणों के वितरण को बारीकी से देखते हुए, वास्तव में यह निर्धारित किया जा सकता है कि क्या यह ग्लूऑन या क्वार्क से सबसे अधिक उत्पन्न हुआ है।
कलर चार्ज और क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स
क्वांटम सिद्धांत जो मजबूत बल के भौतिकी को नियंत्रित करता है जो क्वार्क को एक साथ बाँधने के लिए ग्लून्स द्वारा ले जाया जाता है, कहलाता है क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (नए टैब में खुलता है), या क्यूसीडी। प्रसिद्ध नोबेल पुरस्कार विजेता कण भौतिक विज्ञानी द्वारा नामित मरे गेल-मान (नए टैब में खुलता है)QCD क्वार्क और ग्लून्स की एक संपत्ति के अस्तित्व के इर्द-गिर्द घूमती है, जिसे ‘कलर चार्ज’ कहा जाता है, जैसा कि भौतिकविदों द्वारा वर्णित है जॉर्जिया स्टेट यूनिवर्सिटी (नए टैब में खुलता है). यह न तो एक वास्तविक रंग है और न ही एक वास्तविक विद्युत आवेश (ग्लून्स विद्युत रूप से तटस्थ हैं) – यह इसलिए नाम दिया गया है क्योंकि यह इस अर्थ में विद्युत आवेश के अनुरूप है कि यह क्वार्क और ग्लून्स के बीच प्रबल बल की परस्पर क्रियाओं का स्रोत है, ठीक उसी तरह जैसे आवेश विद्युत चुम्बकीय बल में परस्पर क्रिया का स्रोत है, जबकि रंग केवल एक मनमाना है, यद्यपि विचित्र है, विभिन्न क्वार्कों और ग्लून्स के माध्यम से मजबूत बल के साथ होने वाली बातचीत के बीच अंतर करने का तरीका है।
क्वार्क में एक रंग आवेश हो सकता है जिसे या तो लाल, हरा या नीला कहा जाता है, और प्रत्येक के सकारात्मक और नकारात्मक (विरोधी) संस्करण होते हैं। क्वार्क अपनी अन्योन्य क्रिया में रंग बदलने में सक्षम हैं, और ग्लून्स रंग आवेश को संरक्षित करते हैं। उदाहरण के लिए, यदि हरे रंग का क्वार्क नीले क्वार्क में परिवर्तित होता है, तो ग्लूऑन को हरे-नीले रंग का आवेश ले जाने में सक्षम होना चाहिए। सभी अलग-अलग रंग और रंग-विरोधी संयोजनों के लिए लेखांकन का मतलब है कि कुल मिलाकर 8 अलग-अलग ग्लून्स होने चाहिए, जैसा कि जॉन बैज़ द्वारा वर्णित है (नए टैब में खुलता है). इसकी तुलना विद्युत चुम्बकीय बल से करें, जो क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (QED) के सिद्धांत के तहत संचालित होता है जिसमें केवल दो संभावित आवेश होते हैं, धनात्मक या ऋणात्मक। QCD, QED से कहीं अधिक जटिल है!
क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा
यह पूरी तरह से सच नहीं है कि ग्लूऑन और क्वार्क को अलग नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसके लिए बहुत ही चरम स्थितियों की आवश्यकता होती है जो प्रकृति में पहले छोटे अंशों के बाद अस्तित्व में नहीं है। महा विस्फोट.
बिग बैंग के बाद सेकंड के कुछ खरबवें हिस्से में, छोटे ब्रह्मांड का तापमान अभी भी एक हजार खरब डिग्री पर बहुत अधिक था। उस दौरान समयकिसी भी हैड्रोन के बनने से पहले, शिशु ब्रह्मांड मुक्त क्वार्क और ग्लून्स के सूप से भर गया था जिसे क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा के रूप में जाना जाता है (प्लस लेप्टान जैसे कि न्युट्रीनो और इलेक्ट्रॉन)। क्योंकि ब्रह्माण्ड इतना गर्म था, क्वार्क और ग्लून्स प्रकाश की गति से अनबाउंड चारों ओर चक्कर लगा रहे थे, एक दूसरे से बहुत अधिक ऊर्जा के साथ उछल रहे थे, यहां तक कि उन्हें बांधने के लिए मजबूत बल भी नहीं था।
विस्तार के साथ ब्रह्मांड बहुत जल्दी ठंडा हो गया, और एक सेकंड के पहले लाखवें हिस्से तक, तापमान पर्याप्त रूप से गिर गया था, 2 ट्रिलियन डिग्री (नए टैब में खुलता है)मजबूत बल को क्वार्क और ग्लून्स को एक साथ बांधने की अनुमति देने के लिए पहले हैड्रोन बनाने के लिए।
कण त्वरक प्रयोगों में प्रारंभिक क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा को दोहराना संभव है, जैसे कि सीईआरएन या केंद्र में ब्रुकहैवन नेशनल लेबोरेटरी में सापेक्षवादी भारी आयन कोलाइडर (नए टैब में खुलता है).
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सोना या सीसा जैसे भारी तत्वों के परमाणु नाभिक लगभग एक साथ तोड़े जाते हैं प्रकाश कि गतिजिसके परिणामस्वरूप एक लघु आग का गोला होता है जो एक संक्षिप्त क्षण के लिए इतना गर्म होता है कि हैड्रोन को क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा में भंग कर देता है।
लगभग तुरंत आग का गोला ठंडा हो जाता है और क्वार्क और ग्लून्स दो क्वार्क से बने मेसॉन और तीन क्वार्क से बने बेरोन सहित हैड्रॉन के जेट बनाने के लिए फिर से जुड़ जाते हैं। क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा बेहद घना है, और अक्सर हैड्रॉन जेट ऊर्जा प्राप्त करने और खोने के लिए संघर्ष करते हैं। भौतिक विज्ञानी इसे ‘शमन’ कहते हैं, जैसा कि द्वारा वर्णित है सीईआरएन में भौतिक विज्ञानी (नए टैब में खुलता है), और शमन की मात्रा, साथ ही जेट्स का समग्र वितरण और ऊर्जा, क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा के गुणों में महान अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है। उदाहरण के लिए, भौतिकविदों ने सीखा है कि यह एक गैस की तुलना में शून्य चिपचिपाहट के साथ बहने वाले एक आदर्श तरल पदार्थ की तरह अधिक व्यवहार करता है। इस तरह के गुणों के बारे में सीखकर, कण त्वरक में क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा को फिर से बनाने से वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड के जन्म और बिग बैंग के तत्काल बाद के समय में एक खिड़की मिल सकती है जब पदार्थ पहली बार अस्तित्व में आया था।
अतिरिक्त संसाधन
1979 में ग्लून्स की खोज की कहानी पढ़ें, जैसा कि DESY भौतिकविदों इल्का फ्लेगल और पॉल सोडिंग ने में बताया था। सर्न कूरियर (नए टैब में खुलता है). डिस्कवर करें क्यूसीडी का इतिहास (नए टैब में खुलता है), जैसा कि इसके अग्रदूतों में से एक हैराल्ड फ्रिट्जस्च ने बताया था। इन संसाधनों के साथ क्वार्क और ग्लून्स को और विस्तार से एक्सप्लोर करें ऊर्जा विभाग (नए टैब में खुलता है). ग्लूऑन की खोज का अन्वेषण करें और इसके साथ 70 के दशक में वापस यात्रा करें DESY का लेख (नए टैब में खुलता है).
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ग्रन्थसूची
कण भौतिकी, ब्रायन आर मार्टिन द्वारा (2011, वन-वर्ल्ड प्रकाशन)
ब्रह्मांड की उत्पत्ति: कीथ कूपर द्वारा कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड और क्वांटम ग्रेविटी की खोज (2020, आइकन बुक्स)
