भौतिकविदों के लिए द्रव्यमान अभी भी एक रहस्य है

2024 लेखक: Seth Attwood | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-16 16:05

द्रव्यमान विज्ञान में मौलिक और एक ही समय में रहस्यमय अवधारणाओं में से एक है। प्राथमिक कणों की दुनिया में, इसे ऊर्जा से अलग नहीं किया जा सकता है। यह न्यूट्रिनो के लिए भी शून्य नहीं है, और इसका अधिकांश भाग ब्रह्मांड के अदृश्य भाग में स्थित है। आरआईए नोवोस्ती बताता है कि भौतिक विज्ञानी द्रव्यमान के बारे में क्या जानते हैं और इसके साथ कौन से रहस्य जुड़े हुए हैं।

अपेक्षाकृत और प्राथमिक

पेरिस के उपनगरीय इलाके में, अंतर्राष्ट्रीय वज़न और माप ब्यूरो के मुख्यालय में, प्लैटिनम और इरिडियम के मिश्र धातु से बना एक सिलेंडर होता है जिसका वजन ठीक एक किलोग्राम होता है। यह पूरी दुनिया के लिए मानक है। द्रव्यमान को आयतन और घनत्व के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है और यह माना जा सकता है कि यह शरीर में पदार्थ की मात्रा के माप के रूप में कार्य करता है। लेकिन सूक्ष्म जगत का अध्ययन करने वाले भौतिक विज्ञानी इतनी सरल व्याख्या से संतुष्ट नहीं हैं।

इस सिलेंडर को हिलाने की कल्पना करें। इसकी ऊंचाई चार सेंटीमीटर से अधिक नहीं है, फिर भी, ध्यान देने योग्य प्रयास करना होगा। इसे स्थानांतरित करने के लिए और भी अधिक प्रयास करना होगा, उदाहरण के लिए, रेफ्रिजरेटर। भौतिकी के बल को लागू करने की आवश्यकता को निकायों की जड़ता द्वारा समझाया गया है, और द्रव्यमान को बल और परिणामी त्वरण (F = ma) को जोड़ने वाले गुणांक के रूप में माना जाता है।

द्रव्यमान न केवल गति के माप के रूप में कार्य करता है, बल्कि गुरुत्वाकर्षण का भी कार्य करता है, जिससे पिंड एक दूसरे को आकर्षित करते हैं (F = GMm / R2)। जब हम पैमाने पर पहुँचते हैं, तो तीर विचलित हो जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पृथ्वी का द्रव्यमान बहुत बड़ा है, और गुरुत्वाकर्षण बल हमें सचमुच सतह पर धकेलता है। एक हल्के चंद्रमा पर, एक व्यक्ति का वजन छह गुना कम होता है।

गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान से कम रहस्यमय नहीं है। यह धारणा कि कुछ बहुत बड़े पिंडों को स्थानांतरित करते समय गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उत्सर्जन हो सकता है, केवल 2015 में LIGO डिटेक्टर पर प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी। दो साल बाद, इस खोज को नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

गैलीलियो द्वारा प्रस्तावित और आइंस्टीन द्वारा परिष्कृत तुल्यता सिद्धांत के अनुसार, गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय द्रव्यमान समान हैं। इससे यह पता चलता है कि विशाल वस्तुएँ अंतरिक्ष-समय को मोड़ने में सक्षम हैं। तारे और ग्रह अपने चारों ओर गुरुत्वाकर्षण फ़नल बनाते हैं, जिसमें प्राकृतिक और कृत्रिम उपग्रह सतह पर गिरने तक चक्कर लगाते हैं।

द्रव्यमान कहाँ से आता है

भौतिक विज्ञानी आश्वस्त हैं कि प्राथमिक कणों का द्रव्यमान होना चाहिए। यह सिद्ध हो गया है कि इलेक्ट्रॉन और ब्रह्मांड के निर्माण खंड - क्वार्क - में द्रव्यमान होता है। अन्यथा, वे परमाणु और सभी दृश्य पदार्थ नहीं बना सकते थे। द्रव्यमान के बिना एक ब्रह्मांड प्रकाश की गति से भागते हुए विभिन्न विकिरणों के क्वांटा की अराजकता होगी। कोई आकाशगंगा नहीं होगी, कोई तारे नहीं होंगे, कोई ग्रह नहीं होंगे।

लेकिन कण अपना द्रव्यमान कहाँ से प्राप्त करता है?

"कण भौतिकी में मानक मॉडल बनाते समय - एक सिद्धांत जो सभी प्राथमिक कणों के विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और मजबूत अंतःक्रियाओं का वर्णन करता है, बड़ी कठिनाइयां उत्पन्न हुईं। मॉडल में कणों के गैर-शून्य द्रव्यमान की उपस्थिति के कारण अपरिहार्य विचलन शामिल थे, " अलेक्जेंडर स्टडनिकिन कहते हैं, डॉक्टर ऑफ साइंस, आरआईए नोवोस्ती को सैद्धांतिक भौतिकी विभाग, भौतिकी विभाग, लोमोनोसोव मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर।

इसका समाधान यूरोपीय वैज्ञानिकों ने 1960 के दशक के मध्य में खोजा था, यह सुझाव देते हुए कि प्रकृति में एक और क्षेत्र है - एक अदिश। यह पूरे ब्रह्मांड में व्याप्त है, लेकिन इसका प्रभाव केवल सूक्ष्म स्तर पर ही ध्यान देने योग्य है। ऐसा लगता है कि कण इसमें फंस गए हैं और इस तरह द्रव्यमान प्राप्त कर लेते हैं।

रहस्यमय अदिश क्षेत्र का नाम ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी पीटर हिग्स के नाम पर रखा गया था, जो मानक मॉडल के संस्थापकों में से एक थे। एक बोसॉन, हिग्स क्षेत्र में उत्पन्न होने वाला एक विशाल कण, उसका नाम भी रखता है। इसे 2012 में सर्न में लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में प्रयोगों में खोजा गया था। एक साल बाद, हिग्स को फ्रांकोइस एंगलर के साथ नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

भूत का शिकार

कण-भूत - न्यूट्रिनो - को भी बड़े पैमाने पर पहचाना जाना था।यह सूर्य और ब्रह्मांडीय किरणों से न्यूट्रिनो प्रवाह के अवलोकन के कारण है, जिसे लंबे समय तक समझाया नहीं जा सका। यह पता चला कि एक कण आंदोलन के दौरान या दोलन के दौरान अन्य राज्यों में बदलने में सक्षम है, जैसा कि भौतिकविदों का कहना है। यह द्रव्यमान के बिना असंभव है।

"इलेक्ट्रॉनिक न्यूट्रिनो, जो पैदा होते हैं, उदाहरण के लिए, सूर्य के आंतरिक भाग में, सख्त अर्थों में, प्राथमिक कण नहीं माने जा सकते, क्योंकि उनके द्रव्यमान का कोई निश्चित अर्थ नहीं होता है। लेकिन गति में, उनमें से प्रत्येक को एक के रूप में माना जा सकता है द्रव्यमान m1, m2, m3 के साथ प्राथमिक कणों (जिसे न्यूट्रिनो भी कहा जाता है) का सुपरपोजिशन। द्रव्यमान न्यूट्रिनो की गति में अंतर के कारण, डिटेक्टर न केवल इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो का पता लगाता है, बल्कि अन्य प्रकार के न्यूट्रिनो, जैसे म्यूओनिक और ताऊ न्यूट्रिनो का भी पता लगाता है। यह ब्रूनो मैक्सिमोविच पोंटेकोर्वो द्वारा 1957 में भविष्यवाणी की गई मिश्रण और दोलनों का परिणाम है, "प्रोफेसर स्टुडेनिकिन बताते हैं।

यह स्थापित किया गया है कि एक न्यूट्रिनो का द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट के दो दसवें हिस्से से अधिक नहीं हो सकता है। लेकिन सटीक अर्थ अभी भी अज्ञात है। 11 जून को लॉन्च किए गए कार्लज़ूए इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (जर्मनी) में कैटरिन प्रयोग में वैज्ञानिक ऐसा कर रहे हैं।

प्रोफेसर ने निष्कर्ष निकाला, "न्यूट्रिनो द्रव्यमान की परिमाण और प्रकृति का प्रश्न मुख्य में से एक है। इसका समाधान संरचना के बारे में हमारे विचारों के और विकास के आधार के रूप में कार्य करेगा।"

ऐसा लगता है कि, सिद्धांत रूप में, द्रव्यमान के बारे में सब कुछ ज्ञात है, यह बारीकियों को स्पष्ट करने के लिए बनी हुई है। पर ये स्थिति नहीं है। भौतिकविदों ने उस पदार्थ की गणना की है, जो हमारे अवलोकन के लिए उपयुक्त है, ब्रह्मांड में पदार्थ के द्रव्यमान का केवल पांच प्रतिशत हिस्सा है। बाकी काल्पनिक डार्क मैटर और ऊर्जा है, जो कुछ भी उत्सर्जित नहीं करती है और इसलिए पंजीकृत नहीं है। ब्रह्मांड के इन अज्ञात भागों में कौन से कण हैं, उनकी संरचना क्या है, वे हमारी दुनिया के साथ कैसे बातचीत करते हैं? अगली पीढ़ी के वैज्ञानिकों को इसका पता लगाना होगा।