Go Social with Facebook Close

Our Social Reader lets you keep track of your favorite Gujarat Samachar content (text, photos & videos) on your Facebook Timeline, and discover new content with friends.

Gujarat Samachar

Facebook

Go Social with Facebook Close

Our Social Reader lets you keep track of your favorite Gujarat Samachar content (text, photos & videos) on your Facebook Timeline, and discover new content with friends.

Gujarat Samachar

Facebook

Enable Social Reading
No, Thanks

ફયુચર સાયન્સ - કે.આર.ચૌધરી

XIcc++ થ ચાર્મિંગ પાર્ટિકલની મહત્ત્વપૂર્ણ શોધ

હિગ્સ બોસોન એટલે કે 'ગોડ પાર્ટીકલ'પછીની એક નવી સનસનીખેજ શોધ... નવો શોધાયેલો કણ...
 

ભૌતિક શાસ્ત્રને નવી દિશા અને આયામ આપવામાં સફળ બનેલા 'લાર્જ હેડ્રોન કોલાયડર' (LHC)

આજથી પાંચ વર્ષ પહેલાં, 'હિગ્સ બોસોન'નામનાં નવા પાર્ટીકલની શોધની જાહેરાત કરવામાં આવી હતી. આ કણની સૈદ્ધાંતિક શોધ ડો. પિટર હિગ્સે કરી હતી. ડો. પિટર હિગ્સને પણ વિશ્વાસ ન હતો કે 'તેમનાં જીવતા જીવ'તેમણે આગાહી કરેલ કણને પ્રયોગશાળામાં શોધી કાઢવામાં આવશે. આ કણની શોધ તેમને 'નોબલ પ્રાઇઝ' અપાવશે. આ અકલ્પનાતીત ભવિષ્ય, વર્તમાનકાળમાં બદલાઇ ગયું. જીનીવા ખાતે આવેલ લાર્જ હેડ્રોન કોલાયડર (LHC) નામની પ્રયોગશાળામાં 'હિગ્સ બોસોન'ને શોધી કાઢવામાં આવ્યો હતો. ભૌતિક શાસ્ત્રની 'બાઉન્ડરી'વિકસાવવામાં LHC  નું બહુ મોટું યોગદાન રહેલું છે.

બરાબર પાંચ વર્ષ બાદ,  LHC નાં વૈજ્ઞાાનિકોએ એક નવાં કણની શોધ કર્યાની જાહેરાત કરી છે. આ નવાં શોધાયેલાં કણને ઝી-સીસી-પ્લસ-પ્લસ નામ આપવામાં આવ્યુ છે. તેને ખરેખર નામ નહી કોડ કહેવો જોઈએ. શક્ય છે કે ભવિષ્યમાં નવા શોધાયેલા કણને કોઇ યોગ્ય નામ આપવામાં આવે. સામાન્ય માનવી માટે રચનાર કણો એટલે પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન.

અહીં તેમની સામાન્ય સમજ પુરી થઇ જાય છે. જ્યાં સામાન્ય માનવીની સમજ પૂરી થઇ જાય છે ત્યાંથી વૈજ્ઞાાનિકો માટે 'પાર્ટીકલ ફીજીકલ'નામનાં નવાં ક્ષેત્રની શરૃઆત થાય છે. પાર્ટીકલ ફીજીકલ અવનવા કૌતુક અને આશ્ચર્યોથી ભરેલું છે.

નવો કણ : ભીંતરની દુનિયામાં ડોકિયું

એક અઠવાડિયા પહેલાં, વેનિસમાં ભરાયેલ એક કોન્ફરન્સમાં એક નવાં શોધાયેલાં પાર્ટિકલની જાહેરાત કરવામાં આવી હતી. સ્વીત્ઝરલેન્ડનાં જીનીવા શહેરની સરહદે CERN (mlo)નામની ભૌતિકશાસ્ત્રની દુનિયાની સૌથી વિશાળ પ્રયોગશાળા આવેલી છે.

જ્યાં LHCB  નામનાં પાર્ટીક ડિરેકટરમાં એક પ્રયોગમાં નવાં કણ શોધી કાઢવામાં આવ્યાં છે. જેનું નામ XI-CC-++ (ઝી-સીસી-પ્લસ-પ્લસ) રાખવામાં આવ્યું છે. આ કણ ત્રણ અતિ સુક્ષ્મ એલીમેન્ટરી (પ્રાથમિક)કણ કર્વાકનાં બનેલાં છે. સામાન્ય રીતે કવાર્કથી બનેલ કણને ભારે કણ એટલે કે હેડ્રોન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

આ શોધ મહત્વની એટલા માટે છે કે જ્યારે ત્રણ ક્વાર્ક ભેગા મળીને એક નવો કણ બને છે ત્યારે તેમની વચ્ચે બાઇન્ડીંગ ફોર્સ તરીકે 'સ્ટ્રોંગ ફોર્સ'એટલે કે 'પ્રબળ' જોવા મળે છે. આપણાં પૃથ્વી ગ્રહથી માંડીને, સ્ટાર્સ, આકાશગંગા અને જીવન સૃષ્ટિ, દરેક ચીજમાં પરમાણુ રચનાર પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન જોવા મળે છે. સામાન્ય રીતે સમાન વિજભાર ધરાવતાં કણો વચ્ચે અપાકર્ષણ થવું જોઇએ અને એકબીજાથી દુર ભાગે છે.

જ્યારે પરમાણુનાં નાભી કેન્દ્રમાં એક કરતાં વધારે પ્રોટોન, પોતાનો વિજભાર સમાન હોવા છતાં દ્રાક્ષના ઝુમખાની જેમ બંધાયેલાં રહે છે. તેમને બાંધી રાખનાર બળ એટલે 'સ્ટ્રોંગ ફોર્સ'. આ સ્ટ્રોંગ ફોર્સ વિશે વધારે જ્ઞાાન, વૈજ્ઞાાનિકોને નવા શોધાએલ 'કણ' આપી શકે તેમ છે.

પીછાં કરતાં ઓછું વજન ધરાવતાં ક્વાર્કની ત્રિપુટી પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન કણ બનાવે છે. આ કણો એકબીજા સાથે પ્રકાશની ઝડપે ચોંટી રહે છે. તેમનાં વચ્ચેનું આ અતુટ બંધન વૈજ્ઞાાનિકો માટે સંશોધનનું વિશાળ પ્લેટફોર્મ પુરુ પાડે છે. યુનિ. ઓફ ગ્લાસગોની ટીમે, LHC... માં ૩૦૦ જેટલાં નવાં XI-CC-++ કણો શોધી કાઢ્યાં છે.

આ ટીમનાં લીડર પેટ્રીક સ્પ્રેડલીન છે. ઉચ્ચ ઉર્જા ધરાવતાં પ્રોટોનની અથડામણ, પાર્ટીકલ એસેસરેટરમાં કરાવીને, અથડામણમાં પેદા થયેલ ભંગારમાંથી નવાં કણો શોધી કાઢ્યાં છે. ૨૦૦૨માં ફર્મીલેબનાં  SELEX પ્રયોગમાં આ પ્રકારનાં કણો શોધાયાની જાહેરાત કરવામાં આવી હતી. જોકે શોધ માટે રજુ કરવામાં આવેલ 'ડેટા'એટલો પર્યાપ્ત અને આંકડાકીય સંતોષ આપી શકે તેવો ન હતો. આ કારણે નવાં કણોની શોધનો શ્રેય પેટ્રીક સ્પ્રેડલીન અને LHC નાં ફાળે જાય છે.

'ડબલ ચાર્મ' અને 'વન અપ' ક્વાર્ક :

નવો શોધાયેલ કણ ત્રણ ક્વાર્કનો બનેલ છે. જેમાં બે ક્વાર્ક 'ચાર્મ'પ્રકારનાં છે અને એક ક્વાર્ક 'અપ'પ્રકારનો છે. ભૌતિક શાસ્ત્રનાં સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં આ પ્રકારનાં ભારે કણની સૈદ્ધાંતિક હાજરી હોવાનાં ગાણીતીક પુરાવાઓ છે. પ્રયોગશાળામાં ઘણા વર્ષોથી વૈજ્ઞાાનિકો આ પ્રકારનાં 'કણ'શોધી રહ્યા હતાં. ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નવો ઇતિહાસ રચનાર "LHC"ની પ્રયોગશાળામાં નવાં પ્રકારનાં 'કણ'શોધાયા છે. જેનું દ્રવ્યમાન ૩૬૨૧ મેગા ઇલેકટ્રોન વોલ્ટ જેટલું છે. બેરીયોન ફેમિલીનું ભારે કણનું જીવતું જાગતું ઉદાહરણ 'પ્રોટોન'છે. આપણાં જાણીતા પ્રોટોન કરતાં, નવો શોધાયેલ કણ 'ચાર'ગણો વધારે ભારે છે.

ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નવાં કણ શોધાય ત્યારે તેના ડેટાને 'સીગ્મા'લેવલમાં માપવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે ૫ સિગ્મા કરતાં વધારે પરિણામ ધરાવતાં 'કણ'ની શોધ માટે પર્યાપ્ત પરિણામ ગણવામાં આવે છે. નવાં શોધાએલ કણને ડેટા સેવન સીગ્મા કરતાં વધારે છે. જ્યારે ફર્મી લેબ દ્વારાં શોધવામાં આવેલ કણોનો ડેટા ૪.૮૦ સિગ્મા લેવલ દર્શાવતો હતો.

સામાન્ય રીતે માત્ર બે ક્વાર્ક ધરાવતાં કણને 'મેસોન'કહે છે. જ્યારે ત્રણ ક્વાર્ક ધરાવતાં કણને 'બેરીયોન'તરીકે ઓળખાય છે. જેમાં જાણીતા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. નવા શોધાયેલ કણમાં 'ચાર્મ'નામનાં બે ભારે 'ક્વાર્ક'અને એક 'અપ'નામનો પ્રમાણમાં 'હલકો'ક્વાર્ક છે. પ્રયોગશાળામાં પહેલીવાર બે ભારે ક્વાર્કવાળા કણની શોધ થઇ છે. આ શોધનાં કારણે 'ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ' QCD  ને સમજવા માટે નવું આયામ મળે તેમ છે.

પ્રકૃતિમાં સામાન્ય રીતે ચાર બળ પ્રકારનાં બળ જોવા મળે છે. જે સ્ટ્રોંગ ફોર્સ, વિક ફોર્સ, ઇલેક્ટ્રો. મેગ્નેટીક ફોર્સ અને ગ્રેવિટેશનલ ફોર્સ છે. ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ વડે 'સ્ટ્રોંગ ફોર્સ'ને સમજી શકાય છે. નવાં શોધાયેલ કણ, સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલની કણ આગાહી કરવાની ક્ષમતાને વધારશે ઉપરાંત, સ્ટ્રોંગ ફોર્સની પ્રકૃતિ (નેચર) સમજવામાં વૈજ્ઞાનિકોને વધારે સહાયભુત થશે.

ભૌતિક શાસ્ત્રનાં આપણાં જ્ઞાનનો સારાંશ - 'સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ'

રસાયણશાસ્ત્રમાં જેવી રીતે તત્ત્વોને ગોઠવીને પિરીયોડિક ટેબલ બનાવવામાં આવ્યુ છે. એ રીતે ભૌતિક શાસ્ત્રને સમજવા માટે એક જ તત્ત્વનાં અતિ સુક્ષ્મ પરમાણુ રચનાર સબ એટમીક પાર્ટીકલ્સ અને સબ એટમીક પાર્ટીકલ્સની રચના કરનાર એલીમેન્ટ્રી પાર્ટીકલને એક ચોક્કસ પ્રકારે ગોઠવીને 'સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ'એટલે કે પ્રમાણીત મોડેલ તૈયાર કરવામાં આવ્યું છે. વિવિધ સમયે થયેલ અનેક શોધોને આધારે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ વિકસાવવામાં આવ્યું છે.

સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ પ્રમાણે, બ્રહ્માંડનું બધુ જ દ્રવ્ય-મેટર રચનારાં, પાયાનાં કણોને ફરમીઓન્સ અને બોસોન એમ વિભાગમાં વહેંચી શકાય. ફર્મીઓન્સને વડે બીજી બે કેટેગરીમાં વિભાગી શકાય જેન લેપ્ટોન અને ક્વાર્ક કહે છે. લેપ્ટોનનો પ્રચલીત ઉદાહરણ એટલે ઇલેક્ટ્રોન. આમ સરળ રીતે સમજવું હોય તો બ્રહ્માંડ રચનાર મેટરની રચનામાં, છ પ્રકારનાં ક્વાર્ક ૬ પ્રકારનાં લેપ્ટોન અને બમણું વહન કરનાર ફોર્સ કેરીયર પાર્ટીકલ્સની ભુમિકા અતિ મહત્વની છે. ફોર્સ કેરીયર પાર્ટીકલ્સનું સર્વોત્તમ ઉદાહરણ 'ફોટોન'કણ છે.

ક્વાર્ક છ પ્રકારનાં હોય છે. તેમનાં અલગ અલગ પ્રકાર 'ફ્લેવર'તરીકે ઓળખાય છે. જેને 'સ્વાદ'સાથે કોઇ પણ નિસબત નથી. ક્વાર્કની એક જોડી એટલે અપ અને ડાઉન ક્વાર્ક, એક જોડી એટલે ટોપ અને બોટમ ક્વાર્ક, આ ઉપરાંત એક ક્વાર્ક 'ચાર્મ'નામે ઓળખાય છે.

એક અન્ય ક્વાર્ક 'સ્ટ્રેન્જ'ક્વાર્ક તરીકે ઓળખાય છે. છ પ્રકારનાં ક્વાર્કની અગણીત ગોઠવણ થઇ શકે છે. બે અલગ-અલગ પ્રકારનાં ક્વાર્ક ભેગા થાય તો 'મેસોન'નામનાં કણ બને છે. જો ત્રણ અલગ અલગ પ્રકારનાં ક્વાર્ક ભેગા મળે તો બેરીયોન વર્ગનાં કણ બને છે. બેરીયોન્સમાં જાણીતા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન કણનો સમાવેશ થાય છે. બેરીયોન કણ, દળદાર એટલે કે 'મેસીવ'પાર્ટીકલ્સ હોય છે.

નવો શોધાયેલ બેરીયોન વર્ગનો વિદ્યાર્થી, ઝી-સીસી-પ્લસ-પ્લસ પણ ત્રણ ક્વાર્કનો બનેલો છે. જેમાં બે અતિ દળદાર ક્વાર્ક 'ચાર્મ'છે. એક તેનાથી હલકો 'અપ' ક્વાર્ક છે. સામાન્ય રીતે બેરીયોન વર્ગનાં કણમાં એક ભારે ક્વાર્ક અને એક હલકા ક્વાર્કનું કોમ્બીનેશન જોવા મળે છે. જ્યારે નવાં શોધાયેલા કણમાં ભૌતિક શાસ્ત્રીઓને પ્રથમવાર બે હેવી ક્વાર્ક અને એક લાઇટ ક્વાર્કનાં કોમ્બીનેશનવાળો નવો 'કણ'જોવા મળે છે. નવાં શોધાયેલા કણને લગતું સંશોધન પત્ર 'ફીજીકલ રિવ્યુ લેટર્સ'માં પ્રકાશીત થયેલ છે.

સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ પણ સંપુર્ણ નથી !

આપણી આસપાસનાં બ્રહ્માંડના દ્રવ્ય (મેટર)ને આપણે, આપણાં હાલનાં જ્ઞાાન આધારીત 'સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ'વડે સમજીએ છીએ, 'સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ'ખરાં અર્થમાં એક પ્રકારનો સિદ્ધાંત કે થિયરી છે. તેની ખાસીયત કહો તો ખાસીયત, લાક્ષણીકતા ગણો તો લાક્ષણીકતા અને ખામી ગણો તો ખામી! બ્રહ્માંડમાં જોવા મળતાં ચાર પ્રકારનાં બળમાંથી સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ માત્ર ત્રણ પ્રકારનાં બળ અને તેની સાથે જોડાએલાં કણો વચ્ચે નો અગાઉ સંબંધ દર્શાવે છે. સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ, ગુરુત્વાકર્ષણ એટલે કે 'ગ્રેવીટી'ને અલગ રાખે છે. કેટલાંક પાયાનાં સવાલો છે જેનો જવાબ સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ આપી શકતું નથી.

આવા સવાલ એટલે કે (૧) ડાર્ક મેટર એટલે કે શ્યામ પદાર્થ શું છે ? (૨) બિગબેંગ બાદ પેદા થયેલ એન્ટી મેટરનું શું થયું ? (૩) બિગબેંગ બાદ મેટર અને એન્ટી મેટર વચ્ચેનું સંતુલન કઇ રીતે તુટી ગયુ અને (૪) વ્હાઇટ મેટર એટલે કે આપણા 'દ્રશ્યમાન મેટર' કેવી રીતે વાયુનાં કણોથી માંડીને આકાશગંગા જેવી વિશાળ રચના કરવામાં સફળ રહ્યું ! (૫) શા માટે ત્રણ જનરેશનવાળા ક્વાર્ક અને લેપ્ટોન અલગ-અલગ માસ સ્કેલમાં જોવા મળે છે ? ક્વાર્ક વિશે આગળ વાંચી ગયા હવે જરાં લેપ્ટોનની ખાસીયત અને ગુ્રપ ઉપર એક નજર નાખીએ તો...

છ પ્રકારનાં લેપ્ટોનને ત્રણ જનરેશનમાં ગોઠવવામાં આવે છે. પ્રથમ જનરેશન એટલે કે ઇલેકટ્રોન અને ઇલેકટ્રોન ન્યુટ્રીનો, દ્વિતીય જનરેશન એટલે મ્યુઓન અને મ્યુઓન ન્યુટ્રીનો અને તૃત્તીય જનરેશન એટલે કે 'ટાઉ'અને ટાઉ ન્યુટ્રીનો. ઇલેક્ટ્રોન, મ્યુઓન અને ટાઉ પાસે ચોક્કસ વિજભાર અને અતિ સુક્ષ્મ પ્રમાણમાં દળ એટલે કે 'માસ' પણ ધરાવતાં હોય છે.

જ્યારે ન્યુટ્રીનો કણો વિજભારની દ્રષ્ટિએ તટસ્થ હોય છે અને બ્રહ્માંડમાં જોવા મળેલ વિવિધ પ્રકારનાં કણોમાં સૌથી ઓછુ દળ એટલે કે 'માસ'ધરાવે છે. આવું શા માટે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ પાસે તેનો જવાબ નથી.

બ્રહ્માંડમાં ચાર પ્રકારનાં બળ વિદ્યમાન છે. સૌથી નબળુ બળ 'ગ્રેવિટી' છે. તેનાથી ઓછી રેન્જ એટલે કે અંતરમાં ઇલેકટ્રોમેગ્નેટીક ફોર્સ કામ કરે છે. તેની રેન્જ પણ 'અમાપ'છે. ગ્રેવીટી કરતાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટીક ફોર્સનું સામર્થ્ય શક્તિ વધારે છે.

જ્યારે માત્ર પરમાણુ કક્ષાએ અતિ સુક્ષ્મ અંતરે માત્ર સીમિત રેન્જમાં સ્ટ્રોન્ગ અને વિક ફોર્સ કામ કરે છે. એટલે કે સબએટમીક પાર્ટીકલ વચ્ચે આ બે બળ જોવા મળે છે. વિક ફોર્સ, ગ્રેવીટી કરતાં વધારે શક્તિશાળી છે. જ્યારે ચારેય બળમાં સૌથી વધારે શક્તિશાળી બળ 'સ્ટ્રોંગ ફોર્સ'છે.
 

Post Comments