350 થી વધુ પ્રાથમિક કણોની શોધ કરવામાં આવી છે. આમાંથી ફોટોન, ઈલેક્ટ્રોન અને મ્યુઓન ન્યુટ્રિનો, ઈલેક્ટ્રોન, પ્રોટોન અને તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ સ્થિર છે. બાકીના પ્રાથમિક કણો લગભગ 1000 સેકન્ડ (મુક્ત ન્યુટ્રોન માટે) થી એક સેકન્ડના નગણ્ય અપૂર્ણાંક સુધી (10 −24 થી 10 −22 સેકંડ સુધી રેઝોનન્સ માટે) સમય સાથે ઘાતાંકીય નિયમ અનુસાર સ્વયંભૂ ક્ષીણ થાય છે.
કણ ભૌતિકશાસ્ત્ર દ્વારા પ્રાથમિક કણોની રચના અને વર્તનનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.
તમામ પ્રાથમિક કણો ઓળખના સિદ્ધાંતને આધીન છે (બ્રહ્માંડમાં સમાન પ્રકારના તમામ પ્રાથમિક કણો તેમના તમામ ગુણધર્મોમાં સંપૂર્ણપણે સમાન છે) અને તરંગ-કણ દ્વૈતતાના સિદ્ધાંત (દરેક પ્રાથમિક કણો ડી બ્રોગ્લી તરંગને અનુરૂપ છે).
તમામ પ્રાથમિક કણોમાં આંતર-કન્વર્ટિબિલિટીની મિલકત હોય છે, જે તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું પરિણામ છે: મજબૂત, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક, નબળા, ગુરુત્વાકર્ષણ. કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ કણો અને તેમના સંગ્રહોના અન્ય કણો અને તેમના સંગ્રહમાં રૂપાંતરણનું કારણ બને છે, જો આવા રૂપાંતરણો ઊર્જા, વેગ, કોણીય વેગ, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ, બેરીયોન ચાર્જ, વગેરેના સંરક્ષણના કાયદા દ્વારા પ્રતિબંધિત નથી.
પ્રાથમિક કણોની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ: માસ, સ્પિન, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ, લાઇફટાઇમ, પેરિટી, જી-પેરિટી, મેગ્નેટિક મોમેન્ટ, બેરિઓન ચાર્જ, લેપ્ટન ચાર્જ, સ્ટ્રેન્જનેસ, આઇસોટોપિક સ્પિન, સીપી પેરિટી, ચાર્જ પેરિટી.
જ્ઞાનકોશીય YouTube
1 / 5
✪ પ્રાથમિક કણો
✪ CERN: પાર્ટિકલ ફિઝિક્સનું માનક મોડલ
✪ પાઠ 473. પ્રાથમિક કણો. પોઝિટ્રોન. ન્યુટ્રિનો
✪ બ્રહ્માંડની ઇંટો: પ્રાથમિક કણો જે વિશ્વ બનાવે છે. પ્રોફેસર ડેવિડ ટોંગ દ્વારા વ્યાખ્યાન.
✪ પ્રાથમિક કણોની દુનિયા (શિક્ષણવિદ્ વેલેરી રુબાકોવ દ્વારા વર્ણવવામાં આવેલ)
સબટાઈટલ
વર્ગીકરણ
જીવનકાળ દ્વારા
- સ્થિર પ્રાથમિક કણો એ એવા કણો છે જે મુક્ત સ્થિતિમાં (પ્રોટોન, ઇલેક્ટ્રોન, ન્યુટ્રિનો, ફોટોન, ગ્રેવિટોન અને તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ) માં અનંત લાંબુ જીવનકાળ ધરાવે છે.
- અસ્થિર પ્રાથમિક કણો એ એવા કણો છે જે મર્યાદિત સમયમાં મુક્ત અવસ્થામાં અન્ય કણોમાં ક્ષીણ થાય છે (અન્ય તમામ કણો).
વજન દ્વારા
તમામ પ્રાથમિક કણોને બે વર્ગોમાં વહેંચવામાં આવ્યા છે:
- માસલેસ કણો એ શૂન્ય માસ (ફોટન, ગ્લુઓન, ગ્રેવિટોન અને તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ) વાળા કણો છે.
- બિન-શૂન્ય દળવાળા કણો (અન્ય તમામ કણો).
સૌથી મોટી પીઠ દ્વારા
તમામ પ્રાથમિક કણોને બે વર્ગોમાં વહેંચવામાં આવ્યા છે:
ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પ્રકાર દ્વારા
પ્રાથમિક કણો નીચેના જૂથોમાં વહેંચાયેલા છે:
સંયોજન કણો
- હેડ્રોન એ કણો છે જે તમામ પ્રકારની મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે. તેઓ ક્વાર્ક ધરાવે છે અને બદલામાં, આમાં વિભાજિત થાય છે:
- મેસોન્સ પૂર્ણાંક સ્પિન સાથે હેડ્રોન છે, એટલે કે, તેઓ બોસોન છે;
- બેરીયોન્સ અડધા પૂર્ણાંક સ્પિન સાથે હેડ્રોન છે, એટલે કે, ફર્મિઓન્સ. આમાં, ખાસ કરીને, કણોનો સમાવેશ થાય છે જે અણુના ન્યુક્લિયસ બનાવે છે - પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન.
મૂળભૂત (માળખા વિનાના) કણો
- લેપ્ટોન્સ એ 10 −18 મીટરના ક્રમ સુધીના પોઈન્ટ કણોનું સ્વરૂપ ધરાવે છે (એટલે કે કંઈપણ સમાવિષ્ટ નથી) તેઓ મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લેતા નથી. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં સહભાગિતા પ્રાયોગિક રીતે માત્ર ચાર્જ્ડ લેપ્ટોન્સ (ઇલેક્ટ્રોન, મ્યુઓન્સ, ટાઉ લેપ્ટોન્સ) માટે જોવા મળી હતી અને ન્યુટ્રિનો માટે જોવામાં આવી ન હતી. લેપ્ટન્સના 6 જાણીતા પ્રકારો છે.
- ક્વાર્ક અપૂર્ણાંક ચાર્જ કણો છે જે હેડ્રોન્સનો ભાગ છે. તેઓ મુક્ત રાજ્યમાં અવલોકન કરવામાં આવ્યા ન હતા (આવા અવલોકનોની ગેરહાજરીને સમજાવવા માટે એક બંધિયાર પદ્ધતિની દરખાસ્ત કરવામાં આવી છે). લેપ્ટોન્સની જેમ, તેઓ 6 પ્રકારોમાં વિભાજિત થાય છે અને તેઓ રચનાવિહીન માનવામાં આવે છે, જો કે, લેપ્ટોન્સથી વિપરીત, તેઓ મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે.
- ગેજ બોસોન એ કણો છે જેના વિનિમય દ્વારા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવામાં આવે છે:
- ફોટોન - એક કણ જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે;
- આઠ ગ્લુઅન્સ - કણો કે જે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે;
- ત્રણ મધ્યવર્તી વેક્ટર બોસોન ડબલ્યુ + , ડબલ્યુ- અને ઝેડ 0, જે નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સહન કરે છે;
- ગ્રેવિટોન એ એક અનુમાનિત કણ છે જે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સ્થાનાંતરિત કરે છે. ગુરુત્વાકર્ષણની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની નબળાઈને કારણે ગુરુત્વાકર્ષણનું અસ્તિત્વ હજુ પ્રાયોગિક રીતે સાબિત ન થયું હોવા છતાં, તદ્દન સંભવિત માનવામાં આવે છે; જો કે, ગુરુત્વાકર્ષણ એ પ્રાથમિક કણોના માનક મોડલમાં સમાવિષ્ટ નથી.
પ્રાથમિક કણોના કદ
પ્રાથમિક કણોની વિશાળ વિવિધતા હોવા છતાં, તેમના કદ બે જૂથોમાં બંધબેસે છે. હેડ્રોન (બંને બેરીયોન અને મેસોન્સ) ના કદ લગભગ 10 −15 મીટર છે, જે તેમાં સમાવિષ્ટ ક્વાર્ક વચ્ચેના સરેરાશ અંતરની નજીક છે. પ્રાયોગિક ભૂલની અંદર મૂળભૂત, સંરચના વિનાના કણો - ગેજ બોસોન, ક્વાર્ક અને લેપ્ટોન્સના કદ તેમના બિંદુ પ્રકૃતિ સાથે સુસંગત છે (વ્યાસની ઉપલી મર્યાદા લગભગ 10 −18 મીટર છે) ( સમજૂતી જુઓ). જો આગળના પ્રયોગોમાં આ કણોના અંતિમ કદની શોધ ન થાય, તો આ સૂચવે છે કે ગેજ બોસોન, ક્વાર્ક અને લેપ્ટોનના કદ મૂળભૂત લંબાઈની નજીક છે (જે સંભવતઃ પ્લાન્ક લંબાઈ, 1.6 ની બરાબર હોઈ શકે છે. 10 −35 મીટર) .
જો કે, એ નોંધવું જોઈએ કે પ્રાથમિક કણોનું કદ એ એક જટિલ ખ્યાલ છે જે હંમેશા શાસ્ત્રીય ખ્યાલો સાથે સુસંગત નથી. સૌપ્રથમ, અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત કોઈને ભૌતિક કણને સખત રીતે સ્થાનીકૃત કરવાની મંજૂરી આપતું નથી. ચોક્કસ સ્થાનીકૃત ક્વોન્ટમ સ્ટેટ્સના સુપરપોઝિશન તરીકે કણનું પ્રતિનિધિત્વ કરતું વેવ પેકેટ હંમેશા મર્યાદિત પરિમાણો અને ચોક્કસ અવકાશી માળખું ધરાવે છે, અને પેકેટના પરિમાણો તદ્દન મેક્રોસ્કોપિક હોઈ શકે છે - ઉદાહરણ તરીકે, બે સ્લિટ્સ પર હસ્તક્ષેપ સાથે પ્રયોગમાં ઇલેક્ટ્રોન મેક્રોસ્કોપિક અંતર દ્વારા વિભાજિત, ઇન્ટરફેરોમીટરના બંને સ્લિટ્સને "અનુભવે છે". બીજું, ભૌતિક કણ પોતાની આસપાસના શૂન્યાવકાશની રચનામાં ફેરફાર કરે છે, ટૂંકા ગાળાના વર્ચ્યુઅલ કણોનો "કોટ" બનાવે છે - ફર્મિઓન-એન્ટિફર્મિઓન જોડી (જુઓ વેક્યૂમનું ધ્રુવીકરણ) અને બોસોન્સ કે જે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. આ પ્રદેશના અવકાશી પરિમાણો કણ દ્વારા કબજામાં રહેલા ગેજ ચાર્જ અને મધ્યવર્તી બોસોન્સના સમૂહ પર આધાર રાખે છે (વિશાળ વર્ચ્યુઅલ બોસોનના શેલની ત્રિજ્યા તેમની કોમ્પટન તરંગલંબાઇની નજીક છે, જે બદલામાં, તેમના સમૂહના વિપરિત પ્રમાણસર છે. ). આમ, ન્યુટ્રિનોના દૃષ્ટિકોણથી ઇલેક્ટ્રોનની ત્રિજ્યા (તેમની વચ્ચે માત્ર નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા શક્ય છે) લગભગ ડબલ્યુ-બોસોનની કોમ્પટન તરંગલંબાઇ, ~3 × 10 −18 મીટર અને વિસ્તારના પરિમાણો જેટલી છે. હેડ્રોનની મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અહીં ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વાહક તરીકે કામ કરતા હેડ્રોનના સૌથી હળવા, પાઇ-મેસન (~10 −15 મીટર)ની કોમ્પટન તરંગલંબાઇ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
વાર્તા
શરૂઆતમાં, "પ્રાથમિક કણ" શબ્દનો અર્થ કંઈક સંપૂર્ણપણે પ્રાથમિક, પદાર્થની પ્રથમ ઈંટ હતો. જો કે, જ્યારે 1950 અને 1960 ના દાયકામાં સમાન ગુણધર્મોવાળા સેંકડો હેડ્રોન્સની શોધ થઈ, ત્યારે તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે હેડ્રોન્સમાં ઓછામાં ઓછી સ્વતંત્રતાની આંતરિક ડિગ્રી હોય છે, એટલે કે, તેઓ શબ્દના કડક અર્થમાં પ્રાથમિક નથી. આ શંકાને પછીથી પુષ્ટિ મળી જ્યારે તે બહાર આવ્યું કે હેડ્રોનમાં ક્વાર્કનો સમાવેશ થાય છે.
આમ, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ દ્રવ્યની રચનામાં થોડા ઊંડા ઉતર્યા છે: લેપ્ટોન્સ અને ક્વાર્કને હવે દ્રવ્યના સૌથી પ્રાથમિક, બિંદુ જેવા ભાગો ગણવામાં આવે છે. તેમના માટે (ગેજ બોસોન સાથે) શબ્દ " મૂળભૂત કણો"
સ્ટ્રિંગ થિયરીમાં, જે લગભગ 1980 ના દાયકાના મધ્યભાગથી સક્રિય રીતે વિકસાવવામાં આવી છે, એવું માનવામાં આવે છે કે પ્રાથમિક કણો અને તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ખાસ કરીને નાના "સ્ટ્રિંગ્સ" ના વિવિધ પ્રકારના સ્પંદનોનું પરિણામ છે.
માનક મોડલ
પ્રાથમિક કણોના સ્ટાન્ડર્ડ મોડલમાં ફર્મિઓનના 12 ફ્લેવર, તેમના અનુરૂપ એન્ટિપાર્ટિકલ્સ, તેમજ ગેજ બોસોન્સ (ફોટોન્સ, ગ્લુઓન, ડબલ્યુ- અને ઝેડ-બોસોન), જે કણો વચ્ચે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે અને હિગ્સ બોસોન, 2012 માં શોધાયું હતું, જે કણોમાં જડતા સમૂહની હાજરી માટે જવાબદાર છે. જો કે, સ્ટાન્ડર્ડ મોડલને મોટાભાગે ખરેખર મૂળભૂત સિદ્ધાંતને બદલે અસ્થાયી સિદ્ધાંત તરીકે જોવામાં આવે છે, કારણ કે તેમાં ગુરુત્વાકર્ષણનો સમાવેશ થતો નથી અને તેમાં કેટલાક ડઝન મુક્ત પરિમાણો (કણોના સમૂહ વગેરે) હોય છે, જેનાં મૂલ્યો સીધા જ અનુસરતા નથી. સિદ્ધાંત. કદાચ એવા પ્રાથમિક કણો છે જેનું પ્રમાણભૂત મોડલ દ્વારા વર્ણન કરવામાં આવ્યું નથી - ઉદાહરણ તરીકે, ગુરુત્વાકર્ષણ (ગુરુત્વાકર્ષણ બળોનું વહન કરતું કણ) અથવા સામાન્ય કણોના સુપરસિમેટ્રિક ભાગીદારો. કુલમાં, મોડેલ 61 કણોનું વર્ણન કરે છે.
ફર્મિઓન્સ
ફર્મિઓનના 12 ફ્લેવરને 4 કણોના 3 પરિવારો (પેઢીઓ)માં વહેંચવામાં આવ્યા છે. તેમાંથી છ ક્વાર્ક છે. અન્ય છ લેપ્ટોન્સ છે, જેમાંથી ત્રણ ન્યુટ્રિનો છે, અને બાકીના ત્રણ એકમ નકારાત્મક ચાર્જ ધરાવે છે: ઇલેક્ટ્રોન, મ્યુઓન અને ટાઉ લેપ્ટોન.
| પ્રથમ પેઢી | બીજી પેઢી | ત્રીજી પેઢી |
|---|---|---|
પ્રાથમિક કણો- પ્રાથમિક, વધુ અવિભાજ્ય કણો, જેમાં તમામ દ્રવ્ય સમાયેલ હોવાનું માનવામાં આવે છે. આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, "પ્રાથમિક કણો" શબ્દનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે પદાર્થના નાના કણોના મોટા જૂથને નિયુક્ત કરવા માટે થાય છે જે અણુ નથી (જુઓ અણુ) અથવા અણુ ન્યુક્લી (જુઓ અણુ ન્યુક્લિયસ); અપવાદ એ હાઇડ્રોજન અણુનું ન્યુક્લિયસ છે - પ્રોટોન.
20મી સદીના 80 ના દાયકા સુધીમાં, વિજ્ઞાન 500 થી વધુ પ્રાથમિક કણોને જાણતું હતું, જેમાંથી મોટાભાગના અસ્થિર હતા. પ્રાથમિક કણોમાં પ્રોટોન (p), ન્યુટ્રોન (n), ઇલેક્ટ્રોન (e), ફોટોન (γ), પી-મેસોન્સ (π), મ્યુઓન્સ (μ), હેવી લેપ્ટોન્સ (τ +, τ -), ત્રણ પ્રકારના ન્યુટ્રિનોનો સમાવેશ થાય છે - ઇલેક્ટ્રોનિક (V e), muonic (V μ) અને કહેવાતા હેવી ડેપ્ટોન (V τ), તેમજ "વિચિત્ર" કણો (K-મેસોન્સ અને હાઇપરન્સ), વિવિધ રેઝોનન્સ, છુપાયેલા વશીકરણ સાથેના મેસોન્સ, "મોહક" સાથે સંકળાયેલ ” કણો, અપસિલોન કણો (Υ), “સુંદર” કણો, મધ્યવર્તી વેક્ટર બોસોન, વગેરે. ભૌતિકશાસ્ત્રની એક સ્વતંત્ર શાખા ઉભરી આવી છે - પ્રાથમિક કણોનું ભૌતિકશાસ્ત્ર.
પાર્ટિકલ ફિઝિક્સનો ઇતિહાસ 1897નો છે, જ્યારે જે. જે. થોમસને ઇલેક્ટ્રોનની શોધ કરી હતી (ઇલેક્ટ્રોન રેડિયેશન જુઓ); 1911 માં, આર. મિલીકને તેના ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની તીવ્રતા માપી. 1900 માં એમ. પ્લાન્ક દ્વારા "ફોટન" - પ્રકાશનું પ્રમાણ - ની વિભાવના રજૂ કરવામાં આવી હતી. ફોટોનના અસ્તિત્વના પ્રત્યક્ષ પ્રાયોગિક પુરાવા મિલિકન (1912-1915) અને કોમ્પટન (એ. એન. કોમ્પટન, 1922) દ્વારા મેળવવામાં આવ્યા હતા. અણુ ન્યુક્લિયસનો અભ્યાસ કરવાની પ્રક્રિયામાં, ઇ. રધરફોર્ડે પ્રોટોનની શોધ કરી (જુઓ પ્રોટોન રેડિયેશન), અને 1932માં, જે. ચેડવિકે ન્યુટ્રોનની શોધ કરી (જુઓ ન્યુટ્રોન રેડિયેશન). 1953માં, ન્યુટ્રિનોનું અસ્તિત્વ, જેની ડબલ્યુ. પાઉલીએ 1930માં આગાહી કરી હતી, તે પ્રાયોગિક રીતે સાબિત થયું હતું.
પ્રાથમિક કણો ત્રણ જૂથોમાં વહેંચાયેલા છે. પ્રથમ એક જ પ્રાથમિક કણ - ફોટોન, γ-ક્વોન્ટમ અથવા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનના ક્વોન્ટમ દ્વારા રજૂ થાય છે. બીજો જૂથ લેપ્ટોન્સ છે (ગ્રીક લેપ્ટો નાના, પ્રકાશ), ભાગ લે છે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઉપરાંત, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં પણ. 6 જાણીતા લેપ્ટોન છે: ઇલેક્ટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન ન્યુટ્રિનો, મ્યુઓન અને મ્યુઓન ન્યુટ્રિનો, હેવી τ-લેપ્ટોન અને અનુરૂપ ન્યુટ્રિનો. ત્રીજું - પ્રાથમિક કણોનું મુખ્ય જૂથ હેડ્રોન્સ (ગ્રીક હેડ્રોસ લાર્જ, સ્ટ્રોંગ) છે, જે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સહિત તમામ પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે (નીચે જુઓ). હેડ્રોનમાં બે પ્રકારના કણોનો સમાવેશ થાય છે: બેરીયોન્સ (ગ્રીક બેરીસ હેવી) - અર્ધ-પૂર્ણાંક સ્પિન સાથેના કણો અને પ્રોટોનના દળ કરતા ઓછા ન હોય તેવા દળ અને મેસોન્સ (ગ્રીક મેસોસ માધ્યમ) - શૂન્ય અથવા પૂર્ણાંક સ્પિનવાળા કણો (જુઓ ઇલેક્ટ્રોન પેરામેગ્નેટિક પડઘો). બેરીયોન્સમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન, હાયપરન, કેટલાક રેઝોનન્સ અને "ચાર્મ્ડ" કણો અને કેટલાક અન્ય પ્રાથમિક કણોનો સમાવેશ થાય છે. એકમાત્ર સ્થિર બેરીયોન એ પ્રોટોન છે, બાકીના બેરીયોન્સ અસ્થિર છે (મુક્ત સ્થિતિમાં ન્યુટ્રોન અસ્થિર કણ છે, પરંતુ સ્થિર અણુ ન્યુક્લીની અંદર બંધાયેલ અવસ્થામાં તે સ્થિર છે. મેસોન્સને તેનું નામ મળ્યું કારણ કે પ્રથમના સમૂહ શોધાયેલ મેસોન્સ - પી-મેસન અને કે-મેસન - પ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનના સમૂહ વચ્ચેના મૂલ્યો ધરાવે છે, પછીથી, મેસોન્સની શોધ કરવામાં આવી હતી જેનું દળ પ્રોટોનના દળ કરતા વધારે છે (એસ ) - શૂન્ય, સકારાત્મક અથવા નકારાત્મક ક્વોન્ટમ નંબરને સામાન્ય કહેવામાં આવે છે, અને S ≠ 0 - સ્ટ્રેન્જ સાથે, 1964 માં, જી પ્રયોગોની સંખ્યા દર્શાવે છે કે ક્વાર્ક એ ક્વાર્કની અંદરની વાસ્તવિક સામગ્રીની રચના છે, ઉદાહરણ તરીકે, અપૂર્ણાંક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ, વગેરે. ક્વાર્ક મુક્ત સ્થિતિમાં જોવા મળ્યા નથી. એવું માનવામાં આવે છે કે તમામ હેડ્રોન ક્વાર્કના વિવિધ સંયોજનોને કારણે રચાય છે.
શરૂઆતમાં, પ્રાથમિક કણોનો અભ્યાસ કિરણોત્સર્ગી સડોના અભ્યાસમાં કરવામાં આવ્યો હતો (જુઓ રેડિયોએક્ટિવિટી) અને કોસ્મિક રેડિયેશન (જુઓ). જો કે, 20મી સદીના 50 ના દાયકાથી, પ્રાથમિક કણોનો અભ્યાસ ચાર્જ્ડ પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર (જુઓ) પર હાથ ધરવામાં આવ્યો છે, જેમાં પ્રવેગક કણો લક્ષ્ય પર બોમ્બ ધડાકા કરે છે અથવા તેમની તરફ ઉડતા કણો સાથે અથડાય છે. આ કિસ્સામાં, કણો એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, પરિણામે તેમના આંતરરૂપાંતરણ થાય છે. આ રીતે મોટાભાગના પ્રાથમિક કણોની શોધ થઈ હતી.
દરેક પ્રાથમિક કણ, તેની અંતર્ગત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની વિશિષ્ટતાઓ સાથે, ચોક્કસ ભૌતિક જથ્થાના અલગ મૂલ્યોના સમૂહ દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે, જે પૂર્ણાંક અથવા અપૂર્ણાંક સંખ્યાઓ (ક્વોન્ટમ નંબરો) માં વ્યક્ત થાય છે. તમામ પ્રાથમિક કણોની સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ માસ (એમ), જીવનકાળ (ટી), સ્પિન (જે) છે - પ્રાથમિક કણોની આંતરિક કોણીય વેગ, જે ક્વોન્ટમ પ્રકૃતિ ધરાવે છે અને સમગ્ર કણોની હિલચાલ સાથે સંકળાયેલ નથી, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ (Ω) અને ચુંબકીય ક્ષણ ( μ). સંપૂર્ણ મૂલ્યમાં અભ્યાસ કરેલ પ્રાથમિક કણોના ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એ ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ (e≈1.6*10 -10 k) ના પૂર્ણાંક ગુણાંક છે. જાણીતા પ્રાથમિક કણોમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ 0, ±1 અને ±2 સમાન હોય છે.
તમામ પ્રાથમિક કણોમાં અનુરૂપ એન્ટિપાર્ટિકલ્સ હોય છે, જેનો દળ અને સ્પિન કણના દળ અને સ્પિન સમાન હોય છે, અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ, ચુંબકીય ક્ષણ અને અન્ય લાક્ષણિકતાઓ સંપૂર્ણ મૂલ્યમાં સમાન હોય છે અને ચિહ્નમાં વિરુદ્ધ હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રોનનું એન્ટિપાર્ટિકલ એ પોઝિટ્રોન છે - હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિકલ ચાર્જ સાથેનું ઇલેક્ટ્રોન. એક પ્રાથમિક કણ જે તેના એન્ટિપાર્ટિકલ સમાન હોય છે તેને સાચા અર્થમાં તટસ્થ કહેવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, ન્યુટ્રોન અને એન્ટિન્યુટ્રોન, ન્યુટ્રિનો અને એન્ટિન્યુટ્રિનો વગેરે. જ્યારે એન્ટિપાર્ટિકલ્સ એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, ત્યારે તેમનો વિનાશ થાય છે (જુઓ).
જ્યારે પ્રાથમિક કણ ભૌતિક વાતાવરણમાં પ્રવેશે છે, ત્યારે તે તેની સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. મજબૂત, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક, નબળા અને ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ છે. 10 -15 મીટર (1 ફર્મી) કરતા ઓછા અંતરે સ્થિત પ્રાથમિક કણો વચ્ચે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા (ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતાં વધુ મજબૂત) થાય છે. 1.5 ફર્મી કરતા વધારે અંતર પર, કણો વચ્ચે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ શૂન્યની નજીક છે. તે પ્રાથમિક કણો વચ્ચેની મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ છે જે અણુ ન્યુક્લીની અસાધારણ શક્તિ પ્રદાન કરે છે, જે પાર્થિવ પરિસ્થિતિઓમાં પદાર્થની સ્થિરતા ધરાવે છે. મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની લાક્ષણિકતા તેની ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની સ્વતંત્રતા છે. હેડ્રોન્સ મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા સક્ષમ છે. મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અલ્પજીવી કણો (10 -23 - 10 -24 સેકન્ડના ક્રમમાં જીવનકાળ) ના સડોનું કારણ બને છે, જેને રેઝોનન્સ કહેવામાં આવે છે.
ચુંબકીય ક્ષણ (ઉદાહરણ તરીકે, ન્યુટ્રોન) સાથેના તમામ ચાર્જ થયેલ પ્રાથમિક કણો, ફોટોન અને તટસ્થ કણો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને આધીન છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો આધાર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર સાથેનું જોડાણ છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના દળો મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના દળો કરતાં લગભગ 100 ગણા નબળા છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો મુખ્ય અવકાશ અણુઓ અને પરમાણુઓ છે (જુઓ મોલેક્યુલ). આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઘન પદાર્થોની રચના અને રાસાયણિક પ્રકૃતિ નક્કી કરે છે. પ્રક્રિયાઓ તે પ્રાથમિક કણો વચ્ચેના અંતર દ્વારા મર્યાદિત નથી, તેથી અણુનું કદ અણુ ન્યુક્લિયસના કદ કરતાં આશરે 10 4 ગણું છે.
નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પ્રાથમિક કણોને સંડોવતા અત્યંત ધીમી પ્રક્રિયાઓ ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સાથે ન્યુટ્રિનો પૃથ્વી અને સૂર્યની જાડાઈમાં સરળતાથી પ્રવેશ કરી શકે છે. નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ કહેવાતા અર્ધ-સ્થિર પ્રાથમિક કણોના ધીમા ક્ષયનું કારણ બને છે, જેનું જીવનકાળ 10 8 - 10 -10 સેકન્ડની રેન્જમાં હોય છે. મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન જન્મેલા પ્રાથમિક કણો (10 -23 -10 -24 સેકન્ડના સમયમાં), પરંતુ ધીમે ધીમે ક્ષીણ થતા (10 -10 સેકન્ડ)ને વિચિત્ર કહેવામાં આવે છે.
પ્રાથમિક કણો વચ્ચે ગુરુત્વાકર્ષણની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ કણોના સમૂહની નજીવીતાને કારણે અત્યંત નાની અસરો પેદા કરે છે. આ પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો મોટા સમૂહ સાથેના મેક્રો-ઓબ્જેક્ટ્સ પર સારી રીતે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે.
વિવિધ ભૌતિક લક્ષણો સાથે પ્રાથમિક કણોની વિવિધતા તેમના વ્યવસ્થિતકરણની મુશ્કેલી સમજાવે છે. તમામ પ્રાથમિક કણોમાંથી, માત્ર ફોટોન, ઇલેક્ટ્રોન, ન્યુટ્રિનો, પ્રોટોન અને તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ વાસ્તવમાં સ્થિર છે, કારણ કે તેમની આયુષ્ય લાંબુ છે. આ કણો અન્ય પ્રાથમિક કણોના સ્વયંસ્ફુરિત પરિવર્તનના અંતિમ ઉત્પાદનો છે. પ્રાથમિક કણોનો જન્મ પ્રથમ ત્રણ પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના પરિણામે થઈ શકે છે. મજબૂત રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા કણો માટે, સર્જનનો સ્ત્રોત મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પ્રતિક્રિયાઓ છે. લેપ્ટોન્સ, મોટે ભાગે, અન્ય પ્રાથમિક કણોના સડોમાંથી ઉદ્ભવે છે અથવા ફોટોનના પ્રભાવ હેઠળ જોડીમાં (પાર્ટિકલ + એન્ટિપાર્ટિકલ) જન્મે છે.
પ્રાથમિક કણોનો પ્રવાહ આયનાઇઝિંગ રેડિયેશન (જુઓ) બનાવે છે, જેના કારણે માધ્યમના તટસ્થ અણુઓનું આયનીકરણ થાય છે. પ્રાથમિક કણોની જૈવિક અસર ઇરેડિયેટેડ પેશીઓ અને શરીરના પ્રવાહીમાં ઉચ્ચ રાસાયણિક પ્રવૃત્તિ સાથે પદાર્થોની રચના સાથે સંકળાયેલી છે. આવા પદાર્થોમાં ફ્રી રેડિકલ (જુઓ ફ્રી રેડિકલ), પેરોક્સાઇડ્સ (જુઓ) અને અન્યનો સમાવેશ થાય છે. પ્રાથમિક કણો બાયોમોલેક્યુલ્સ અને સુપરમોલેક્યુલર સ્ટ્રક્ચર્સ પર પણ સીધી અસર કરી શકે છે, ઇન્ટ્રામોલેક્યુલર બોન્ડ્સનું ભંગાણ, ઉચ્ચ-પરમાણુ સંયોજનોનું ડિપોલિમરાઇઝેશન વગેરેનું કારણ બને છે. ઊર્જા સ્થળાંતરની પ્રક્રિયાઓ અને રાજ્યના લાંબા ગાળાના સંરક્ષણને પરિણામે મેટાસ્ટેબલ સંયોજનોની રચના થાય છે. કેટલાક મેક્રોમોલેક્યુલર સબસ્ટ્રેટમાં ઉત્તેજના. કોષોમાં, એન્ઝાઇમ પ્રણાલીઓની પ્રવૃત્તિ દબાવવામાં આવે છે અથવા વિકૃત થાય છે, કોષ પટલ અને સપાટીના કોષ રીસેપ્ટર્સનું માળખું બદલાય છે, જે પટલની અભેદ્યતામાં વધારો અને પ્રસરણ પ્રક્રિયાઓમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે, પ્રોટીન વિકૃતિકરણ, પેશીઓના નિર્જલીકરણની ઘટના સાથે. અને કોષના આંતરિક વાતાવરણમાં વિક્ષેપ. કોષોની સંવેદનશીલતા મોટાભાગે તેમના મિટોટિક વિભાજનની તીવ્રતા (માઇટોસિસ જુઓ) અને ચયાપચય પર આધારિત છે: આ તીવ્રતામાં વધારો સાથે, પેશીઓની રેડિયોસંવેદનશીલતા વધે છે (જુઓ રેડિયોસેન્સિટિવિટી). કિરણોત્સર્ગ ઉપચાર માટે તેમનો ઉપયોગ (જુઓ), ખાસ કરીને જીવલેણ નિયોપ્લાઝમની સારવારમાં, પ્રાથમિક કણોના પ્રવાહના આ ગુણધર્મ પર આધારિત છે - આયનાઇઝિંગ રેડિયેશન. ચાર્જ થયેલ પ્રાથમિક કણોની ઘૂસણખોરી ક્ષમતા ઊર્જાના રેખીય સ્થાનાંતરણ (જુઓ) પર મોટી હદ સુધી આધાર રાખે છે, એટલે કે, તેના પાથના એકમ દીઠ, ચાર્જ થયેલ કણના પસાર થવાના બિંદુએ માધ્યમ દ્વારા શોષાયેલી સરેરાશ ઊર્જા પર.
પ્રાથમિક કણોના પ્રવાહની નુકસાનકારક અસર ખાસ કરીને હેમેટોપોએટીક પેશીઓના સ્ટેમ કોશિકાઓ, અંડકોષના ઉપકલા, નાના આંતરડા અને ત્વચાને અસર કરે છે (જુઓ રેડિયેશન સિકનેસ, રેડિયેશન ડેમેજ). સૌ પ્રથમ, ઇરેડિયેશન દરમિયાન સક્રિય ઓર્ગેનોજેનેસિસ અને ભિન્નતાની સ્થિતિમાં હોય તેવી પ્રણાલીઓને અસર થાય છે (જુઓ જટિલ અંગ).
પ્રાથમિક કણોની જૈવિક અને રોગનિવારક અસર તેમના પ્રકાર અને કિરણોત્સર્ગની માત્રા પર આધારિત છે (જુઓ આયનાઇઝિંગ રેડિયેશનના ડોઝ). ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે એક્સ-રે રેડિયેશન (એક્સ-રે થેરાપી જુઓ), ગામા રેડિયેશન (જુઓ ગામા થેરાપી) અને પ્રોટોન રેડિયેશન (પ્રોટોન થેરાપી જુઓ)ના સંપર્કમાં આવે ત્યારે આખા માનવ શરીર પર લગભગ 100 રેડિયેશનની માત્રામાં એક અસ્થાયી ફેરફાર થાય છે. હિમેટોપોઇઝિસ અવલોકન કરવામાં આવે છે; ન્યુટ્રોન કિરણોત્સર્ગનો બાહ્ય પ્રભાવ (જુઓ ન્યુટ્રોન રેડિયેશન) શરીરમાં વિવિધ કિરણોત્સર્ગી પદાર્થોની રચના તરફ દોરી જાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, સોડિયમ, ફોસ્ફરસ, વગેરેના રેડિઓનક્લાઇડ્સ. જ્યારે રેડિયોન્યુક્લાઇડ્સ કે જે બીટા કણો (ઇલેક્ટ્રોન અથવા પોઝિટ્રોન) અથવા ગામા ક્વોન્ટાના સ્ત્રોત છે શરીરમાં, આ શરીરના આંતરિક ઇરેડિયેશન તરીકે થાય છે (જુઓ રેડિયોએક્ટિવ પદાર્થોનો સમાવેશ). આ સંદર્ભે ખાસ કરીને ખતરનાક, ઉદાહરણ તરીકે, શરીરમાં સમાન વિતરણ સાથે રેડિઓન્યુક્લાઇડ્સને ઝડપથી રિસોર્બ કરી રહ્યાં છે. ટ્રીટિયમ (3H) અને પોલોનિયમ-210.
રેડિયોન્યુક્લાઇડ્સ, જે પ્રાથમિક કણોના સ્ત્રોત છે અને ચયાપચયમાં ભાગ લે છે, તેનો ઉપયોગ રેડિયોઆઇસોટોપ ડાયગ્નોસ્ટિક્સમાં થાય છે (જુઓ).
ગ્રંથસૂચિ:અખિઝર એ.આઈ. અને રેકાલો એમ.પી. બાયોગ્રાફી ઓફ એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ્સ, કિવ, 1983 બોગોલ્યુબોવ એન.એન. અને શિરોકોવ ડી.વી. ક્વોન્ટમ ફીલ્ડ્સ, એમ., 1980; જન્મ M. એટોમિક ફિઝિક્સ, ટ્રાન્સ. અંગ્રેજીમાંથી, એમ., 1965; જોન્સ એક્સ. ફિઝિક્સ ઓફ રેડિયોલોજી, ટ્રાન્સ. અંગ્રેજી એમ., 1965; Krongauz A. N., Lyapidevsky V. K. અને Frolova A. V. ફિઝિકલ ફાઉન્ડેશન ઓફ ક્લિનિકલ ડોસિમેટ્રી, M., 1969; ઉચ્ચ-ઊર્જા રેડિયેશનનો ઉપયોગ કરીને રેડિયેશન થેરાપી, ઇડી. આઇ. બેકર અને જી. શુબર્ટ, ટ્રાન્સ. જર્મનમાંથી, એમ., 1964; ટ્યુબિયાના એમ. એટ અલ, રેડિયેશન થેરાપી અને રેડિયોબાયોલોજીના ભૌતિક પાયા, ટ્રાન્સ. ફ્રેન્ચમાંથી, એમ., 1969; શ્પોલસ્કી ઇ.વી. એટોમિક ફિઝિક્સ, વોલ્યુમ 1, એમ., 1984; યંગ સીએચ એલિમેન્ટરી કણો, ટ્રાન્સ. અંગ્રેજી એમ., 1963 થી.
આર. વી. સ્ટેવન્તસ્કી.
અણુ શબ્દનો અર્થ થાય છે "અવિભાજ્ય." તે ગ્રીક ફિલસૂફો દ્વારા સૌથી નાના કણોને નિયુક્ત કરવા માટે રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું, જેમાં તેમની સમજ મુજબ, પદાર્થનો સમાવેશ થાય છે.
ઓગણીસમી સદીના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ અને રસાયણશાસ્ત્રીઓએ તેમને જાણીતા નાના કણોનો સંદર્ભ આપવા માટે આ શબ્દ અપનાવ્યો હતો. જો કે આપણે લાંબા સમયથી અણુઓને "વિભાજિત" કરવામાં સક્ષમ છીએ અને અવિભાજ્ય અવિભાજ્ય બનવાનું બંધ કરી દીધું છે, તેમ છતાં આ શબ્દ સાચવવામાં આવ્યો છે. અમારી વર્તમાન સમજ મુજબ, અણુમાં નાના નાના કણો હોય છે, જેને આપણે કહીએ છીએ પ્રાથમિક કણો. ત્યાં અન્ય પ્રાથમિક કણો પણ છે જે વાસ્તવમાં અણુઓનો ભાગ નથી. તેઓ સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ-શક્તિવાળા સાયક્લોટ્રોન, સિંક્રોટ્રોન અને અન્ય કણોના પ્રવેગકનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવે છે જે ખાસ કરીને આ કણોનો અભ્યાસ કરવા માટે રચાયેલ છે. જ્યારે કોસ્મિક કિરણો વાતાવરણમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે તે પણ થાય છે. આ પ્રાથમિક કણો એક સેકન્ડના થોડા મિલિયનમાં ભાગની અંદર અને ઘણી વખત તેમના દેખાવ પછીના ટૂંકા ગાળામાં પણ ક્ષીણ થઈ જાય છે. સડોના પરિણામે, તેઓ કાં તો અન્ય પ્રાથમિક કણોમાં બદલાય છે અથવા કિરણોત્સર્ગના સ્વરૂપમાં ઊર્જા મુક્ત કરે છે.
પ્રાથમિક કણોનો અભ્યાસ અલ્પજીવી પ્રાથમિક કણોની સતત વધતી સંખ્યા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. જો કે આ સમસ્યા ખૂબ મહત્વની છે, ખાસ કરીને કારણ કે તે ભૌતિકશાસ્ત્રના સૌથી મૂળભૂત નિયમો સાથે જોડાયેલ છે, તેમ છતાં, કણોનો અભ્યાસ હાલમાં ભૌતિકશાસ્ત્રની અન્ય શાખાઓથી લગભગ એકલતામાં કરવામાં આવે છે. આ કારણોસર, અમે ફક્ત તે જ કણોને ધ્યાનમાં લઈશું જે સૌથી સામાન્ય સામગ્રીના કાયમી ઘટકો છે, તેમજ કેટલાક કણો કે જે તેમની ખૂબ નજીક છે. ઓગણીસમી સદીના અંતમાં શોધાયેલ પ્રાથમિક કણોમાંનું પ્રથમ ઇલેક્ટ્રોન હતું, જે પછી અત્યંત ઉપયોગી નોકર બન્યું. રેડિયો ટ્યુબમાં, ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ વેક્યૂમમાં ફરે છે; અને તે આ પ્રવાહને સમાયોજિત કરીને છે કે આવનારા રેડિયો સિગ્નલો એમ્પ્લીફાઇડ થાય છે અને અવાજ અથવા અવાજમાં રૂપાંતરિત થાય છે. ટેલિવિઝનમાં, ઇલેક્ટ્રોન બીમ એક પેન તરીકે કામ કરે છે જે ટ્રાન્સમીટર કેમેરા જે જુએ છે તે રીસીવર સ્ક્રીન પર તરત અને સચોટ રીતે નકલ કરે છે. આ બંને કિસ્સાઓમાં, ઇલેક્ટ્રોન શૂન્યાવકાશમાં ફરે છે જેથી, જો શક્ય હોય તો, તેમની હિલચાલમાં કંઈપણ દખલ ન કરે. અન્ય ઉપયોગી ગુણધર્મ એ તેમની ક્ષમતા છે, જ્યારે ગેસમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે તેને ચમકદાર બનાવે છે. આમ, ઇલેક્ટ્રોનને ચોક્કસ દબાણે ગેસથી ભરેલી કાચની નળીમાંથી પસાર થવાની મંજૂરી આપીને, અમે આ ઘટનાનો ઉપયોગ નિયોન પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરવા માટે કરીએ છીએ, જેનો ઉપયોગ મોટા શહેરોને પ્રકાશિત કરવા માટે રાત્રે થાય છે. અને અહીં ઇલેક્ટ્રોન સાથેની બીજી મીટિંગ છે: વીજળી ચમકી, અને અસંખ્ય ઇલેક્ટ્રોન, હવાની જાડાઈને તોડીને, ગર્જનાનો રોલિંગ અવાજ બનાવે છે.
જો કે, પાર્થિવ પરિસ્થિતિઓમાં પ્રમાણમાં ઓછી સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન છે જે મુક્તપણે ખસેડી શકે છે, જેમ કે આપણે અગાઉના ઉદાહરણોમાં જોયું છે. તેમાંના મોટાભાગના અણુઓમાં સુરક્ષિત રીતે બંધાયેલા છે. અણુનું ન્યુક્લિયસ સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલું હોવાથી, તે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા ઇલેક્ટ્રોનને આકર્ષે છે, જે તેમને ન્યુક્લિયસની પ્રમાણમાં નજીકની ભ્રમણકક્ષામાં રહેવાની ફરજ પાડે છે. અણુમાં સામાન્ય રીતે ન્યુક્લિયસ અને સંખ્યાબંધ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. જો ઇલેક્ટ્રોન અણુ છોડી દે છે, તો તે સામાન્ય રીતે તરત જ અન્ય ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા બદલવામાં આવે છે, જેને અણુ ન્યુક્લિયસ તેના તાત્કાલિક વાતાવરણમાંથી ખૂબ બળ સાથે આકર્ષે છે.
આ અદ્ભુત ઇલેક્ટ્રોન કેવું દેખાય છે? કોઈએ તેને જોયો નથી અને કદી જોશે પણ નહિ; અને તેમ છતાં આપણે તેના ગુણધર્મોને એટલી સારી રીતે જાણીએ છીએ કે આપણે ખૂબ જ વિગતવાર આગાહી કરી શકીએ છીએ કે તે સૌથી વધુ વૈવિધ્યસભર પરિસ્થિતિઓમાં કેવી રીતે વર્તે છે. આપણે તેના સમૂહ (તેનું "વજન") અને તેના વિદ્યુત ચાર્જને જાણીએ છીએ. આપણે જાણીએ છીએ કે મોટાભાગે તે એવું વર્તન કરે છે જાણે આપણી સામેની વ્યક્તિ બહુ નાની હોય કણ, અન્ય કિસ્સાઓમાં તે ગુણધર્મો દર્શાવે છે મોજા. એક અત્યંત અમૂર્ત, પરંતુ તે જ સમયે અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી ડીરાક દ્વારા ઘણા દાયકાઓ પહેલા ઇલેક્ટ્રોનનો ખૂબ જ ચોક્કસ સિદ્ધાંત સંપૂર્ણ સ્વરૂપમાં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો. આ સિદ્ધાંત આપણને એ નક્કી કરવાની તક આપે છે કે કયા સંજોગોમાં ઇલેક્ટ્રોન કણ સાથે વધુ સમાન હશે, અને કયા સંજોગોમાં તેનું તરંગનું પાત્ર પ્રબળ રહેશે. આ દ્વિ પ્રકૃતિ - કણ અને તરંગ - ઇલેક્ટ્રોનનું સ્પષ્ટ ચિત્ર આપવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે; તેથી, એક સિદ્ધાંત જે આ બંને વિભાવનાઓને ધ્યાનમાં લે છે અને તેમ છતાં ઇલેક્ટ્રોનનું સંપૂર્ણ વર્ણન આપે છે તે ખૂબ જ અમૂર્ત હોવું જોઈએ. પરંતુ ઇલેક્ટ્રોન જેવી અદ્ભુત ઘટનાના વર્ણનને વટાણા અને તરંગો જેવી ધરતીની છબીઓ સુધી મર્યાદિત કરવું મૂર્ખતાભર્યું નથી.
ડીરાકના ઈલેક્ટ્રોનના સિદ્ધાંતનો એક પરિસર એ હતો કે ત્યાં એક પ્રાથમિક કણ હોવો જોઈએ જે ઈલેક્ટ્રોન જેવા જ ગુણધર્મો ધરાવતો હોવો જોઈએ, સિવાય કે તે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ હોય અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ ન થાય. ખરેખર, આવા ઇલેક્ટ્રોન ટ્વીનની શોધ કરવામાં આવી હતી અને તેનું નામ આપવામાં આવ્યું હતું પોઝીટ્રોન. તે કોસ્મિક કિરણોનો ભાગ છે, અને ચોક્કસ કિરણોત્સર્ગી પદાર્થોના સડોના પરિણામે પણ ઉદ્ભવે છે. પાર્થિવ પરિસ્થિતિઓમાં, પોઝિટ્રોનનું જીવન ટૂંકું છે. જલદી તે પોતાને ઇલેક્ટ્રોનની નજીકમાં શોધે છે, અને આ બધા પદાર્થોમાં થાય છે, ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોન એકબીજાને "નાશ" કરે છે; પોઝિટ્રોનનો હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઇલેક્ટ્રોનના નકારાત્મક ચાર્જને તટસ્થ કરે છે. કારણ કે, સાપેક્ષતા અનુસાર, સમૂહ એ ઊર્જાનું એક સ્વરૂપ છે, અને ઊર્જા "અવિનાશી" હોવાથી, ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોનના સંયુક્ત સમૂહ દ્વારા રજૂ થતી ઊર્જાને કોઈક રીતે સાચવવી જોઈએ. આ કાર્ય ફોટોન (પ્રકાશનું પ્રમાણ), અથવા સામાન્ય રીતે બે ફોટોન દ્વારા કરવામાં આવે છે જે આ ભયંકર અથડામણના પરિણામે ઉત્સર્જિત થાય છે; તેમની ઉર્જા ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝીટ્રોનની કુલ ઉર્જા જેટલી છે.
આપણે એ પણ જાણીએ છીએ કે રિવર્સ પ્રક્રિયા પણ થાય છે; ફોટોન, અમુક પરિસ્થિતિઓમાં, ઉદાહરણ તરીકે, અણુના ન્યુક્લિયસની નજીક ઉડીને, ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોન "કંઈ બહાર" બનાવી શકે છે. આવી રચના માટે તેની પાસે ઓછામાં ઓછી ઈલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોનના કુલ દળને અનુરૂપ ઊર્જા જેટલી ઊર્જા હોવી જોઈએ.
તેથી, પ્રાથમિક કણો શાશ્વત કે સ્થિર નથી. ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝીટ્રોન બંને દેખાઈ શકે છે અને અદૃશ્ય થઈ શકે છે; જો કે, ઉર્જા અને પરિણામી વિદ્યુત શુલ્ક સચવાય છે.
ઈલેક્ટ્રોન સિવાય, અન્ય કોઈપણ કણો કરતાં અમને ખૂબ જ પહેલા જાણીતું પ્રાથમિક કણ પોઝિટ્રોન નથી, જે પ્રમાણમાં દુર્લભ છે, પરંતુ પ્રોટોન- હાઇડ્રોજન અણુનું ન્યુક્લિયસ. પોઝિટ્રોનની જેમ, તે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે, પરંતુ તેનું દળ પોઝિટ્રોન અથવા ઇલેક્ટ્રોનના દળ કરતાં લગભગ બે હજાર ગણું વધારે છે. આ કણોની જેમ, પ્રોટોન ક્યારેક તરંગ ગુણધર્મો દર્શાવે છે, પરંતુ માત્ર અત્યંત વિશિષ્ટ પરિસ્થિતિઓમાં. હકીકત એ છે કે તેની તરંગની પ્રકૃતિ ઓછી ઉચ્ચારણ છે તે વાસ્તવમાં તેના ઘણા મોટા સમૂહના કબજાનું સીધુ પરિણામ છે. તરંગ પ્રકૃતિ, જે તમામ પદાર્થોની લાક્ષણિકતા છે, જ્યાં સુધી આપણે ઈલેક્ટ્રોન જેવા વિશિષ્ટ રૂપે પ્રકાશ કણો સાથે કામ કરવાનું શરૂ ન કરીએ ત્યાં સુધી તે આપણા માટે મહત્વપૂર્ણ નથી.
પ્રોટોન એ એક ખૂબ જ સામાન્ય કણ છે જે હાઇડ્રોજન પરમાણુમાં પ્રોટોનનો સમાવેશ થાય છે, જે તેનું ન્યુક્લિયસ છે અને ઇલેક્ટ્રોન તેની આસપાસ ફરે છે. પ્રોટોન એ અન્ય તમામ અણુ ન્યુક્લીનો પણ ભાગ છે.
સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ આગાહી કરી હતી કે પ્રોટોન, ઇલેક્ટ્રોનની જેમ, એન્ટિપાર્ટિકલ ધરાવે છે. ઓપનિંગ નકારાત્મક પ્રોટોનઅથવા એન્ટિપ્રોટોન, જે પ્રોટોન જેવા જ ગુણધર્મો ધરાવે છે પરંતુ નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ છે, આ આગાહીની પુષ્ટિ કરે છે. પ્રોટોન સાથે એન્ટિપ્રોટોનની અથડામણ ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોનની અથડામણની જેમ બંનેને "નાશ" કરે છે.
અન્ય પ્રાથમિક કણ ન્યુટ્રોન, લગભગ પ્રોટોન જેટલો જ દળ ધરાવે છે, પરંતુ તે વિદ્યુત રીતે તટસ્થ છે (બિલકુલ વિદ્યુત ચાર્જ નથી). અમારી સદીના ત્રીસના દાયકામાં તેની શોધ - પોઝિટ્રોનની શોધ સાથે લગભગ એક સાથે - પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ હતી. ન્યુટ્રોન એ તમામ અણુ ન્યુક્લીનો ભાગ છે (અલબત્ત, હાઇડ્રોજન અણુના સામાન્ય ન્યુક્લિયસના અપવાદ સિવાય, જે ખાલી પ્રોટોન છે); જ્યારે અણુ ન્યુક્લિયસ તૂટી જાય છે, ત્યારે તે એક (અથવા વધુ) ન્યુટ્રોન છોડે છે. યુરેનિયમ અથવા પ્લુટોનિયમ ન્યુક્લીમાંથી મુક્ત થતા ન્યુટ્રોનને કારણે અણુ બોમ્બ વિસ્ફોટ થાય છે.
પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન એકસાથે અણુ ન્યુક્લી બનાવે છે, બંનેને ન્યુક્લિયન કહેવામાં આવે છે, થોડા સમય પછી, મુક્ત ન્યુટ્રોન પ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનમાં ફેરવાય છે.
નામના બીજા કણથી આપણે પરિચિત છીએ એન્ટિન્યુટ્રોન, જે ન્યુટ્રોનની જેમ વિદ્યુત તટસ્થ છે. તેમાં ન્યુટ્રોનના ઘણા ગુણધર્મો છે, પરંતુ એક મૂળભૂત તફાવત એ છે કે એન્ટિન્યુટ્રોન એન્ટિપ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનમાં ક્ષીણ થઈ જાય છે. જ્યારે અથડામણ થાય છે, ત્યારે ન્યુટ્રોન અને એન્ટિન્યુટ્રોન એકબીજાનો નાશ કરે છે,
ફોટોન, અથવા પ્રકાશ ક્વોન્ટમ, એક અત્યંત રસપ્રદ પ્રાથમિક કણ છે. પુસ્તક વાંચવા ઈચ્છતા, અમે લાઇટ બલ્બ ચાલુ કરીએ છીએ. તેથી, સ્વીચ-ઓન લાઇટ બલ્બ મોટી સંખ્યામાં ફોટોન ઉત્પન્ન કરે છે જે પ્રકાશની ઝડપે પુસ્તક તેમજ રૂમના અન્ય તમામ ખૂણાઓ તરફ ધસી જાય છે. તેમાંના કેટલાક, દિવાલો સાથે અથડાતા, તરત જ મૃત્યુ પામે છે, અન્ય અન્ય વસ્તુઓની દિવાલોને વારંવાર અથડાવે છે અને ઉછાળે છે, પરંતુ તેમના દેખાવની ક્ષણથી એક સેકન્ડના એક મિલિયનમાં ભાગથી ઓછા સમય પછી, તેઓ બધા મૃત્યુ પામે છે, માત્ર અપવાદ સિવાય. કેટલાક જેઓ બારીમાંથી છટકી જવામાં અને અવકાશમાં સરકી જવાનું મેનેજ કરે છે. ફોટોન પેદા કરવા માટે જરૂરી ઉર્જા લાઇટ બલ્બ ચાલુ હોય ત્યારે તેમાંથી વહેતા ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવે છે; મૃત્યુ પામે છે, ફોટોન આ ઊર્જા પુસ્તક અથવા અન્ય વસ્તુને આપે છે, તેને ગરમ કરે છે અથવા આંખને, ઓપ્ટિક ચેતાને ઉત્તેજિત કરે છે.
ફોટોનની ઉર્જા, અને તેથી તેનો સમૂહ, યથાવત રહેતો નથી: ત્યાં ખૂબ જ ભારે ફોટોન સાથે ખૂબ હળવા ફોટોન હોય છે. ફોટોન જે સામાન્ય પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરે છે તે ખૂબ જ હળવા હોય છે, તેમનું દળ ઇલેક્ટ્રોનના દળના માત્ર થોડા મિલિયનમા ભાગનું હોય છે. અન્ય ફોટોનનું દળ લગભગ ઇલેક્ટ્રોનના દળ જેટલું જ હોય છે અને તેનાથી પણ ઘણું વધારે હોય છે. ભારે ફોટોનનાં ઉદાહરણો એક્સ-રે અને ગામા કિરણો છે.
અહીં એક સામાન્ય નિયમ છે: પ્રાથમિક કણ જેટલો હળવો, તેની તરંગ પ્રકૃતિ વધુ અભિવ્યક્ત. સૌથી ભારે પ્રાથમિક કણો - પ્રોટોન - પ્રમાણમાં નબળા તરંગ લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે; તેઓ ઇલેક્ટ્રોન માટે કંઈક અંશે મજબૂત છે; સૌથી મજબૂત ફોટોન છે. હકીકતમાં, પ્રકાશની તરંગ પ્રકૃતિ તેની કોર્પસ્ક્યુલર લાક્ષણિકતાઓ કરતાં ઘણી વહેલી શોધાઈ હતી. અમે જાણીએ છીએ કે પ્રકાશ એ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોની હિલચાલ સિવાય બીજું કંઈ નથી કારણ કે મેક્સવેલે છેલ્લી સદીના ઉત્તરાર્ધ દરમિયાન આ દર્શાવ્યું હતું, પરંતુ વીસમી સદીના પ્રારંભમાં તે પ્લાન્ક અને આઈન્સ્ટાઈન હતા, જેમણે શોધ્યું હતું કે પ્રકાશમાં પણ કોર્પસ્ક્યુલર લાક્ષણિકતાઓ છે. , કે તે કેટલીકવાર વ્યક્તિગત "ક્વોન્ટા" ના સ્વરૂપમાં અથવા બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ફોટોનના પ્રવાહના સ્વરૂપમાં ઉત્સર્જિત થાય છે. તે નકારી શકાય નહીં કે પ્રકાશના સ્વભાવની આ બે દેખીતી રીતે ભિન્ન વિભાવનાઓને આપણા મનમાં એકીકૃત કરવી અને એકસાથે જોડવું મુશ્કેલ છે; પરંતુ આપણે કહી શકીએ કે, ઈલેક્ટ્રોનની "દ્વિ પ્રકૃતિ"ની જેમ, પ્રકાશ જેવી પ્રપંચી ઘટનાનો આપણો ખ્યાલ ખૂબ જ અમૂર્ત હોવો જોઈએ. અને માત્ર ત્યારે જ જ્યારે આપણે આપણા વિચારને રફ ઈમેજમાં વ્યક્ત કરવા ઈચ્છીએ છીએ, ત્યારે આપણે ક્યારેક પ્રકાશને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રકૃતિના કણો, ફોટોન અથવા તરંગ ગતિના પ્રવાહ સાથે સરખાવવો જોઈએ.
ઘટનાની કોર્પસ્ક્યુલર પ્રકૃતિ અને તેના "તરંગ" ગુણધર્મો વચ્ચે સંબંધ છે. ભારે કણ, અનુરૂપ તરંગલંબાઇ ટૂંકી; તરંગલંબાઇ જેટલી લાંબી, અનુરૂપ કણ હળવા. એક્સ-રે, જેમાં ખૂબ ભારે ફોટોન હોય છે, તે અનુરૂપ રીતે ખૂબ જ ટૂંકી તરંગલંબાઇ ધરાવે છે. લાલ પ્રકાશ, જે વાદળી પ્રકાશ કરતાં લાંબી તરંગલંબાઇ ધરાવે છે, તે ફોટોનથી બનેલો છે જે વાદળી પ્રકાશ વહન કરતા ફોટોન કરતાં હળવા હોય છે. અસ્તિત્વમાં રહેલા સૌથી લાંબા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો, રેડિયો તરંગો, નાના ફોટોનથી બનેલા છે. આ તરંગો કણોના ગુણધર્મોને સહેજ પણ દર્શાવતા નથી;
અને અંતે, તમામ નાના પ્રાથમિક કણોમાં સૌથી નાનો છે ન્યુટ્રિનો. તેની પાસે કોઈ વિદ્યુત ચાર્જ નથી, અને જો તેનું દળ હોય, તો તે શૂન્યની નજીક છે. થોડી અતિશયોક્તિ સાથે, આપણે કહી શકીએ કે ન્યુટ્રિનો ફક્ત ગુણધર્મોથી વંચિત છે.
પ્રાથમિક કણોનું આપણું જ્ઞાન એ ભૌતિકશાસ્ત્રની આધુનિક સીમા છે. ઓગણીસમી સદીમાં અણુની શોધ થઈ હતી, અને તે સમયના વૈજ્ઞાનિકોએ વિવિધ પ્રકારના અણુઓની વધતી જતી સંખ્યા શોધી કાઢી હતી; તેવી જ રીતે, આજે આપણે વધુ ને વધુ પ્રાથમિક કણો શોધી રહ્યા છીએ. અને તેમ છતાં તે સાબિત થયું છે કે અણુઓમાં પ્રાથમિક કણોનો સમાવેશ થાય છે, અમે અપેક્ષા રાખી શકતા નથી કે, સાદ્રશ્ય દ્વારા, તે જાણવા મળશે કે પ્રાથમિક કણોમાં પણ નાના કણોનો સમાવેશ થાય છે. આજે આપણી સામે જે સમસ્યા છે તે ખૂબ જ અલગ છે, અને એવા સહેજ પણ સંકેત નથી કે આપણે પ્રાથમિક કણોને વિભાજિત કરી શકીશું. તેના બદલે, આશા એ છે કે તમામ પ્રાથમિક કણો એક વધુ મૂળભૂત ઘટનાના અભિવ્યક્તિ તરીકે દર્શાવવામાં આવશે. અને જો આ સ્થાપિત કરવું શક્ય હતું, તો આપણે પ્રાથમિક કણોના તમામ ગુણધર્મોને સમજી શકીશું; તેમના સમૂહ અને તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પદ્ધતિઓની ગણતરી કરી શકે છે. આ સમસ્યાના ઉકેલ માટે ઘણા પ્રયત્નો કરવામાં આવ્યા છે, જે ભૌતિકશાસ્ત્રની સૌથી મહત્વપૂર્ણ સમસ્યાઓમાંની એક છે.
"પ્રાથમિક કણ" ખ્યાલની કોઈ સ્પષ્ટ વ્યાખ્યા નથી; સામાન્ય રીતે આ કણોની લાક્ષણિકતા ધરાવતા ભૌતિક જથ્થાના મૂલ્યોનો માત્ર ચોક્કસ સમૂહ અને તેમના કેટલાક ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ વિશિષ્ટ ગુણધર્મો સૂચવવામાં આવે છે. પ્રાથમિક કણો ધરાવે છે:
1) ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ
2) આંતરિક કોણીય ગતિ અથવા સ્પિન
3) ચુંબકીય ક્ષણ
4) પોતાનો સમૂહ - "બાકીનો સમૂહ"
ભવિષ્યમાં, કણોની લાક્ષણિકતા ધરાવતા અન્ય જથ્થાઓ શોધી કાઢવામાં આવી શકે છે, તેથી પ્રાથમિક કણોના મુખ્ય ગુણધર્મોની આ સૂચિ સંપૂર્ણ ગણવી જોઈએ નહીં.
જો કે, તમામ પ્રાથમિક કણો (તેની સૂચિ નીચે આપેલ છે) પાસે ઉપરોક્ત ગુણધર્મોનો સંપૂર્ણ સમૂહ નથી તેમાંથી કેટલાકમાં માત્ર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ અને દળ હોય છે, પરંતુ કોઈ સ્પિન (ચાર્જ્ડ પાયન્સ અને કાઓન્સ) નથી; અન્ય કણોમાં દળ, સ્પિન અને ચુંબકીય ક્ષણ હોય છે, પરંતુ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ (ન્યુટ્રોન, લેમ્બડા હાયપરન) હોતા નથી; હજુ પણ અન્ય લોકો પાસે માત્ર માસ (તટસ્થ પિયોન્સ અને કાઓન્સ) અથવા માત્ર સ્પિન (ફોટોન્સ, ન્યુટ્રિનો) છે. પ્રાથમિક કણો માટે ઉપર સૂચિબદ્ધ ગુણધર્મોમાંથી ઓછામાં ઓછું એક હોવું ફરજિયાત છે. નોંધ કરો કે પદાર્થના સૌથી મહત્વપૂર્ણ કણો - રન અને ઇલેક્ટ્રોન - આ ગુણધર્મોના સંપૂર્ણ સમૂહ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. તેના પર ભાર મૂકવો આવશ્યક છે: ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ અને સ્પિન એ પદાર્થના કણોના મૂળભૂત ગુણધર્મો છે, એટલે કે તેમના સંખ્યાત્મક મૂલ્યો તમામ પરિસ્થિતિઓમાં સ્થિર રહે છે.
કણો અને વિરોધી કણો
દરેક પ્રાથમિક કણ તેના વિરોધી છે - એક "એન્ટીપાર્ટિકલ". કણ અને એન્ટિપાર્ટિકલનું દળ, સ્પિન અને ચુંબકીય ક્ષણ સમાન છે, પરંતુ જો કણમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ હોય, તો તેના એન્ટિપાર્ટિકલ પર વિપરીત ચિહ્નનો ચાર્જ હોય છે. પ્રોટોન, પોઝિટ્રોન અને એન્ટિન્યુટ્રોન સમાન ચુંબકીય ક્ષણો અને સ્પિન ધરાવે છે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન, ન્યુટ્રોન અને એન્ટિપ્રોટોન વિરુદ્ધ દિશા ધરાવે છે.
તેના એન્ટિપાર્ટિકલ સાથે કણની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અન્ય કણો સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે. આ તફાવત એ હકીકતમાં વ્યક્ત થાય છે કે કણ અને તેના એન્ટિપાર્ટિકલ વિનાશ માટે સક્ષમ છે, એટલે કે, એક પ્રક્રિયા જેના પરિણામે તેઓ અદૃશ્ય થઈ જાય છે, અને અન્ય કણો તેમની જગ્યાએ દેખાય છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોનના વિનાશના પરિણામે, ફોટોન, પ્રોટોન અને એન્ટિપ્રોટોન-પાયન્સ વગેરે દેખાય છે.
જીવન સમય
સ્થિરતા એ પ્રાથમિક કણોનું ફરજિયાત લક્ષણ નથી. માત્ર ઇલેક્ટ્રોન, પ્રોટોન, ન્યુટ્રિનો અને તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ તેમજ ફોટોન સ્થિર છે. બાકીના કણો સીધા જ સ્થિર કણોમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જેમ થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, ન્યુટ્રોન સાથે અથવા ક્રમિક પરિવર્તનની સાંકળ દ્વારા; ઉદાહરણ તરીકે, અસ્થિર નકારાત્મક પિયોન પ્રથમ મ્યુઓન અને ન્યુટ્રિનોમાં ફેરવાય છે, અને પછી મ્યુઓન ઇલેક્ટ્રોન અને અન્ય ન્યુટ્રિનોમાં ફેરવાય છે:
પ્રતીકો "મ્યુઓન" ન્યુટ્રિનો અને એન્ટિન્યુટ્રિનો સૂચવે છે, જે "ઇલેક્ટ્રોનિક" ન્યુટ્રિનો અને એન્ટિન્યુટ્રિનોથી અલગ છે.
કણોની અસ્થિરતાનું મૂલ્યાંકન "જન્મ" ની ક્ષણથી સડોની ક્ષણ સુધીના તેમના અસ્તિત્વના સમયગાળા દ્વારા કરવામાં આવે છે; સમયની આ બંને ક્ષણોને માપવાના સ્થાપનોમાં પાર્ટિકલ ટ્રેક દ્વારા ચિહ્નિત કરવામાં આવે છે. જો આપેલ "પ્રકાર" ના કણોની મોટી સંખ્યામાં અવલોકનો હોય, તો ક્યાં તો "સરેરાશ આયુષ્ય" અથવા ક્ષયના અર્ધ જીવનની ગણતરી કરવામાં આવે છે, ચાલો આપણે ધારીએ કે અમુક સમયે ક્ષીણ થતા કણોની સંખ્યા સમાન છે. અને તે ક્ષણે આ સંખ્યા સમાન બની જાય છે એમ ધારી રહ્યા છીએ કે કણોનો સડો સંભવિત કાયદાનું પાલન કરે છે
તમે સરેરાશ જીવનકાળ (જે દરમિયાન કણોની સંખ્યા પરિબળથી ઘટે છે) અને અર્ધ જીવનની ગણતરી કરી શકો છો
(જે દરમિયાન આ સંખ્યા અડધી થઈ ગઈ છે).
એ નોંધવું રસપ્રદ છે કે:
1) ન્યુટ્રિનો અને ફોટોન સિવાયના તમામ અનચાર્જ કણો અસ્થિર છે (ન્યુટ્રિનો અને ફોટોન અન્ય પ્રાથમિક કણોમાં અલગ છે કારણ કે તેમની પાસે પોતાનો બાકીનો સમૂહ નથી);
2) ચાર્જ થયેલા કણોમાંથી, ફક્ત ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોન (અને તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ) સ્થિર છે.
અહીં સૌથી મહત્વપૂર્ણ કણોની સૂચિ છે (તેમની સંખ્યા વર્તમાન સમયે સતત વધી રહી છે) હોદ્દો અને મુખ્ય
ગુણધર્મો; ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ સામાન્ય રીતે પ્રાથમિક એકમોના સમૂહમાં - ઇલેક્ટ્રોન માસ સ્પિનના એકમોમાં - એકમોમાં સૂચવવામાં આવે છે
(સ્કેન જુઓ)
કણ વર્ગીકરણ
પ્રાથમિક કણોના અભ્યાસે દર્શાવ્યું છે કે તેમના મૂળભૂત ગુણધર્મો (ચાર્જ, માસ, સ્પિન) ના મૂલ્યો અનુસાર તેમને જૂથબદ્ધ કરવું અપૂરતું છે. આ કણોને નોંધપાત્ર રીતે અલગ "પરિવારો" માં વિભાજિત કરવું જરૂરી હોવાનું બહાર આવ્યું:
1) ફોટોન, 2) લેપ્ટોન, 3) મેસોન્સ, 4) બેરીયન્સ
અને કણોની નવી વિશેષતાઓ રજૂ કરો જે દર્શાવે છે કે આપેલ કણો આ પરિવારોમાંથી એકનો છે. આ લાક્ષણિકતાઓને પરંપરાગત રીતે "ચાર્જ" અથવા "સંખ્યાઓ" કહેવામાં આવે છે. ત્રણ પ્રકારના શુલ્ક છે:
1) લેપ્ટન-ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ;
2) લેપ્ટન-મ્યુન ચાર્જ
3) બેરીયન ચાર્જ
આ શુલ્કને સંખ્યાત્મક મૂલ્યો આપવામાં આવે છે: અને -1 (કણોમાં વત્તાનું ચિહ્ન હોય છે, એન્ટિપાર્ટિકલ્સમાં માઈનસ ચિહ્ન હોય છે; ફોટોન અને મેસોન્સમાં શૂન્ય ચાર્જ હોય છે).
પ્રાથમિક કણો નીચેના બે નિયમોનું પાલન કરે છે:
દરેક પ્રાથમિક કણ માત્ર એક જ પરિવારનો છે અને તે ઉપરોક્ત ચાર્જીસ (સંખ્યાઓ)માંથી માત્ર એક જ છે.
ઉદાહરણ તરીકે:
જો કે, પ્રાથમિક કણોના એક પરિવારમાં સંખ્યાબંધ વિવિધ કણો હોઈ શકે છે; ઉદાહરણ તરીકે, બેરીયોન્સના જૂથમાં પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને મોટી સંખ્યામાં હાયપરનનો સમાવેશ થાય છે. ચાલો પરિવારોમાં પ્રાથમિક કણોનું વિભાજન રજૂ કરીએ:
લેપ્ટોન્સ "ઇલેક્ટ્રોનિક": તેમાં ઇલેક્ટ્રોન પોઝિટ્રોન ઇલેક્ટ્રોન ન્યુટ્રિનો અને ઇલેક્ટ્રોન એન્ટિન્યુટ્રિનોનો સમાવેશ થાય છે
લેપ્ટોન્સ "મ્યુઓનિક": આમાં નકારાત્મક અને હકારાત્મક વિદ્યુત ચાર્જવાળા મ્યુઓન અને મ્યુઓન ન્યુટ્રિનો અને એન્ટિન્યુટ્રિનોનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, હાયપરન અને તેમના તમામ એન્ટિપાર્ટિકલ્સનો સમાવેશ થાય છે.
ઇલેક્ટ્રીક ચાર્જનું અસ્તિત્વ અથવા ગેરહાજરી સૂચિબદ્ધ કુટુંબોમાંના કોઈપણમાં સભ્યપદ સાથે સંકળાયેલ નથી. તે નોંધવામાં આવ્યું છે કે તમામ કણો કે જેનું સ્પિન 1/2 ની બરાબર છે તે જરૂરી છે કે ઉપર દર્શાવેલ ચાર્જમાંથી એક હોય. ફોટોન (જેની સ્પિન એકતા સમાન છે), મેસોન્સ - પાયન્સ અને કાઓન્સ (જેની સ્પિન શૂન્યની બરાબર છે) પાસે ન તો લેપ્ટોનિક કે બેરીયોન ચાર્જ છે.
તમામ ભૌતિક ઘટનાઓમાં જેમાં પ્રાથમિક કણો ભાગ લે છે - સડો પ્રક્રિયાઓમાં; જન્મ, વિનાશ અને પરસ્પર પરિવર્તન, બીજો નિયમ અવલોકન કરવામાં આવે છે:
દરેક પ્રકારના ચાર્જ માટે અલગથી સંખ્યાઓનો બીજગણિત સરવાળો હંમેશા સ્થિર રાખવામાં આવે છે.
આ નિયમ ત્રણ સંરક્ષણ કાયદાની સમકક્ષ છે:
આ કાયદાઓનો અર્થ એવો પણ થાય છે કે વિવિધ પરિવારોના કણો વચ્ચેના પરસ્પર પરિવર્તનો પ્રતિબંધિત છે.
કેટલાક કણો માટે - કાઓન્સ અને હાયપરન્સ - તે ઉપરાંત અન્ય લાક્ષણિકતા રજૂ કરવી જરૂરી હોવાનું બહાર આવ્યું છે, જેને સ્ટ્રેન્જનેસ કહેવાય છે અને કાઓન્સ દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે તેમાં લેમ્બડા અને સિગ્મા હાયપરન્સ છે - xi-હાયપરન્સ - (કણો માટે ઉપલા ચિહ્ન, એન્ટિપાર્ટિકલ્સ માટે નીચલું ચિહ્ન). પ્રક્રિયાઓમાં કે જેમાં વિચિત્રતાવાળા કણોનો દેખાવ (જન્મ) અવલોકન કરવામાં આવે છે, નીચેના નિયમનું અવલોકન કરવામાં આવે છે:
વિચિત્રતાના સંરક્ષણનો કાયદો. આનો અર્થ એ છે કે એક વિચિત્ર કણનો દેખાવ આવશ્યકપણે એક અથવા વધુ વિચિત્ર એન્ટિપાર્ટિકલ્સના દેખાવ સાથે હોવો જોઈએ, જેથી પહેલા અને પછીની સંખ્યાઓનો બીજગણિત સરવાળો
જન્મ પ્રક્રિયા સતત રહી. તે પણ નોંધ્યું છે કે વિચિત્ર કણોના સડો દરમિયાન, વિચિત્રતાના સંરક્ષણના કાયદાનું પાલન કરવામાં આવતું નથી, એટલે કે, આ કાયદો ફક્ત વિચિત્ર કણોના જન્મની પ્રક્રિયામાં જ કાર્ય કરે છે. આમ, વિચિત્ર કણો માટે સર્જન અને ક્ષયની પ્રક્રિયાઓ ઉલટાવી ન શકાય તેવી હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, લેમ્બડા હાયપરન (વિચિત્રતા એ પ્રોટોન અને નેગેટિવ પિયોનમાં ક્ષીણ થાય છે:
આ પ્રતિક્રિયામાં, વિચિત્રતાના સંરક્ષણનો નિયમ અવલોકન કરવામાં આવતો નથી, કારણ કે પ્રતિક્રિયા પછી મેળવેલ પ્રોટોન અને પીઓન શૂન્ય સમાન વિચિત્રતા ધરાવે છે. જો કે, વિપરીત પ્રતિક્રિયામાં, જ્યારે નકારાત્મક પીઓન પ્રોટોન સાથે અથડાય છે, ત્યારે એક લેમ્બડા હાયપરન દેખાતું નથી; વિપરીત ચિહ્નોની વિચિત્રતા ધરાવતા બે કણોની રચના સાથે પ્રતિક્રિયા આગળ વધે છે:
પરિણામે, લેમ્બડા હાયપરન બનાવવાની પ્રતિક્રિયામાં, વિચિત્રતાના સંરક્ષણનો કાયદો અવલોકન કરવામાં આવે છે: પ્રતિક્રિયા પહેલાં અને પછી, "વિચિત્ર" સંખ્યાઓનો બીજગણિત સરવાળો શૂન્ય બરાબર છે. માત્ર એક સડો પ્રતિક્રિયા જાણીતી છે જેમાં વિચિત્ર સંખ્યાઓના સરવાળાની સ્થિરતા જોવા મળે છે - આ તટસ્થ સિગ્મા હાયપરનનો લેમ્બડા હાયપરન અને ફોટોનમાં ક્ષય છે:
વિચિત્ર કણોની બીજી વિશેષતા એ છે કે જન્મ પ્રક્રિયાઓની અવધિ (ના ક્રમમાં) અને તેમના અસ્તિત્વના સરેરાશ સમય (લગભગ ) વચ્ચેનો તીવ્ર તફાવત; અન્ય (બિન-વિચિત્ર) કણો માટે આ સમય સમાન ક્રમના છે.
નોંધ કરો કે લેપ્ટોન અને બેરીઓન નંબરો અથવા ચાર્જીસ રજૂ કરવાની જરૂરિયાત અને ઉપરોક્ત સંરક્ષણ કાયદાઓનું અસ્તિત્વ સૂચવે છે કે આ ચાર્જ વિવિધ પ્રકારના કણો, તેમજ કણો અને એન્ટિપાર્ટિકલ્સ વચ્ચેના ગુણાત્મક તફાવતને વ્યક્ત કરે છે. હકીકત એ છે કે કણો અને એન્ટિપાર્ટિકલ્સને વિરોધી ચિહ્નોના શુલ્ક સોંપવામાં આવે છે તે તેમની વચ્ચે પરસ્પર પરિવર્તનની અશક્યતા સૂચવે છે.
માઇક્રોવર્લ્ડની ઊંડાણોમાં વધુ ઘૂંસપેંઠ એ અણુઓના સ્તરથી પ્રાથમિક કણોના સ્તર સુધીના સંક્રમણ સાથે સંકળાયેલું છે. 19મી સદીના અંતમાં પ્રથમ પ્રાથમિક કણ તરીકે. ઈલેક્ટ્રોનની શોધ થઈ, અને પછી 20મી સદીના પ્રથમ દાયકાઓમાં. - ફોટોન, પ્રોટોન, પોઝીટ્રોન અને ન્યુટ્રોન.
બીજા વિશ્વયુદ્ધ પછી, આધુનિક પ્રાયોગિક તકનીકના ઉપયોગ માટે આભાર, અને સૌથી વધુ શક્તિશાળી પ્રવેગક, જેમાં ઉચ્ચ ઊર્જા અને પ્રચંડ ઝડપની પરિસ્થિતિઓ બનાવવામાં આવે છે, મોટી સંખ્યામાં પ્રાથમિક કણોનું અસ્તિત્વ સ્થાપિત થયું હતું - 300 થી વધુ. તેમાંથી રેઝોનન્સ, ક્વાર્ક અને વર્ચ્યુઅલ કણો સહિત પ્રાયોગિક રીતે શોધાયેલ અને સૈદ્ધાંતિક રીતે ગણતરી કરવામાં આવે છે.
મુદત પ્રાથમિક કણમૂળ અર્થ એ છે કે સરળ, વધુ અવિભાજ્ય કણો કે જે કોઈપણ સામગ્રીની રચનાને અંતર્ગત કરે છે. પાછળથી, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ સૂક્ષ્મ પદાર્થોના સંબંધમાં "પ્રાથમિક" શબ્દના સમગ્ર સંમેલનને સમજ્યું. હવે તેમાં કોઈ શંકા નથી કે કણોની એક અથવા બીજી રચના છે, પરંતુ, તેમ છતાં, ઐતિહાસિક રીતે સ્થાપિત નામ અસ્તિત્વમાં છે.
પ્રાથમિક કણોની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ સમૂહ, ચાર્જ, સરેરાશ જીવનકાળ, સ્પિન અને ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓ છે.
આરામ સમૂહ પ્રાથમિક કણો ઇલેક્ટ્રોનના બાકીના દળના સંબંધમાં નિર્ધારિત થાય છે ત્યાં પ્રાથમિક કણો છે જેમાં બાકીનો સમૂહ નથી - ફોટોન. આ માપદંડ અનુસાર બાકીના કણોને વિભાજિત કરવામાં આવે છે લેપ્ટોન્સ- પ્રકાશ કણો (ઇલેક્ટ્રોન અને ન્યુટ્રિનો); મેસોન્સ- એક થી હજાર ઇલેક્ટ્રોન માસ સુધીના સમૂહ સાથે મધ્યમ કદના કણો; બેરીઓન્સ- ભારે કણો કે જેનું દળ હજાર ઈલેક્ટ્રોન માસ કરતા વધી જાય છે અને જેમાં પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, હાયપરન અને ઘણા રેઝોનન્સનો સમાવેશ થાય છે.
ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ પ્રાથમિક કણોની બીજી મહત્વની લાક્ષણિકતા છે. બધા જાણીતા કણો હકારાત્મક, નકારાત્મક અથવા શૂન્ય ચાર્જ ધરાવે છે. દરેક કણ, ફોટોન અને બે મેસોન્સ સિવાય, વિરોધી ચાર્જવાળા એન્ટિપાર્ટિકલ્સને અનુરૂપ છે. 1963-1964ની આસપાસ અસ્તિત્વ વિશે એક પૂર્વધારણા આગળ મૂકવામાં આવી હતી ક્વાર્ક- અપૂર્ણાંક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ સાથેના કણો. આ પૂર્વધારણા હજુ સુધી પ્રાયોગિક રીતે પુષ્ટિ મળી નથી.
જીવનકાળ દ્વારા કણો વિભાજિત કરવામાં આવે છે સ્થિર અને અસ્થિર . પાંચ સ્થિર કણો છે: ફોટોન, બે પ્રકારના ન્યુટ્રિનો, ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોન. તે સ્થિર કણો છે જે મેક્રોબોડીઝની રચનામાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. અન્ય તમામ કણો અસ્થિર છે, તેઓ લગભગ 10 -10 -10 -24 સેકંડ સુધી અસ્તિત્વ ધરાવે છે, ત્યારબાદ તેઓ ક્ષીણ થઈ જાય છે. 10–23–10–22 સેકન્ડના સરેરાશ જીવનકાળ સાથે પ્રાથમિક કણો કહેવાય છે પડઘો. તેમના ટૂંકા જીવનકાળને કારણે, તેઓ અણુ અથવા અણુ ન્યુક્લિયસને પણ છોડે તે પહેલાં તેઓ ક્ષીણ થઈ જાય છે. પ્રતિધ્વનિ અવસ્થાઓની ગણતરી સૈદ્ધાંતિક રીતે કરવામાં આવી હતી;
ચાર્જ, સમૂહ અને જીવનકાળ ઉપરાંત, પ્રાથમિક કણોનું વર્ણન એવા ખ્યાલો દ્વારા પણ કરવામાં આવે છે કે જેનું શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્રમાં કોઈ અનુરૂપ નથી: ખ્યાલ પાછા . સ્પિન એ કણની આંતરિક કોણીય ગતિ છે જે તેની હિલચાલ સાથે સંકળાયેલ નથી. સ્પિન દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે સ્પિન ક્વોન્ટમ નંબર s, જે પૂર્ણાંક (±1) અથવા અર્ધ-પૂર્ણાંક (±1/2) મૂલ્યો લઈ શકે છે. પૂર્ણાંક સ્પિન સાથેના કણો - બોસોન, અડધા પૂર્ણાંક સાથે - ફર્મિઓન્સ. ઇલેક્ટ્રોનને ફર્મિઓન તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. પાઉલી સિદ્ધાંત મુજબ, એક અણુમાં સમાન સંખ્યાના સમૂહ સાથે એક કરતા વધુ ઈલેક્ટ્રોન હોઈ શકે નહીં. n,m,l,s. ઇલેક્ટ્રોન, જે સમાન સંખ્યા n સાથે તરંગ કાર્યોને અનુરૂપ છે, તે ઊર્જામાં ખૂબ નજીક છે અને અણુમાં ઇલેક્ટ્રોન શેલ બનાવે છે. નંબર l માં તફાવતો "સબશેલ" નક્કી કરે છે, બાકીના ક્વોન્ટમ નંબરો તેના ભરણને નિર્ધારિત કરે છે, ઉપર જણાવ્યા મુજબ.
પ્રાથમિક કણોની લાક્ષણિકતાઓમાં બીજો મહત્વનો વિચાર છે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા. અગાઉ નોંધ્યું તેમ, પ્રાથમિક કણો વચ્ચે ચાર પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ જાણીતી છે: ગુરુત્વાકર્ષણીય,નબળા,ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિકઅને મજબૂત(પરમાણુ).
બાકીના સમૂહ ધરાવતા તમામ કણો ( m 0), ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં ભાગ લે છે, અને ચાર્જ કરેલ લોકો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં પણ ભાગ લે છે. લેપ્ટન્સ પણ નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે. હેડરોન્સ તમામ ચાર મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે.
ક્વોન્ટમ ફિલ્ડ થિયરી અનુસાર, તમામ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ વિનિમયને કારણે હાથ ધરવામાં આવે છે વર્ચ્યુઅલ કણો , એટલે કે, કણો કે જેનું અસ્તિત્વ માત્ર પરોક્ષ રીતે નક્કી કરી શકાય છે, તેમના કેટલાક અભિવ્યક્તિઓ દ્વારા કેટલીક ગૌણ અસરો દ્વારા ( વાસ્તવિક કણો સાધનોનો ઉપયોગ કરીને સીધું રેકોર્ડ કરી શકાય છે).
તે તારણ આપે છે કે તમામ ચાર જાણીતા પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ - ગુરુત્વાકર્ષણ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક, મજબૂત અને નબળા - એક ગેજ પ્રકૃતિ ધરાવે છે અને ગેજ સમપ્રમાણતા દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે. એટલે કે, બધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ, જેમ કે તે હતી, "એક જ ખાલીમાંથી" બનેલી છે. આનાથી અમને આશા મળે છે કે "તમામ જાણીતા તાળાઓની એકમાત્ર ચાવી" શોધવાનું શક્ય બનશે અને બ્રહ્માંડના ઉત્ક્રાંતિનું વર્ણન એક રાજ્યમાંથી એક સુપરસિમેટ્રિક સુપરફિલ્ડ દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જે રાજ્યમાંથી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પ્રકારો વચ્ચે તફાવત છે. દ્રવ્ય અને ક્ષેત્ર ક્વોન્ટાના કણોના પ્રકારો હજુ સુધી પ્રગટ થયા નથી.
પ્રાથમિક કણોનું વર્ગીકરણ કરવાની ઘણી મોટી રીતો છે. ઉદાહરણ તરીકે, કણોને ફર્મિઓન્સ (ફર્મી કણો) - પદાર્થના કણો અને બોસોન્સ (બોસ કણો) - ક્ષેત્ર ક્વોન્ટામાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે.
અન્ય અભિગમ મુજબ, કણોને 4 વર્ગોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: ફોટોન, લેપ્ટોન્સ, મેસોન્સ, બેરીયન્સ.
ફોટોન (ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડ ક્વોન્ટા) ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે, પરંતુ મજબૂત, નબળા અથવા ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ નથી.
લેપ્ટન્સ ગ્રીક શબ્દ પરથી તેમનું નામ મળ્યું lએપ્ટોસ- સરળ. આમાં એવા કણોનો સમાવેશ થાય છે જે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ધરાવતા નથી: મ્યુઓન (μ – , μ +), ઇલેક્ટ્રોન (e – , e +), ઇલેક્ટ્રોન ન્યુટ્રિનો (v e – , v e +) અને muon ન્યુટ્રિનો (v – m, v + m) . બધા લેપ્ટોન્સમાં ½ સ્પિન હોય છે અને તેથી તે ફર્મિઓન હોય છે. બધા લેપ્ટોનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા નબળી હોય છે. જેની પાસે વિદ્યુત ચાર્જ હોય છે (એટલે કે, મ્યુઓન અને ઇલેક્ટ્રોન) પણ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક બળ ધરાવે છે.
મેસન્સ - અસ્થિર કણો સાથે મજબૂત રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે જે કહેવાતા બેરીયોન ચાર્જને વહન કરતા નથી. તેમની વચ્ચે છે આર-મેસોન્સ, અથવા pions (π + , π – , π 0), TO-મેસોન્સ, અથવા કાઓન્સ (K +, K –, K 0), અને આ-મેસોન્સ (η) . વજન TO-મેસોન્સ છે ~970me (ચાર્જ કરવા માટે 494 MeV અને તટસ્થ માટે 498 MeV TO-મેસોન્સ). જીવન સમય TO-મેસોન્સ 10 –8 સેકન્ડના ક્રમની તીવ્રતા ધરાવે છે. તેઓ રચના માટે વિઘટન કરે છે આઈ-મેસોન્સ અને લેપ્ટોન્સ અથવા ફક્ત લેપ્ટોન્સ. વજન આ-મેસોન્સ 549 MeV (1074me) છે, જીવનકાળ લગભગ 10-19 સેકન્ડ છે. આ-મેસોન્સનો ક્ષય થઈને π-મેસોન્સ અને γ-ફોટોન્સ રચાય છે. લેપ્ટોન્સથી વિપરીત, મેસોન્સમાં માત્ર નબળી (અને, જો તે ચાર્જ કરવામાં આવે તો, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક) ક્રિયાપ્રતિક્રિયા હોય છે, પરંતુ એક મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પણ હોય છે, જે જ્યારે તેઓ એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તેમજ મેસોન્સ અને બેરીયોન્સ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન પોતાને પ્રગટ કરે છે. બધા મેસોન્સ શૂન્ય સ્પિન ધરાવે છે, તેથી તેઓ બોસોન છે.
વર્ગ બેરીઓન્સ ન્યુક્લિયોન્સ (p,n) અને અસ્થિર કણોને ન્યુક્લિયનના દળ કરતા વધારે દળ સાથે જોડે છે, જેને હાયપરન કહેવાય છે. બધા બેરીયોન્સ મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ધરાવે છે અને તેથી, અણુ ન્યુક્લી સાથે સક્રિય રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. તમામ બેરીયોન્સની સ્પિન ½ છે, તેથી બેરીયોન્સ ફર્મિઓન છે. પ્રોટોનના અપવાદ સાથે, બધા બેરીયોન્સ અસ્થિર છે. બેરીયોનના સડો દરમિયાન, અન્ય કણો સાથે, એક બેરીયોન આવશ્યકપણે રચાય છે. આ પેટર્ન અભિવ્યક્તિઓમાંથી એક છે બેરીઓન ચાર્જ સંરક્ષણ કાયદો.
ઉપર સૂચિબદ્ધ કણો ઉપરાંત, મોટી સંખ્યામાં મજબૂત રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા અલ્પજીવી કણોની શોધ કરવામાં આવી છે, જેને કહેવામાં આવે છે પડઘો . આ કણો બે કે તેથી વધુ પ્રાથમિક કણો દ્વારા રચાયેલી રેઝોનન્ટ અવસ્થાઓ છે. પડઘો જીવનકાળ માત્ર ~ છે 10 –23 –10 –22 સે.
પ્રાથમિક કણો, તેમજ જટિલ સૂક્ષ્મ કણો, દ્રવ્યમાંથી પસાર થતાં તેઓ જે નિશાન છોડે છે તેના કારણે અવલોકન કરી શકાય છે. નિશાનોની પ્રકૃતિ આપણને કણના ચાર્જ, તેની ઊર્જા, વેગ, વગેરેની નિશાની નક્કી કરવાની મંજૂરી આપે છે. ચાર્જ થયેલા કણો તેમના માર્ગમાં પરમાણુઓના આયનીકરણનું કારણ બને છે. તટસ્થ કણો નિશાન છોડતા નથી, પરંતુ તેઓ ચાર્જ થયેલા કણોમાં સડોની ક્ષણે અથવા કોઈપણ ન્યુક્લિયસ સાથે અથડામણની ક્ષણે પોતાને પ્રગટ કરી શકે છે. પરિણામે, તટસ્થ કણો આખરે તેઓ પેદા કરેલા ચાર્જ કણોને કારણે થતા આયનીકરણ દ્વારા પણ શોધી કાઢવામાં આવે છે.
કણો અને એન્ટિપાર્ટિકલ્સ. 1928 માં, અંગ્રેજ ભૌતિકશાસ્ત્રી પી. ડિરાક ઇલેક્ટ્રોન માટે સાપેક્ષ ક્વોન્ટમ યાંત્રિક સમીકરણ શોધવામાં સફળ થયા, જેનાથી સંખ્યાબંધ નોંધપાત્ર પરિણામો આવે છે. સૌ પ્રથમ, આ સમીકરણમાંથી, કુદરતી રીતે, કોઈપણ વધારાની ધારણાઓ વિના, ઇલેક્ટ્રોનની પોતાની ચુંબકીય ક્ષણનું સ્પિન અને સંખ્યાત્મક મૂલ્ય પ્રાપ્ત થાય છે. આમ, તે બહાર આવ્યું છે કે સ્પિન એ ક્વોન્ટમ અને રિલેટિવિસ્ટિક જથ્થા બંને છે. પરંતુ આ ડીરાક સમીકરણનું મહત્વ ખતમ કરતું નથી. તેણે ઇલેક્ટ્રોનના એન્ટિપાર્ટિકલના અસ્તિત્વની આગાહી કરવાનું પણ શક્ય બનાવ્યું - પોઝીટ્રોન. ડિરાક સમીકરણમાંથી, મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની કુલ ઊર્જા માટે માત્ર હકારાત્મક જ નહીં પણ નકારાત્મક મૂલ્યો પણ મેળવવામાં આવે છે. સમીકરણના અભ્યાસો દર્શાવે છે કે આપેલ કણોની ગતિ માટે, ઊર્જાને અનુરૂપ સમીકરણના ઉકેલો છે: .
સૌથી મોટી નકારાત્મક ઉર્જા વચ્ચે (- mઇ સાથે 2) અને સૌથી ઓછી હકારાત્મક ઊર્જા (+ mઇ c 2) ઊર્જા મૂલ્યોનું અંતરાલ છે જે અનુભૂતિ કરી શકાતું નથી. આ અંતરાલની પહોળાઈ 2 છે mઇ સાથે 2. પરિણામે, ઉર્જા ઇજનવેલ્યુના બે ક્ષેત્રો પ્રાપ્ત થાય છે: એક સાથે શરૂ થાય છે + mઇ સાથે 2 અને +∞ સુધી વિસ્તરે છે, અન્ય થી શરૂ થાય છે - mઇ સાથે 2 અને –∞ સુધી વિસ્તરે છે.
નકારાત્મક ઉર્જા ધરાવતા કણમાં ખૂબ જ વિચિત્ર ગુણધર્મો હોવા જોઈએ. ઓછી અને ઓછી ઉર્જા (એટલે કે, નકારાત્મક ઉર્જા તીવ્રતામાં વધવા સાથે) રાજ્યોમાં સંક્રમણ કરવાથી, તે ઉર્જા મુક્ત કરી શકે છે, કહો, રેડિયેશનના સ્વરૂપમાં, અને ત્યારથી | ઇ| અનિયંત્રિત, નકારાત્મક ઉર્જા ધરાવતો કણ અનંત મોટી માત્રામાં ઉર્જા ઉત્સર્જિત કરી શકે છે. નીચેની રીતે સમાન નિષ્કર્ષ પર પહોંચી શકાય છે: સંબંધમાંથી ઇ=mઇ સાથે 2 તે અનુસરે છે કે નકારાત્મક ઉર્જાવાળા કણમાં પણ નકારાત્મક દળ હશે. બ્રેકિંગ ફોર્સના પ્રભાવ હેઠળ, નકારાત્મક દળવાળા કણને ધીમું થવું જોઈએ નહીં, પરંતુ વેગ આપવો જોઈએ, બ્રેકિંગ ફોર્સના સ્ત્રોત પર અસંખ્ય મોટા પ્રમાણમાં કાર્ય કરે છે. આ મુશ્કેલીઓને જોતાં, એવું લાગે છે કે તે સ્વીકારવું જરૂરી છે કે નકારાત્મક ઊર્જા ધરાવતા રાજ્યને વાહિયાત પરિણામો તરફ દોરી જતા વિચારણામાંથી બાકાત રાખવું જોઈએ. જો કે, આ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના કેટલાક સામાન્ય સિદ્ધાંતોનો વિરોધાભાસ કરશે. તેથી, ડીરાકે એક અલગ રસ્તો પસંદ કર્યો. તેમણે પ્રસ્તાવ મૂક્યો કે નકારાત્મક ઉર્જા સાથેના રાજ્યોમાં ઇલેક્ટ્રોનનું સંક્રમણ સામાન્ય રીતે જોવા મળતું નથી કારણ કે નકારાત્મક ઊર્જા સાથેના તમામ ઉપલબ્ધ સ્તરો પહેલેથી જ ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા કબજે કરવામાં આવ્યા છે. 
ડીરાકના મતે, શૂન્યાવકાશ એવી સ્થિતિ છે જેમાં નકારાત્મક ઊર્જાના તમામ સ્તરો ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે, અને હકારાત્મક ઊર્જા સાથેના સ્તરો મુક્ત હોય છે. પ્રતિબંધિત બેન્ડની નીચે આવેલા તમામ સ્તરો અપવાદ વિના કબજે કરેલા હોવાથી, આ સ્તરો પરના ઇલેક્ટ્રોન પોતાને કોઈપણ રીતે પ્રગટ કરતા નથી. જો નકારાત્મક સ્તરે સ્થિત ઇલેક્ટ્રોનમાંથી એકને ઊર્જા આપવામાં આવે છે ઇ≥ 2mઇ સાથે 2, પછી આ ઇલેક્ટ્રોન સકારાત્મક ઊર્જા સાથેની સ્થિતિમાં જશે અને હકારાત્મક દળ અને નકારાત્મક ચાર્જવાળા કણની જેમ સામાન્ય રીતે વર્તે છે. આ પ્રથમ સૈદ્ધાંતિક રીતે અનુમાનિત કણને પોઝિટ્રોન કહેવામાં આવતું હતું. જ્યારે પોઝિટ્રોન ઇલેક્ટ્રોનને મળે છે, ત્યારે તેઓ નાશ પામે છે (અદૃશ્ય થઈ જાય છે) - ઇલેક્ટ્રોન સકારાત્મક સ્તરથી ખાલી નકારાત્મક સ્તરે જાય છે. આ સ્તરો વચ્ચેના તફાવતને અનુરૂપ ઊર્જા કિરણોત્સર્ગના સ્વરૂપમાં મુક્ત થાય છે. ફિગ માં. 4, એરો 1 એ ઇલેક્ટ્રોન-પોઝીટ્રોન જોડી બનાવવાની પ્રક્રિયા દર્શાવે છે, અને એરો 2 - તેમનો વિનાશ શબ્દ "વિનાશ" શબ્દને શાબ્દિક રીતે લેવો જોઈએ નહીં. અનિવાર્યપણે, જે થાય છે તે અદ્રશ્ય નથી, પરંતુ કેટલાક કણો (ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોન) નું અન્ય (γ-ફોટોન્સ) માં રૂપાંતર છે.
એવા કણો છે જે તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ સાથે સમાન છે (એટલે કે, તેમની પાસે એન્ટિપાર્ટિકલ્સ નથી). આવા કણોને એકદમ તટસ્થ કહેવામાં આવે છે. તેમાં ફોટોન, π 0 મેસોન અને η મેસોનનો સમાવેશ થાય છે. તેમના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ સાથે સમાન કણો વિનાશ માટે સક્ષમ નથી. જો કે, આનો અર્થ એ નથી કે તેઓ અન્ય કણોમાં રૂપાંતરિત થઈ શકતા નથી.
જો બેરીયોન્સ (એટલે કે ન્યુક્લિયન્સ અને હાઇપરન્સ) ને બેરીયોન ચાર્જ (અથવા બેરીયોન નંબર) સોંપવામાં આવે છે IN= +1, એન્ટિબેરિયન – બેરીયોન ચાર્જ IN= -1, અને અન્ય તમામ કણો બેરીયોન ચાર્જ ધરાવે છે IN= 0, તો પછી બેરીયોન્સ અને એન્ટિબેરીયોનની સહભાગિતા સાથે થતી તમામ પ્રક્રિયાઓ ચાર્જ બેરીયોન્સના સંરક્ષણ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવશે, જેમ પ્રક્રિયાઓ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના સંરક્ષણ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. બેરીયોન ચાર્જના સંરક્ષણનો કાયદો સૌથી નરમ બેરીયોન, પ્રોટોનની સ્થિરતા નક્કી કરે છે. ભૌતિક પ્રણાલીનું વર્ણન કરતા તમામ જથ્થાના રૂપાંતરણ, જેમાં તમામ કણોને એન્ટિપાર્ટિકલ્સ દ્વારા બદલવામાં આવે છે (ઉદાહરણ તરીકે, પ્રોટોન સાથે ઇલેક્ટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન સાથે પ્રોટોન વગેરે), તેને જોડાણ ચાર્જ કહેવામાં આવે છે.
વિચિત્ર કણો.TO- XX સદીના 50 ના દાયકાની શરૂઆતમાં કોસ્મિક કિરણોના ભાગ રૂપે મેસોન્સ અને હાયપરન્સની શોધ થઈ હતી. 1953 થી, તેઓ પ્રવેગક પર ઉત્પન્ન થાય છે. આ કણોની વર્તણૂક એટલી અસામાન્ય હતી કે તેમને વિચિત્ર કહેવામાં આવે છે. વિચિત્ર કણોની અસામાન્ય વર્તણૂક એ હતી કે તેઓ સ્પષ્ટપણે 10-23 સેકન્ડના ક્રમના લાક્ષણિક સમય સાથે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે જન્મ્યા હતા, અને તેમના જીવનકાળ 10-8-10-10 સેકન્ડના ક્રમમાં બહાર આવ્યા હતા. પછીના સંજોગો સૂચવે છે કે કણોનો સડો નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના પરિણામે થાય છે. તે સંપૂર્ણપણે અસ્પષ્ટ હતું કે શા માટે વિચિત્ર કણો આટલા લાંબા સમય સુધી જીવ્યા. સમાન કણો (π-મેસોન્સ અને પ્રોટોન) λ-હાયપરનના સર્જન અને સડો બંનેમાં સામેલ હોવાથી, તે આશ્ચર્યજનક હતું કે બંને પ્રક્રિયાઓનો દર (એટલે કે સંભાવના) એટલો અલગ હતો. વધુ સંશોધન દર્શાવે છે કે વિચિત્ર કણો જોડીમાં જન્મે છે. આનાથી એવો વિચાર આવ્યો કે મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ કણોના ક્ષયમાં ભૂમિકા ભજવી શકતા નથી કારણ કે તેમના અભિવ્યક્તિ માટે બે વિચિત્ર કણોની હાજરી જરૂરી છે. આ જ કારણોસર, વિચિત્ર કણોની એક જ રચના અશક્ય હોવાનું બહાર આવ્યું છે.
વિચિત્ર કણોના એકલ ઉત્પાદનના પ્રતિબંધને સમજાવવા માટે, એમ. ગેલ-માન અને કે. નિશિજીમાએ એક નવો ક્વોન્ટમ નંબર રજૂ કર્યો, જેનું કુલ મૂલ્ય, તેમની ધારણા મુજબ, મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ હેઠળ સાચવવું જોઈએ. આ એક ક્વોન્ટમ નંબર છે એસનામ આપવામાં આવ્યું હતું કણની વિચિત્રતા. નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં, વિચિત્રતા સાચવી શકાતી નથી. તેથી, તે માત્ર મજબૂત રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા કણો - મેસોન્સ અને બેરીયોન્સને આભારી છે.
ન્યુટ્રિનો.ન્યુટ્રિનો એકમાત્ર કણ છે જે મજબૂત અથવા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લેતો નથી. ગુરુત્વાકર્ષણની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને બાદ કરતાં, જેમાં તમામ કણો ભાગ લે છે, ન્યુટ્રિનો માત્ર નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લઈ શકે છે.
લાંબા સમય સુધી, તે અસ્પષ્ટ રહ્યું કે ન્યુટ્રિનો એન્ટિન્યુટ્રિનોથી કેવી રીતે અલગ છે. સંયુક્ત સમાનતાના સંરક્ષણના કાયદાની શોધથી આ પ્રશ્નનો જવાબ આપવાનું શક્ય બન્યું: તેઓ હેલિસીટીમાં ભિન્ન છે. હેઠળ હેલીસીટીઆવેગની દિશાઓ વચ્ચેનો ચોક્કસ સંબંધ સમજાય છે આરઅને પાછા એસકણો જો સ્પિન અને મોમેન્ટમ એક જ દિશામાં હોય તો હેલિસિટી સકારાત્મક માનવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, કણોની ગતિની દિશા ( આર) અને સ્પિનને અનુરૂપ "રોટેશન" ની દિશા જમણા હાથનો સ્ક્રૂ બનાવે છે. જ્યારે સ્પિન અને મોમેન્ટમ વિરુદ્ધ દિશા નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે, ત્યારે હેલિસિટી નકારાત્મક હશે (અનુવાદાત્મક ચળવળ અને "રોટેશન" ડાબા હાથના સ્ક્રૂ બનાવે છે). યાંગ, લી, લેન્ડૌ અને સલામ દ્વારા વિકસિત લોન્ગીટ્યુડિનલ ન્યુટ્રિનોના સિદ્ધાંત મુજબ, પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વમાં રહેલા તમામ ન્યુટ્રિનો, તેમની ઉત્પત્તિની પદ્ધતિને ધ્યાનમાં લીધા વિના, હંમેશા સંપૂર્ણપણે રેખાંશ ધ્રુવીકરણ કરવામાં આવે છે (એટલે કે, તેમની સ્પિન વેગના સમાંતર અથવા વિરોધી સમાંતર નિર્દેશિત હોય છે. આર). ન્યુટ્રિનો ધરાવે છે નકારાત્મક(ડાબે) હેલિસીટી (દિશાઓના ગુણોત્તરને અનુરૂપ એસઅને આર, ફિગમાં બતાવેલ છે. 5 (b), એન્ટિન્યુટ્રિનો - હકારાત્મક (જમણેરી) હેલિસિટી (a). આમ, હેલિસીટી એ ન્યુટ્રિનોને એન્ટિન્યુટ્રિનોથી અલગ પાડે છે.
ચોખા. 5.પ્રાથમિક કણોની હેલીસીટીની યોજના
પ્રાથમિક કણોની પ્રણાલીગત.પ્રાથમિક કણોની દુનિયામાં જોવા મળતી પેટર્નને સંરક્ષણ કાયદાના રૂપમાં ઘડી શકાય છે. આવા ઘણા બધા કાયદાઓ પહેલેથી જ એકઠા થઈ ગયા છે. તેમાંના કેટલાક ચોક્કસ નથી, પરંતુ માત્ર અંદાજિત હોવાનું બહાર આવ્યું છે. દરેક સંરક્ષણ કાયદો સિસ્ટમની ચોક્કસ સમપ્રમાણતા વ્યક્ત કરે છે. ગતિના સંરક્ષણના નિયમો આર, કોણીય વેગ એલઅને ઊર્જા ઇજગ્યા અને સમયની સપ્રમાણતાના ગુણધર્મોને પ્રતિબિંબિત કરો: સંરક્ષણ ઇસમયની એકરૂપતા, જાળવણીનું પરિણામ છે આરજગ્યાની એકરૂપતા અને જાળવણીને કારણે એલ- તેની આઇસોટ્રોપી. સમાનતાના સંરક્ષણનો કાયદો જમણી અને ડાબી વચ્ચેની સમપ્રમાણતા સાથે સંકળાયેલ છે ( આર-અતિક્રમણ). ચાર્જ જોડાણના સંદર્ભમાં સમપ્રમાણતા (કણો અને એન્ટિપાર્ટિકલ્સની સપ્રમાણતા) ચાર્જ પેરિટીના સંરક્ષણ તરફ દોરી જાય છે ( સાથે-અતિક્રમણ). ઇલેક્ટ્રિક, બેરીયોન અને લેપ્ટોન ચાર્જના સંરક્ષણના નિયમો ખાસ સમપ્રમાણતા વ્યક્ત કરે છે સાથે- કાર્યો. છેલ્લે, આઇસોટોપિક સ્પિનના સંરક્ષણનો કાયદો આઇસોટોપિક જગ્યાના આઇસોટ્રોપીને પ્રતિબિંબિત કરે છે. સંરક્ષણ કાયદાઓમાંથી એકનું પાલન કરવામાં નિષ્ફળતાનો અર્થ આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં સંબંધિત પ્રકારની સમપ્રમાણતાનું ઉલ્લંઘન છે.
પ્રાથમિક કણોની દુનિયામાં નીચેનો નિયમ લાગુ પડે છે: સંરક્ષણ કાયદા દ્વારા પ્રતિબંધિત ન હોય તેવી દરેક વસ્તુની પરવાનગી છે. બાદમાં કણોના આંતર રૂપાંતરણને સંચાલિત કરતા બાકાત નિયમોની ભૂમિકા ભજવે છે. સૌ પ્રથમ, ચાલો ઊર્જા, મોમેન્ટમ અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના સંરક્ષણના નિયમોની નોંધ લઈએ. આ ત્રણ નિયમો ઇલેક્ટ્રોનની સ્થિરતા સમજાવે છે. ઊર્જા અને ગતિના સંરક્ષણથી તે અનુસરે છે કે ક્ષીણ ઉત્પાદનોનો કુલ બાકીનો સમૂહ ક્ષીણ થતા કણોના બાકીના દળ કરતાં ઓછો હોવો જોઈએ. આનો અર્થ એ છે કે ઇલેક્ટ્રોન માત્ર ન્યુટ્રિનો અને ફોટોનમાં જ ક્ષીણ થઈ શકે છે. પરંતુ આ કણો ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલ છે. તેથી તે તારણ આપે છે કે ઇલેક્ટ્રોન પાસે તેના ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જને સ્થાનાંતરિત કરવા માટે કોઈ નથી, તેથી તે સ્થિર છે.
કવાર્કસ.પ્રાથમિક કહેવાય એવા ઘણા કણો બની ગયા છે કે તેમના પ્રાથમિક સ્વભાવ વિશે ગંભીર શંકાઓ ઊભી થઈ છે. મજબૂત રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા દરેક કણો ત્રણ સ્વતંત્ર એડિટિવ ક્વોન્ટમ નંબરો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે: ચાર્જ પ્ર, હાયપરચાર્જ યુઅને બેરીઓન ચાર્જ IN. આ સંદર્ભમાં, એક પૂર્વધારણા ઊભી થઈ કે તમામ કણો ત્રણ મૂળભૂત કણોથી બનેલા છે - આ ચાર્જના વાહકો. 1964 માં, ગેલ-માન અને, તેમનાથી સ્વતંત્ર રીતે, સ્વિસ ભૌતિકશાસ્ત્રી ઝ્વેઇગે એક પૂર્વધારણા રજૂ કરી, જે મુજબ તમામ પ્રાથમિક કણો ક્વાર્ક નામના ત્રણ કણોમાંથી બનેલા છે. આ કણોને અપૂર્ણાંક ક્વોન્ટમ નંબરો અસાઇન કરવામાં આવે છે, ખાસ કરીને, +⅔ સમાન ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ; –⅓; +⅓ દરેક ત્રણ ક્વાર્ક માટે અનુક્રમે. આ ક્વાર્ક સામાન્ય રીતે અક્ષરો દ્વારા નિયુક્ત કરવામાં આવે છે યુ,ડી,એસ. ક્વાર્ક ઉપરાંત, એન્ટિક્વાર્ક ગણવામાં આવે છે ( u,ડી,ઓ). આજની તારીખમાં, 12 ક્વાર્ક જાણીતા છે - 6 ક્વાર્ક અને 6 એન્ટિક્વાર્ક. મેસોન્સ ક્વાર્ક-એન્ટિક્વાર્ક જોડીમાંથી બને છે, અને બેરીયોન્સ ત્રણ ક્વાર્કમાંથી બને છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન ત્રણ ક્વાર્કથી બનેલા છે, જે પ્રોટોન અથવા ન્યુટ્રોનને રંગહીન બનાવે છે. તદનુસાર, મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના ત્રણ ચાર્જને અલગ પાડવામાં આવે છે - લાલ ( આર), પીળો ( વાય) અને લીલો ( જી).
દરેક ક્વાર્કને સમાન ચુંબકીય ક્ષણ (µV) સોંપવામાં આવે છે, જેનું મૂલ્ય સિદ્ધાંતથી નક્કી થતું નથી. આ ધારણાના આધારે કરાયેલી ગણતરીઓ પ્રોટોન માટે ચુંબકીય ક્ષણ μp નું મૂલ્ય આપે છે = μ kv, અને ન્યુટ્રોન μ n માટે = – ⅔μ ચો.
આમ, ચુંબકીય ક્ષણોના ગુણોત્તર માટે મૂલ્ય μp પ્રાપ્ત થાય છે / μn = –⅔, પ્રાયોગિક મૂલ્ય સાથે ઉત્તમ કરારમાં.
મૂળભૂત રીતે, ક્વાર્કનો રંગ (ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના ચિહ્નની જેમ) ગુણધર્મમાં તફાવતને વ્યક્ત કરવાનું શરૂ કર્યું જે ક્વાર્કના પરસ્પર આકર્ષણ અને પ્રતિકૂળતાને નિર્ધારિત કરે છે. વિવિધ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના ક્ષેત્રોના ક્વોન્ટા સાથે સામ્યતા દ્વારા (ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ફોટોન, આર-મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં મેસોન્સ, વગેરે.) ક્વાર્ક વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વહન કરતા કણો રજૂ કરવામાં આવ્યા હતા. આ કણો કહેવાતા હતા ગ્લુઓન્સ. તેઓ રંગને એક ક્વાર્કથી બીજામાં સ્થાનાંતરિત કરે છે, જેના કારણે ક્વાર્ક એક સાથે રાખવામાં આવે છે. ક્વાર્ક ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, બંધન પૂર્વધારણા ઘડવામાં આવી હતી (અંગ્રેજીમાંથી. બંધિયાર– ક્વાર્કનું કેપ્ચર), જે મુજબ સમગ્રમાંથી ક્વાર્ક બાદ કરવું અશક્ય છે. તે સમગ્રના એક તત્વ તરીકે જ અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે. ભૌતિકશાસ્ત્રમાં વાસ્તવિક કણો તરીકે ક્વાર્કનું અસ્તિત્વ વિશ્વસનીય રીતે સાબિત થાય છે.
ક્વાર્કનો વિચાર ખૂબ ફળદાયી નીકળ્યો. તેણે માત્ર પહેલાથી જ જાણીતા કણોને વ્યવસ્થિત બનાવવાનું જ શક્ય બનાવ્યું નથી, પણ નવાની સંપૂર્ણ શ્રેણીની આગાહી કરવાનું પણ શક્ય બનાવ્યું છે. પ્રાથમિક કણોના ભૌતિકશાસ્ત્રમાં જે પરિસ્થિતિ વિકસિત થઈ છે તે ડી.આઈ. મેન્ડેલેવ દ્વારા 1869માં સામયિક કાયદાની શોધ પછી અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં સર્જાયેલી પરિસ્થિતિની યાદ અપાવે છે. જો કે આ કાયદાનો સાર ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની રચનાના લગભગ 60 વર્ષ પછી જ સ્પષ્ટ કરવામાં આવ્યો હતો, તે તે સમય સુધીમાં જાણીતા રાસાયણિક તત્વોને વ્યવસ્થિત કરવાનું શક્ય બનાવ્યું અને વધુમાં, નવા તત્વો અને તેમના ગુણધર્મોના અસ્તિત્વની આગાહી તરફ દોરી ગયું. . એ જ રીતે, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ પ્રાથમિક કણોને વ્યવસ્થિત કરવાનું શીખ્યા છે, અને વિકસિત વર્ગીકરણે, દુર્લભ કિસ્સાઓમાં, નવા કણોના અસ્તિત્વની આગાહી કરવાનું અને તેમના ગુણધર્મોની અપેક્ષા કરવાનું શક્ય બનાવ્યું છે.
તેથી, હાલમાં, ક્વાર્ક અને લેપ્ટોન્સને ખરેખર પ્રાથમિક ગણી શકાય; તેમાંના 12 છે, અથવા એકસાથે એન્ટિ-ચેટિટ્સ છે - 24. વધુમાં, ત્યાં કણો છે જે ચાર મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ (પ્રતિક્રિયા ક્વોન્ટા) પ્રદાન કરે છે. આમાંના 13 કણો છે: ગ્રેવિટોન, ફોટોન, ડબલ્યુ± - અને ઝેડ-કણો અને 8 ગ્લુઅન્સ.
પ્રાથમિક કણોના અસ્તિત્વમાં રહેલા સિદ્ધાંતો શ્રેણીની શરૂઆત શું છે તે સૂચવી શકતા નથી: અણુઓ, મધ્યવર્તી કેન્દ્ર, હેડ્રોન, ક્વાર્કઆ શ્રેણીમાં, દરેક વધુ જટિલ સામગ્રી બંધારણમાં એક ઘટક તરીકે સરળ એકનો સમાવેશ થાય છે. દેખીતી રીતે, આ અનિશ્ચિત સમય માટે ચાલુ રાખી શકતું નથી. એવું માનવામાં આવતું હતું કે ભૌતિક રચનાઓની વર્ણવેલ સાંકળ મૂળભૂત રીતે અલગ પ્રકૃતિની વસ્તુઓ પર આધારિત છે. તે બતાવવામાં આવ્યું છે કે આવા પદાર્થો બિંદુ જેવા ન હોઈ શકે, પરંતુ વિસ્તૃત, અત્યંત નાના (~10-33 સે.મી.) રચના હોવા છતાં, જેને કહેવાય છે. સુપરસ્ટ્રિંગ્સવર્ણવેલ વિચાર આપણી ચાર-પરિમાણીય અવકાશમાં સાકાર થઈ શકતો નથી. ભૌતિકશાસ્ત્રનું આ ક્ષેત્ર સામાન્ય રીતે અત્યંત અમૂર્ત હોય છે, અને પ્રાથમિક કણોના સિદ્ધાંતોમાં રહેલા વિચારોની ધારણાને સરળ બનાવવામાં મદદ કરતા વિઝ્યુઅલ મોડલ શોધવાનું ખૂબ મુશ્કેલ છે. તેમ છતાં, આ સિદ્ધાંતો ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને "સૌથી પ્રાથમિક" સૂક્ષ્મ પદાર્થોના પરસ્પર પરિવર્તન અને પરસ્પર નિર્ભરતા, ચાર-પરિમાણીય અવકાશ-સમયના ગુણધર્મો સાથેના તેમના જોડાણને વ્યક્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે. સૌથી આશાસ્પદ કહેવાતા છે એમ-સિદ્ધાંત (એમ - થી રહસ્ય- કોયડો, ગુપ્ત). તેણી ઓપરેશન કરી રહી છે બાર-પરિમાણીય જગ્યા . આખરે, ચાર-પરિમાણીય વિશ્વમાં સંક્રમણ દરમિયાન જે આપણે સીધું જ અનુભવીએ છીએ, બધા "વધારાના" પરિમાણો "સંકુચિત" છે. એમ-થિયરી એ અત્યાર સુધીનો એકમાત્ર સિદ્ધાંત છે જે ચાર મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને એકમાં ઘટાડવાનું શક્ય બનાવે છે - કહેવાતા મહાસત્તા.તે પણ મહત્વનું છે કે એમ-થિયરી વિવિધ વિશ્વોના અસ્તિત્વ માટે પરવાનગી આપે છે અને તે પરિસ્થિતિઓ સ્થાપિત કરે છે જે આપણા વિશ્વના ઉદભવને સુનિશ્ચિત કરે છે. એમ-થિયરી હજી પૂરતા પ્રમાણમાં વિકસિત નથી. એવું માનવામાં આવે છે કે અંતિમ "દરેક વસ્તુનો સિદ્ધાંત" એમ-થિયરી પર આધારિત 21મી સદીમાં બનાવવામાં આવશે.
