आखिर हम किससे बने हैं? ब्रह्मांड के मौलिक निर्माण खंड क्या हैं?

प्राचीन लोग सोचते थे कि हम चार 'तत्वों' से बने हैं - जल, पृथ्वी, अग्नि और वायु; जो अब हम जानते हैं वे तत्व नहीं हैं। वर्तमान में, लगभग 118 तत्व हैं। सभी तत्व परमाणुओं से बने हैं जिन्हें कभी अविभाज्य माना जाता था। जे जे थॉम्पसन और रदरफोर्ड की खोजों के बाद बीसवीं सदी की शुरुआत में, परमाणुओं को केंद्र में नाभिक (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने) और चारों ओर परिक्रमा करने वाले इलेक्ट्रॉनों से गठित माना जाता था। 1970 के दशक तक, यह ज्ञात हो गया था कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन भी मौलिक नहीं हैं, लेकिन 'अप क्वार्क' और 'डाउन क्वार्क' से बने होते हैं, इस प्रकार 'इलेक्ट्रॉन', 'अप क्वार्क' और 'डाउन क्वार्क' हर चीज के तीन सबसे मौलिक घटक बन जाते हैं। ब्रह्मांड में। क्वांटम भौतिकी में अभूतपूर्व विकास के साथ, हमने सीखा कि कण वास्तव में व्युत्पन्न हैं, कणों से संबंधित क्षेत्रों में ऊर्जा के बंडल या पैकेट मौलिक नहीं हैं। जो मौलिक है वह वह क्षेत्र है जो उन्हें रेखांकित करता है। अब हम कह सकते हैं कि क्वांटम क्षेत्र ब्रह्मांड में हर चीज के मूलभूत निर्माण खंड हैं (हमारे जैसे उन्नत जैविक प्रणालियों सहित)। हम सभी क्वांटम फ़ील्ड से बने हैं। विद्युत आवेश और द्रव्यमान जैसे कणों के गुण इस बारे में कथन हैं कि उनके क्षेत्र अन्य क्षेत्रों के साथ कैसे संपर्क करते हैं। उदाहरण के लिए, जिस गुण को हम इलेक्ट्रॉन का विद्युत आवेश कहते हैं, वह इस बारे में एक कथन है कि इलेक्ट्रॉन क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ कैसे संपर्क करता है। और। इसके द्रव्यमान का गुण यह कथन है कि यह हिग्स क्षेत्र के साथ कैसे संपर्क करता है।  

प्राचीन काल से ही लोग सोचते रहे हैं कि हम किस चीज से बने हैं? ब्रह्माण्ड किससे बना है? प्रकृति के मूलभूत निर्माण खंड क्या हैं? और, ब्रह्मांड में हर चीज़ को नियंत्रित करने वाले प्रकृति के बुनियादी नियम क्या हैं? मानक मॉडल विज्ञान का सिद्धांत वह सिद्धांत है जो इन प्रश्नों का उत्तर देता है। ऐसा कहा जाता है कि यह पिछली शताब्दियों में बनाया गया विज्ञान का अब तक का सबसे सफल सिद्धांत है, एक एकल सिद्धांत जो ब्रह्मांड में अधिकांश चीजों की व्याख्या करता है।  

लोगों को पहले ही पता चल गया था कि हम तत्वों से बने हैं। प्रत्येक तत्व, बदले में, परमाणुओं से बना होता है। प्रारंभ में, यह माना जाता था कि परमाणु अविभाज्य हैं। हालांकि, 1897 में जे जे थॉम्पसन ने कैथोड रे ट्यूब के माध्यम से विद्युत निर्वहन का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनों की खोज की। इसके तुरंत बाद, 1908 में, उनके उत्तराधिकारी रदरफोर्ड ने अपने प्रसिद्ध गोल्ड फ़ॉइल प्रयोग के माध्यम से यह साबित कर दिया कि एक परमाणु के केंद्र में एक छोटा धनात्मक आवेशित नाभिक होता है जिसके चारों ओर नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन परिक्रमा करते हैं। इसके बाद, यह पाया गया कि नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने होते हैं।  

1970 के दशक में, यह पता चला कि न्यूट्रॉन और प्रोटॉन अविभाज्य नहीं हैं इसलिए मौलिक नहीं हैं, लेकिन प्रत्येक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन तीन छोटे कणों से बने होते हैं जिन्हें क्वार्क कहा जाता है जो दो प्रकार के होते हैं - "अप क्वार्क'' और "डाउन क्वार्क'' (" अप क्वार्क" और "डाउन क्वार्क" केवल अलग-अलग क्वार्क हैं। 'अप' और 'डाउन' शब्द का दिशा या समय से कोई संबंध नहीं है)। प्रोटॉन दो "अप क्वार्क'' और एक "डाउन क्वार्क'' से बना होता है जबकि न्यूट्रॉन दो "डाउन क्वार्क'' और एक "अप क्वार्क'' से बना होता है। इस प्रकार, "इलेक्ट्रॉन", "अप क्वार्क" और "डाउन क्वार्क" तीन सबसे मौलिक कण हैं जो ब्रह्मांड में हर चीज के निर्माण खंड हैं। हालाँकि, विज्ञान में प्रगति के साथ, इस समझ में भी बदलाव देखा गया है। क्षेत्र मौलिक पाए जाते हैं, कण नहीं।  

कण मौलिक नहीं हैं। मौलिक वह क्षेत्र है जो उन्हें रेखांकित करता है। हम सभी क्वांटम क्षेत्रों से बने हैं. 

विज्ञान की वर्तमान समझ के अनुसार, ब्रह्मांड में सब कुछ अदृश्य अमूर्त संस्थाओं से बना है जिन्हें 'फ़ील्ड' कहा जाता है जो प्रकृति के मूलभूत निर्माण खंडों का प्रतिनिधित्व करते हैं। फ़ील्ड एक ऐसी चीज़ है जो पूरे ब्रह्मांड में फैली हुई है और अंतरिक्ष में हर बिंदु पर एक विशेष मूल्य लेती है जो समय के साथ बदल सकती है। यह तरल पदार्थ की लहरों की तरह है जो पूरे ब्रह्मांड में घूमती है, उदाहरण के लिए, चुंबकीय और विद्युत क्षेत्र पूरे ब्रह्मांड में फैले हुए हैं। यद्यपि हम विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र नहीं देख सकते हैं, वे वास्तविक और भौतिक हैं, जैसा कि दो चुंबकों को करीब लाने पर हमें महसूस होने वाले बल से पता चलता है। क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, क्षेत्रों को ऊर्जा के विपरीत निरंतर माना जाता है जो हमेशा कुछ अलग-अलग गांठों में विभाजित होती है।

क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत क्वांटम यांत्रिकी को क्षेत्रों के साथ संयोजित करने का विचार है। इसके अनुसार, इलेक्ट्रॉन द्रव (अर्थात् इस द्रव की तरंगों की तरंगें) ऊर्जा के छोटे-छोटे बंडलों में बंध जाता है। ऊर्जा के इन बंडलों को हम इलेक्ट्रॉन कहते हैं। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन मौलिक नहीं हैं। वे एक ही अंतर्निहित क्षेत्र की तरंगें हैं। इसी प्रकार, दो क्वार्क क्षेत्रों की तरंगें "अप क्वार्क" और "डाउन क्वार्क" को जन्म देती हैं। और यही बात ब्रह्मांड के हर दूसरे कण के लिए भी सच है। फ़ील्ड्स हर चीज़ का आधार हैं। जिसे हम कण समझते हैं वह वास्तव में ऊर्जा के छोटे-छोटे बंडलों में बंधी हुई क्षेत्र की तरंगें हैं। हमारे ब्रह्मांड के मूल मूलभूत निर्माण खंड ये तरल पदार्थ जैसे पदार्थ हैं जिन्हें हम क्षेत्र कहते हैं। कण इन क्षेत्रों के व्युत्पन्न मात्र हैं। शुद्ध निर्वात में, जब कण पूरी तरह से बाहर निकाल दिए जाते हैं, तब भी क्षेत्र मौजूद रहते हैं।   

प्रकृति में तीन सबसे बुनियादी क्वांटम क्षेत्र "इलेक्ट्रॉन", "अप क्वार्क" और "डाउन क्वार्क" हैं। एक चौथा है जिसे न्यूट्रिनो कहा जाता है, हालांकि, वे हमारा गठन नहीं करते हैं लेकिन ब्रह्मांड में कहीं और महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। न्यूट्रिनो हर जगह हैं, वे बिना किसी बातचीत के हर जगह प्रवाहित होते हैं।

पदार्थ क्षेत्र: चार बुनियादी क्वांटम क्षेत्र और उनके संबंधित कण (जैसे, "इलेक्ट्रॉन", "अप क्वार्क", "डाउन क्वार्क" और "न्यूट्रिनो") ब्रह्मांड का आधार बनाते हैं। अज्ञात कारणों से, ये चार मूलभूत कण स्वयं को दो बार पुनरुत्पादित करते हैं। इलेक्ट्रॉन "म्यूऑन" और "ताउ" का पुनरुत्पादन करते हैं (जो इलेक्ट्रॉनों से क्रमशः 200 गुना और 3000 गुना भारी होते हैं); अप क्वार्क "अजीब क्वार्क" और "बॉटम क्वार्क" को जन्म देते हैं; डाउन क्वार्क "चार्म क्वार्क" और "टॉप क्वार्क" को जन्म देते हैं; जबकि न्यूट्रिनो "म्यूऑन न्यूट्रिनो" और "ताउ न्यूट्रिनो" को जन्म देते हैं।  

इस प्रकार, 12 क्षेत्र हैं जो कणों को जन्म देते हैं, हम उन्हें कहते हैं पदार्थ क्षेत्र.

नीचे 12 पदार्थ क्षेत्रों की सूची दी गई है जो ब्रह्मांड में 12 कण बनाते हैं।  

बल क्षेत्र: 12 पदार्थ क्षेत्र चार अलग-अलग बलों के माध्यम से एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं - गंभीरता, विद्युत, मजबूत परमाणु ताकतें (केवल नाभिक के छोटे पैमाने पर काम करते हैं, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर क्वार्क को एक साथ रखते हैं) और कमजोर परमाणु ताकतें (केवल नाभिक के छोटे पैमाने पर काम करते हैं, रेडियोधर्मी क्षय के लिए जिम्मेदार होते हैं और परमाणु संलयन शुरू करते हैं)। इनमें से प्रत्येक बल एक क्षेत्र से जुड़ा हुआ है - विद्युत चुम्बकीय बल से जुड़ा हुआ है ग्लूऑन फील्ड, मजबूत और कमजोर परमाणु ताकतों से जुड़े क्षेत्र हैं डब्ल्यू और जेड बोसोन क्षेत्र और गुरुत्वाकर्षण से जुड़ा क्षेत्र है अंतरिक्ष समय ही.

नीचे चार बलों से जुड़े चार बल क्षेत्रों की सूची दी गई है।    

ब्रह्मांड इन 16 क्षेत्रों (12 पदार्थ क्षेत्र और चार बलों से जुड़े 4 क्षेत्र) से भरा हुआ है। ये क्षेत्र सामंजस्यपूर्ण तरीके से एक साथ बातचीत करते हैं। उदाहरण के लिए, जब इलेक्ट्रॉन क्षेत्र (पदार्थ क्षेत्रों में से एक), ऊपर और नीचे तरंगित होना शुरू होता है (क्योंकि वहां एक इलेक्ट्रॉन होता है), तो यह अन्य क्षेत्रों में से एक को शुरू करता है, विद्युत-चुंबकीय क्षेत्र कहें, जो बदले में होगा दोलन और तरंग भी। वहाँ प्रकाश होगा जो उत्सर्जित होगा इसलिए वह थोड़ा दोलन करेगा। कुछ बिंदु पर, यह क्वार्क क्षेत्र के साथ बातचीत करना शुरू कर देगा, जो बदले में दोलन और तरंगित होगा। अंतिम तस्वीर जो हमें मिलती है, वह इन सभी क्षेत्रों के बीच सामंजस्यपूर्ण नृत्य है, जो एक-दूसरे से जुड़े हुए हैं।  

हिग्स फ़ील्ड

1960 के दशक में, एक अन्य क्षेत्र की भविष्यवाणी पीटर हिग्स ने की थी। 1970 के दशक तक, यह ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ का अभिन्न अंग बन गया। लेकिन 2012 तक कोई प्रायोगिक साक्ष्य नहीं था (मतलब, अगर हम हिग्स फ़ील्ड तरंग बनाते हैं, तो हमें संबंधित कण देखना चाहिए) जब तक कि 10 में एलएचसी में सीईआरएन शोधकर्ताओं ने इसकी खोज की सूचना नहीं दी। कण ने बिल्कुल वैसा ही व्यवहार किया जैसा मॉडल ने अनुमान लगाया था। हिग्स कण का जीवन बहुत छोटा है, लगभग XNUMX^{- 22} सेकंड.  

यह ब्रह्मांड का अंतिम निर्माण खंड था। यह खोज महत्वपूर्ण थी क्योंकि यह क्षेत्र उस क्षेत्र के लिए जिम्मेदार है जिसे हम द्रव्यमान कहते हैं ब्रम्हांड.  

कणों के गुण (जैसे विद्युत आवेश और द्रव्यमान) इस बारे में कथन हैं कि उनके क्षेत्र अन्य क्षेत्रों के साथ कैसे संपर्क करते हैं।  

यह ब्रह्मांड में मौजूद क्षेत्रों की परस्पर क्रिया है जो हमारे द्वारा अनुभव किए गए विभिन्न कणों के द्रव्यमान, आवेश आदि गुणों को जन्म देती है। उदाहरण के लिए, जिस गुण को हम इलेक्ट्रॉन का विद्युत आवेश कहते हैं, वह इस बारे में एक कथन है कि इलेक्ट्रॉन क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ कैसे संपर्क करता है। इसी प्रकार, इसके द्रव्यमान का गुण यह कथन है कि यह हिग्स क्षेत्र के साथ कैसे संपर्क करता है।

हिग्स क्षेत्र को समझने की वास्तव में आवश्यकता थी ताकि हम ब्रह्मांड में द्रव्यमान का अर्थ समझ सकें। हिग्स क्षेत्र की खोज भी मानक मॉडल की पुष्टि थी जो 1970 के दशक से चली आ रही थी।

क्वांटम क्षेत्र और कण भौतिकी अध्ययन के गतिशील क्षेत्र हैं। हिग्स क्षेत्र की खोज के बाद से, कई विकास हुए हैं जिनका मानक मॉडल पर प्रभाव पड़ा है। मानक मॉडल की सीमाओं के उत्तर की तलाश जारी है।

*** 

सूत्रों का कहना है:  

द रॉयल इंस्टीट्यूशन 2017. क्वांटम फील्ड्स: द रियल बिल्डिंग ब्लॉक्स ऑफ द यूनिवर्स - डेविड टोंग के साथ। पर ऑनलाइन उपलब्ध है https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg  

***