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

प्राचीन काल के लोग मानते थे कि हमारा शरीर चार 'तत्वों' - जल, पृथ्वी, अग्नि और वायु से बना है; जिन्हें अब हम जानते हैं कि वे तत्व नहीं हैं। वर्तमान में, लगभग 118 तत्व हैं। सभी तत्व परमाणुओं से बने होते हैं, जिन्हें कभी अविभाज्य माना जाता था। बीसवीं शताब्दी के आरंभ में जे.जे. थॉम्पसन और रदरफोर्ड की खोजों के बाद, यह ज्ञात हुआ कि परमाणु केंद्र में नाभिक (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना) और उसके चारों ओर परिक्रमा करने वाले इलेक्ट्रॉनों से बने होते हैं। 1970 के दशक तक, यह ज्ञात हो गया कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन भी मौलिक नहीं हैं, बल्कि 'अप क्वार्क' और 'डाउन क्वार्क' से बने होते हैं, इस प्रकार 'इलेक्ट्रॉन', 'अप क्वार्क' और 'डाउन क्वार्क' ब्रह्मांड में हर चीज के तीन सबसे मौलिक घटक बन जाते हैं । क्वांटम भौतिकी में अभूतपूर्व विकास के साथ, हमने सीखा कि कण वास्तव में व्युत्पन्न हैं, ऊर्जा के बंडल या पैकेट हैं जो क्षेत्रों में मौजूद होते हैं, जिसका अर्थ है कि कण मौलिक नहीं हैं। मौलिक वह क्षेत्र है जो उनके नीचे स्थित होता है। अब हम कह सकते हैं कि क्वांटम क्षेत्र ब्रह्मांड में मौजूद हर चीज (हमारे जैसे उन्नत जैविक तंत्रों सहित) के मूलभूत निर्माण खंड हैं । हम सभी क्वांटम क्षेत्रों से बने हैं। विद्युत आवेश और द्रव्यमान जैसे कणों के गुण यह बताते हैं कि उनके क्षेत्र अन्य क्षेत्रों के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन का विद्युत आवेश नामक गुण यह बताता है कि इलेक्ट्रॉन का क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ कैसे परस्पर क्रिया करता है। और, इसका द्रव्यमान गुण यह बताता है कि यह हिग्स क्षेत्र के साथ कैसे परस्पर क्रिया करता है।

प्राचीन काल से ही मनुष्य यह जानने के लिए उत्सुक रहा है कि हम किससे बने हैं? ब्रह्मांड किससे बना है? प्रकृति के मूलभूत तत्व क्या हैं? और ब्रह्मांड में हर चीज को नियंत्रित करने वाले प्रकृति के बुनियादी नियम क्या हैं ? विज्ञान का मानक मॉडल वह सिद्धांत है जो इन प्रश्नों का उत्तर देता है। इसे पिछली शताब्दियों में निर्मित विज्ञान का सबसे सफल सिद्धांत माना जाता है, एक ऐसा सिद्धांत जो ब्रह्मांड की अधिकांश चीजों की व्याख्या करता है ।

लोगों को पहले से ही पता था कि हम तत्वों से बने हैं। प्रत्येक तत्व परमाणुओं से बना होता है। प्रारंभ में यह माना जाता था कि परमाणु अविभाज्य होते 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 स्वर्ण पन्नी प्रयोग द्वारा सिद्ध किया कि परमाणु के केंद्र में एक छोटा धनात्मक आवेशित नाभिक होता है जिसके चारों ओर ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन कक्षाओं में चक्कर लगाते हैं । बाद में, यह पता चला 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 कण नहीं हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन तीन छोटे कणों से मिलकर बने होते हैं जिन्हें क्वार्क कहते हैं। ये क्वार्क दो प्रकार के होते हैं - "अप क्वार्क" और "डाउन क्वार्क" ("अप क्वार्क और डाउन क्वार्क केवल अलग-अलग क्वार्क हैं। 'अप' और 'डाउन' शब्दों का दिशा या समय से कोई संबंध नहीं है)। प्रोटॉन दो "अप क्वार्क" और एक "डाउन क्वार्क" से मिलकर बना होता है, जबकि न्यूट्रॉन दो "डाउन क्वार्क" और एक "अप क्वार्क" से मिलकर 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 । हालांकि, विज्ञान में प्रगति के साथ, इस समझ में भी बदलाव आया है। अब यह पाया गया है कि क्षेत्र मौलिक कण नहीं हैं।

कण मौलिक तत्व नहीं हैं। मौलिक तत्व तो वह क्षेत्र है जो उनके मूल में स्थित है। हम सभी क्वांटम क्षेत्रों से बने हैं ।

विज्ञान की वर्तमान समझ के अनुसार, ब्रह्मांड में मौजूद हर चीज़ अदृश्य अमूर्त तत्वों से बनी है जिन्हें 'क्षेत्र' कहा जाता है, जो प्रकृति के मूलभूत निर्माण खंडों का प्रतिनिधित्व करते हैं। क्षेत्र वह है जो पूरे ब्रह्मांड में फैला हुआ है और अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर एक विशिष्ट मान ग्रहण करता है जो समय के साथ बदल सकता है। यह तरल की लहरों की तरह है जो पूरे ब्रह्मांड में लहराती हैं , उदाहरण के लिए, चुंबकीय और विद्युत क्षेत्र पूरे ब्रह्मांड में फैले हुए हैं । यद्यपि हम विद्युत या चुंबकीय क्षेत्रों को देख नहीं सकते, वे वास्तविक और भौतिक हैं, जैसा कि दो चुम्बकों को पास लाने पर हमें महसूस होने वाले बल से स्पष्ट होता है। क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, ऊर्जा के विपरीत, जो हमेशा कुछ असतत पिंडों में विभाजित होती है, क्षेत्र निरंतर होते हैं।

क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत क्वांटम यांत्रिकी को क्षेत्रों के साथ संयोजित करने का विचार है। इसके अनुसार, इलेक्ट्रॉन द्रव (अर्थात इस द्रव की तरंगों की लहरें) ऊर्जा के छोटे-छोटे बंडलों में बंध जाती हैं। ऊर्जा के इन्हीं बंडलों को हम इलेक्ट्रॉन कहते हैं। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन मौलिक कण नहीं हैं। वे एक ही अंतर्निहित क्षेत्र की तरंगें हैं। इसी प्रकार, दो क्वार्क क्षेत्रों की लहरों से "अप क्वार्क" और "डाउन क्वार्क" उत्पन्न होते हैं। और यही बात ब्रह्मांड के प्रत्येक कण पर लागू होती है। क्षेत्र हर चीज का आधार हैं। जिन्हें हम कण समझते हैं, वे वास्तव में ऊर्जा के छोटे-छोटे बंडलों में बंधी क्षेत्रों की तरंगें हैं। हमारे ब्रह्मांड के मूलभूत निर्माण खंड ये द्रव-समान पदार्थ हैं जिन्हें हम क्षेत्र कहते हैं। कण मात्र इन क्षेत्रों के व्युत्पन्न हैं। शुद्ध निर्वात में, जब कणों को पूरी तरह से हटा दिया जाता है, तब भी क्षेत्र मौजूद रहते हैं।

प्रकृति में तीन सबसे मूलभूत क्वांटम क्षेत्र "इलेक्ट्रॉन", "अप क्वार्क" और "डाउन क्वार्क" हैं। एक चौथा क्षेत्र न्यूट्रिनो कहलाता है, हालांकि, ये हमारे शरीर का हिस्सा नहीं हैं, लेकिन ब्रह्मांड में अन्यत्र महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं । न्यूट्रिनो हर जगह मौजूद हैं, वे बिना किसी से संपर्क किए हर चीज से होकर गुजरते हैं।

पदार्थ क्षेत्र : चार मूलभूत क्वांटम क्षेत्र और उनसे संबंधित कण (अर्थात, "इलेक्ट्रॉन", "अप क्वार्क", "डाउन क्वार्क" और "न्यूट्रिनो") ब्रह्मांड की नींव बनाते हैं । अज्ञात कारणों से, ये चार मूलभूत कण स्वयं को दो बार पुन: उत्पन्न करते हैं। इलेक्ट्रॉन "म्यूऑन" और "टाऊ" को पुन: उत्पन्न करते हैं (जो क्रमशः इलेक्ट्रॉन से 200 गुना और 3000 गुना भारी होते हैं); अप क्वार्क "स्ट्रेंज क्वार्क" और "बॉटम क्वार्क" को जन्म देते हैं; डाउन क्वार्क "चार्म क्वार्क" और "टॉप क्वार्क" को जन्म देते हैं; जबकि न्यूट्रिनो "म्यूऑन न्यूट्रिनो" और "टाऊ न्यूट्रिनो" को जन्म देते हैं।

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

नीचे ब्रह्मांड में मौजूद 12 कणों को बनाने वाले 12 पदार्थ क्षेत्रों की सूची दी गई है ।

बल क्षेत्र : बारह पदार्थ क्षेत्र चार अलग-अलग बलों के माध्यम से एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं – गुरुत्वाकर्षण , विद्युत चुंबकत्व , प्रबल नाभिकीय बल (जो केवल नाभिक के छोटे पैमाने पर कार्य करते हैं, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के भीतर क्वार्कों को एक साथ रखते हैं) और दुर्बल नाभिकीय बल (जो केवल नाभिक के छोटे पैमाने पर कार्य करते हैं, रेडियोधर्मी क्षय के लिए जिम्मेदार होते हैं और नाभिकीय संलयन को आरंभ करते हैं)। इनमें से प्रत्येक बल एक क्षेत्र से जुड़ा होता है – विद्युत चुम्बकीय बल ग्लूऑन क्षेत्र से जुड़ा होता है , प्रबल और दुर्बल नाभिकीय बलों से जुड़े क्षेत्र W और Z बोसोन क्षेत्र हैं और गुरुत्वाकर्षण से जुड़ा क्षेत्र स्वयं अंतरिक्ष-समय है।

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 ढंग से एक-दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए, जब इलेक्ट्रॉन क्षेत्र (पदार्थ क्षेत्रों में से एक) ऊपर-नीचे तरंगित होना शुरू करता है (क्योंकि इसमें एक इलेक्ट्रॉन होता है), तो यह अन्य क्षेत्रों में से एक, जैसे कि विद्युत-चुंबकीय क्षेत्र को सक्रिय कर देता है, जो बदले में दोलन और तरंग उत्पन्न करता है। प्रकाश उत्सर्जित होता है, जिससे वह थोड़ा दोलन करता है। एक बिंदु पर, यह क्वार्क क्षेत्र के साथ परस्पर क्रिया करना शुरू कर देता है, जो बदले में दोलन और तरंग उत्पन्न करता है। अंततः हमें इन सभी क्षेत्रों के बीच सामंजस्यपूर्ण नृत्य दिखाई देता है, जो एक-दूसरे से जुड़े हुए हैं।

हिग्स फ़ील्ड

1960 के दशक में, पीटर हिग्स ने एक अन्य क्षेत्र की भविष्यवाणी की थी। 1970 के दशक तक, यह ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ का अभिन्न अंग बन गया । लेकिन 2012 तक इसका कोई प्रायोगिक प्रमाण नहीं था (अर्थात, यदि हम हिग्स क्षेत्र में तरंग उत्पन्न करते हैं, तो हमें संबंधित कण दिखाई देना चाहिए), जब एलएचसी में सीईआरएन के शोधकर्ताओं ने इसकी खोज की सूचना दी। कण ने ठीक उसी तरह व्यवहार किया जैसा मॉडल द्वारा भविष्यवाणी की गई थी। हिग्स कण का जीवनकाल बहुत कम होता है, लगभग 10 ^–22 सेकंड।

यह ब्रह्मांड का अंतिम मूलभूत तत्व था । यह खोज महत्वपूर्ण थी क्योंकि यही क्षेत्र ब्रह्मांड में द्रव्यमान के लिए जिम्मेदार है ।

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

ब्रह्मांड में मौजूद विभिन्न क्षेत्रों की परस्पर क्रिया से ही विभिन्न कणों के द्रव्यमान, आवेश आदि जैसे गुण उत्पन्न होते हैं, जिनका अनुभव हम करते हैं। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन का विद्युत आवेश नामक गुण यह बताता है कि इलेक्ट्रॉन का क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ किस प्रकार परस्पर क्रिया करता है। इसी प्रकार, इसका द्रव्यमान यह बताता है कि यह हिग्स क्षेत्र के साथ किस प्रकार परस्पर क्रिया करता है।

ब्रह्मांड में द्रव्यमान के अर्थ को समझने के लिए हिग्स क्षेत्र की समझ वास्तव में आवश्यक थी । हिग्स क्षेत्र की खोज ने 1970 के दशक से चले आ रहे मानक मॉडल की पुष्टि भी की।

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।

प्राथमिक कणों का मानक मॉडल: 12 मौलिक फर्मिऑन और 5 मौलिक बोसॉन।

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सूत्रों का कहना है:  

रॉयल इंस्टीट्यूशन 2017. क्वांटम फील्ड्स: ब्रह्मांड के वास्तविक निर्माण खंड - डेविड टोंग के साथ। ऑनलाइन उपलब्ध: https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg

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मूल कण - एक त्वरित नज़र  

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