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

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प्राचीन लोग सोचते थे कि हम चार 'तत्वों' से बने हैं - जल, पृथ्वी, अग्नि और वायु; जो हम जानते हैं कि तत्व नहीं हैं और अब लगभग 118 तत्व हैं। सभी तत्व परमाणुओं से बने होते हैं जिन्हें कभी अविभाज्य माना जाता था लेकिन बीसवीं शताब्दी की शुरुआत में जे जे थॉम्पसन और रदरफोर्ड की खोजों के बाद, परमाणुओं को केंद्र में नाभिक (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना) और चारों ओर परिक्रमा करने वाले इलेक्ट्रॉनों के रूप में जाना जाता था। 1970 के दशक तक, यह ज्ञात हो गया था कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन मौलिक नहीं हैं, बल्कि 'अप क्वार्क' और 'डाउन क्वार्क' से बने हैं, इस प्रकार 'इलेक्ट्रॉन', 'अप क्वार्क' और 'डाउन क्वार्क' हर चीज के तीन सबसे मौलिक घटक हैं। ब्रह्मांड में। क्वांटम भौतिकी में अभूतपूर्व विकास के साथ, हमने सीखा कि कण व्युत्पन्न हैं, कणों का अर्थ करने वाले क्षेत्रों में ऊर्जा के बंडल या पैकेट मौलिक नहीं हैं। मौलिक 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 क्षेत्रों से बने हैं। विद्युत आवेश और द्रव्यमान जैसे कणों के गुण इस बारे में कथन हैं कि उनके क्षेत्र अन्य क्षेत्रों के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए, जिस संपत्ति 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 अंतःक्रिया करता है।  

प्राचीन काल से, लोगों ने सोचा है कि हम किस चीज से बने हैं? ब्रह्मांड किससे बना है? प्रकृति के मूलभूत निर्माण खंड 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 सवालों का जवाब देता है। इसे पिछली शताब्दियों में निर्मित विज्ञान का सफल सिद्धांत कहा जाता है, एक ऐसा सिद्धांत जो ब्रह्मांड की 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" क्वार्क केवल अलग-अलग क्वार्क हैं और इनका किसी दिशा या समय से कोई संबंध नहीं है)। प्रोटॉन दो "अप क्वार्क" और एक "डाउन क्वार्क" से बने होते हैं जबकि एक न्यूट्रॉन दो "डाउन क्वार्क" और एक "अप क्वार्क" से बना होता है। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन, अप क्वार्क और डाउन क्वार्क ब्रह्मांड में हर चीज के तीन सबसे मौलिक कण और निर्माण खंड हैं। हालांकि, विज्ञान में प्रगति के साथ, इस समझ में भी बदलाव देखा गया है। क्षेत्र मौलिक हैं और कण नहीं हैं, जैसा कि पहले कल्पना की गई थी।   

विज्ञान की वर्तमान समझ के अनुसार, ब्रह्मांड में सब कुछ अदृश्य अमूर्त संस्थाओं से बना है, जिन्हें 'फ़ील्ड' कहा जाता है, और जो प्रकृति के मूलभूत निर्माण खंडों का प्रतिनिधित्व करते हैं। एक क्षेत्र कुछ ऐसा है जो पूरे ब्रह्मांड में फैला हुआ है और अंतरिक्ष में हर बिंदु पर एक विशेष मूल्य लेता है जो समय के साथ बदल सकता है। यह तरल पदार्थ के तरंगों की तरह है जो पूरे ब्रह्मांड में घूमता है, उदाहरण के लिए, पूरे ब्रह्मांड में चुंबकीय और विद्युत क्षेत्र फैले हुए हैं। यद्यपि हम विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र नहीं देख सकते हैं, वे वास्तविक और भौतिक हैं और उदाहरण के लिए, दो चुम्बकों को करीब लाने पर हमें लगने वाले बल से इसका प्रमाण मिलता है।  

1920 के दशक ने ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ में क्रांतिकारी परिवर्तन देखे थे। क्वांटम यांत्रिकी का कहना है कि निरंतर होने के बजाय, कुछ असतत गांठों में ऊर्जा हमेशा पार्सल होती है। दूसरी ओर, खेतों को निरंतर माना जाता है।  

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

क्वांटम फील्ड थ्योरी क्वांटम यांत्रिकी को क्षेत्रों से जोड़ने का विचार है। इसके अनुसार, इलेक्ट्रॉन द्रव, इस द्रव की तरंगों की तरंगें, क्वांटम यांत्रिकी के नियमों द्वारा ऊर्जा के छोटे-छोटे बंडलों में बंध जाती हैं, और ऊर्जा के उन बंडलों को हम कण, इलेक्ट्रॉन कहते हैं। इलेक्ट्रॉन मौलिक नहीं हैं। वे एक ही अंतर्निहित क्षेत्र की तरंगें हैं। इसी तरह, दो क्वार्क क्षेत्रों की तरंगें अप क्वार्क और डाउन क्वार्क को जन्म देती हैं। और ब्रह्मांड के हर दूसरे कण के बारे में भी यही सच है। ऐसे क्षेत्र हैं जो सब कुछ के नीचे हैं। जिसे हम कण समझते हैं वह वास्तव में कण नहीं हैं, वे इन क्षेत्रों की तरंगें हैं जो ऊर्जा के छोटे-छोटे बंडलों में बंधी हैं। हमारे ब्रह्मांड के बुनियादी मूलभूत निर्माण खंड ये तरल पदार्थ जैसे पदार्थ हैं जिन्हें हम क्षेत्र कहते हैं। कण इन क्षेत्रों के व्युत्पन्न हैं, इसलिए मौलिक नहीं हैं। शुद्ध निर्वात में, जब कणों को पूरी तरह से बाहर निकाल दिया जाता है, तब भी क्षेत्र मौजूद रहते हैं जो क्वांटम यांत्रिकी के नियमों द्वारा शासित होते 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 हर चीज में प्रवाहित होते हैं। ये चार क्षेत्र और उनसे जुड़े कण जैसे, इलेक्ट्रॉन, अप क्वार्क, डाउन क्वार्क और न्यूट्रिनो ब्रह्मांड की आधारशिला बनाते हैं। अज्ञात कारणों से, ये चार कण उन्हें दो बार पुन: उत्पन्न करते हैं। इलेक्ट्रॉन म्यूऑन और ताऊ (जो क्रमशः इलेक्ट्रॉनों से 200 गुना और 3000 गुना भारी होते हैं) को पुन: उत्पन्न करते हैं, अप क्वार्क अजीब क्वार्क और बॉटम क्वार्क को जन्म देते हैं, डाउन क्वार्क आकर्षण क्वार्क को जन्म देते हैं और टॉप क्वार्क और न्यूट्रिनो म्यूऑन न्यूट्रिनो और टौ न्यूट्रिनो को जन्म देते हैं। .  

इस प्रकार, 12 क्षेत्र हैं जो पदार्थ देते हैं, हम उन्हें पदार्थ क्षेत्र कहते हैं। नीचे 12 क्षेत्रों (पदार्थ क्षेत्रों) की सूची दी गई है जो ब्रह्मांड में 12 कण बनाते हैं।  

इलेक्ट्रॉन (ई) 
अप क्वार्क (यू) 
डाउन क्वार्क (डी) 
न्यूट्रिनोe
10-6 
मून (μ-
200 
अजीब क्वार्क 
200 
आकर्षण क्वार्क (सी) 
2000 
म्यूऑन न्यूट्रिनो (ν .)μ)  
10-6 
ताऊ-
3000 
निचला क्वार्क (बी) 
8000 
शीर्ष क्वार्क (टी)  
340,000 
ताऊ न्यूट्रिनोτ
10-6 

ये 12 क्षेत्र चार अलग-अलग बलों के माध्यम से एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं - गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुंबकत्व, मजबूत परमाणु बल (केवल नाभिक के छोटे पैमाने पर संचालित होते हैं, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर क्वार्क को एक साथ रखते हैं) और कमजोर परमाणु बल (केवल नाभिक के छोटे पैमाने पर काम करते हैं, जिम्मेदार रेडियोधर्मी क्षय और परमाणु संलयन आरंभ करने के लिए)।  

इनमें से प्रत्येक बल एक क्षेत्र से जुड़ा है - विद्युत चुम्बकीय बल ग्लूऑन क्षेत्र से जुड़ा है, मजबूत और कमजोर परमाणु बलों से जुड़े क्षेत्र डब्ल्यू और जेड बोसॉन क्षेत्र हैं और गुरुत्वाकर्षण से जुड़ा क्षेत्र अंतरिक्ष-समय ही है। नीचे चार बलों से जुड़े चार अन्य क्षेत्रों की सूची दी गई है।    

विद्युत चुम्बकीय बल  ग्लूऑन फील्ड 
मजबूत और कमजोर परमाणु बल डब्ल्यू एंड जेड बोसॉन फील्ड 
गंभीरता  अंतरिक्ष समय  

ब्रह्मांड इन 16 क्षेत्रों से भरा है - 12 पदार्थ क्षेत्र और चार क्षेत्र चार बलों से जुड़े हैं। ये क्षेत्र एक साथ सामंजस्यपूर्ण तरीके से बातचीत करते हैं। उदाहरण के लिए, जब इलेक्ट्रॉन क्षेत्र (पदार्थ क्षेत्रों में से एक), ऊपर और नीचे तरंग करना शुरू कर देता है (क्योंकि वहां एक इलेक्ट्रॉन होता है), जो अन्य क्षेत्रों में से एक को बंद कर देता है, जैसे कि विद्युत-चुंबकीय क्षेत्र, जो बदले में होगा दोलन और तरंग भी। वहाँ प्रकाश होगा जो उत्सर्जित होता है जिससे थोड़ा दोलन होगा। कुछ बिंदु पर, यह क्वार्क क्षेत्र के साथ बातचीत करना शुरू कर देगा, जो बदले में, दोलन करेगा और तरंगित होगा। अंतिम तस्वीर के साथ हम अंत करते हैं, इन सभी क्षेत्रों के बीच सामंजस्यपूर्ण नृत्य, एक दूसरे को आपस में जोड़ना।  

हिग्स फील्ड: डिस्कवरी इन 2012  

1960 के दशक में, एक अन्य क्षेत्र की भविष्यवाणी पीटर हिग्स ने की थी। हिग्स फील्ड कहा जाता है, यह 1970 के दशक तक ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ का अभिन्न अंग बन गया। लेकिन 2012 तक कोई प्रयोगात्मक सबूत नहीं था (मतलब अगर हम हिग्स फील्ड रिपल बनाते हैं, तो हमें संबंधित कण देखना चाहिए) जब तक एलएचसी के सीईआरएन शोधकर्ताओं ने इसकी खोज की सूचना नहीं दी। कण ने बिल्कुल वैसा ही 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 निर्माण खंड था। यह खोज महत्वपूर्ण थी क्योंकि यह क्षेत्र उस क्षेत्र के लिए जिम्मेदार है जिसे हम द्रव्यमान कहते हैं ब्रम्हांड.  

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

उदाहरण के लिए, जिस संपत्ति 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। इसके द्रव्यमान का गुण यह कथन है कि यह हिग्स क्षेत्र के साथ कैसे अंतःक्रिया करता है। इसलिए हिग्स फील्ड को समझने की वास्तव में जरूरत थी ताकि हम ब्रह्मांड में द्रव्यमान का अर्थ समझ सकें। हिग्स के क्षेत्र की खोज भी मानक मॉडल की पुष्टि थी जो 1970 के दशक से थी, हालांकि इस पुष्टि में कुछ 50 साल लगे। 

निष्कर्ष निकालने के लिए, यह ब्रह्मांड में मौजूद क्षेत्रों की परस्पर क्रिया है जो हमारे द्वारा अनुभव किए गए विभिन्न कणों के द्रव्यमान, आवेश आदि जैसे गुणों को जन्म देती है। क्वांटम क्षेत्र और कण भौतिकी अध्ययन के गतिशील क्षेत्र हैं। हिग्स के क्षेत्र की खोज के बाद से, कई विकास हुए हैं जिनका मानक मॉडल पर असर पड़ा है। मानक मॉडल की सीमाओं के लिए 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  

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उमेश प्रसाद
उमेश प्रसाद
मुख्य संपादक, वैज्ञानिक यूरोपीय

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