एंटीमैटर/प्रतिपदार्थ

संदर्भ

हाल ही में प्रकाशित शोध पत्र, जिसका शीर्षक है: ‘द स्टैंडर्ड मॉडल सीपी वायलेशन इज इनफ’ (The Standard Model CP Violation is Enough) ने कण भौतिकी समुदाय में व्याप्त पदार्थ-प्रतिपदार्थ असममिति (Matter- Antimatter Asymmetry) के प्रश्न पर नई अंतर्दृष्टि प्रदान की है।

एंटीमैटर 

• एंटीमैटर हमारे ब्रह्मांड को बनाने वाले लगभग सभी उपपरमाण्विक कणों का जुड़वाँ या दर्पण कण (Mirror Particle) है। ये कणों का एक समूह है, जिसमें उनके सामान्य पदार्थ समकक्षों के विपरीत विद्युत आवेश होते हैं।
  • उदाहरण: इलेक्ट्रॉन (ऋणात्मक आवेश) का प्रतिपदार्थ प्रतिरूप पॉजिट्रॉन (धनात्मक आवेश वाला) होता है।
• उपस्थिति: एंटीमैटर/प्रतिपदार्थ में द्रव्यमान होता है और पदार्थ के सभी उपपरमाण्विक कणों के या तो अपने प्रति-जुड़वाँ कण (एंटीक्वार्क, एंटीप्रोटॉन, एंटीन्यूट्रॉन और एंटीलेप्टन जैसे एंटीइलेक्ट्रॉन) होते हैं या वे पदार्थ और प्रतिपदार्थ के बीच की सीमा पर स्थित होते हैं।    
• अल्पकालिक: एंटीमैटर/प्रतिपदार्थ सामान्य पदार्थ के संपर्क में आने पर नष्ट हो जाता है तथा एंटीप्रोटॉन द्वारा प्रोटॉन के साथ अभिक्रिया करने की विनाश प्रक्रिया में नैनोसेकंड का समय लगता है।
• खोज
  • पॉल डिराक (ब्रिटिश भौतिकशास्त्री) ने वर्ष 1928 में एक समीकरण में पहली बार पूर्वानुमान लगाया था कि प्रत्येक कण का एक प्रतिकण होता है जिसका द्रव्यमान समान होता है, लेकिन आवेश विपरीत होता है।
  • वर्ष 1932: ब्रह्मांडीय किरणों में एक धनात्मक इलेक्ट्रॉन की खोज की गई और इसे ‘पॉजिट्रॉन (Positron) कहा गया।
  • वर्ष 1955: बर्कले में ‘बेवाट्रॉन’ (Bevatron) त्वरक पर एक ‘एंटीप्रोटॉन (AntiProton) का उत्पादन किया गया, जिसे विशेष उद्देश्य के लिए बनाया गया था।
• गठन: एंटीमैटर कणों का निर्माण, जिनेवा में CERN (यूरोपीय परमाणु अनुसंधान संगठन) द्वारा संचालित लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर जैसे कण त्वरक पर अल्ट्रा-हाई-स्पीड टकरावों का उपयोग करके किया जा रहा है।
  • CERN में प्रयोगों से एंटीहाइड्रोजन (तत्व हाइड्रोजन का एंटीमैटर जुड़वाँ) बनता है, जिसमें आज तक उत्पादित सबसे जटिल एंटीमैटर तत्व ‘एंटीहीलियम’ है, जो हीलियम का प्रतिरूप है।
• अनुप्रयोग: एंटीमैटर विज्ञान को विभिन्न क्षेत्रों में लागू किया जा सकता है, जैसे-
• मेडिकल इमेजिंग: पॉजिट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी (PET) स्कैन शरीर की उच्च-रिजॉल्यूशन वाली छवियाँ बनाने के लिए पॉज़िट्रॉन का उपयोग करते हैं।
• कैंसर उपचार: एंटीप्रोटोन का उपयोग कैंसर के उपचार में ट्यूमर को लक्षित करने के लिए किया जाता है।
• अंतरतारकीय यात्रा: एंटीमैटर-पदार्थ टकराव का उपयोग अंतरतारकीय यात्रा को बढ़ावा देने के लिए किया जा सकता है, क्योंकि यह पदार्थ के साथ नष्ट होने पर बड़ी मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करता है।
  • NASA ‘मैटर-एंटीमैटर’ टकराव द्वारा उत्पादित ऊर्जा का उपयोग करके निकटतम तारा प्रणाली, अल्फा सेंटॉरी में एक जाँच भेजने की संभावना तलाश रहा है।
• मजबूत सामग्री विकसित करना: शोधकर्ता परमाणु स्तर की दुर्बलताओं की खोज करने और निर्माण के लिए मजबूत सामग्री विकसित करने के लिए एंटीमैटर का उपयोग कर सकते हैं।
• एंटीमैटर को परमाणु हथियारों के लिए ‘ट्रिगर तंत्र’ के रूप में माना जाता है।

पदार्थ-प्रतिपदार्थ असममिति (Matter -Antimatter Asymmetry)

• वर्तमान ब्रह्मांड में पदार्थ की प्रधानता के साथ पदार्थ और प्रतिपदार्थ के बीच असममिति भौतिकी में सबसे बड़े प्रश्नों में से एक है।
• प्रश्न: पदार्थ और प्रतिपदार्थ कण हमेशा एक युग्म के रूप में उत्पन्न होते हैं और संपर्क में आने पर एक दूसरे को नष्ट कर देते हैं, जिससे निवल ऊर्जा पीछे रह जाती है।
  • बिग बैंग के दौरान, कण-प्रतिकण युग्मों के निर्माण और विनाश के साथ, ब्रह्मांड में बची हुई ऊर्जा के अलावा कुछ भी नहीं होना चाहिए था।
    • तो फिर पदार्थ-प्रतिकण संबंध में इस असममिति का कारण क्या था, जहाँ अंततः पदार्थ प्रभावी हो गया।
• असममिति: वर्ष 1967 में, रूसी भौतिक विज्ञानी आंद्रेई सखारोव ने एक परिदृश्य प्रस्तावित किया था, जिसके अनुसार, पदार्थ और प्रतिपदार्थ कणों के क्षय में एक छोटी सी विषमता के कारण प्रतिपदार्थ की तुलना में पदार्थ का एक छोटा सा अधिशेष उत्पन्न हो सकता है, अर्थात प्रति अरब में से लगभग एक कण बच सकता है।
• अवशेष: फोटॉन (प्रकाश कण) पदार्थ-प्रतिपदार्थ विनाश के अवशेष हैं, क्योंकि प्रत्येक (जीवंत) प्रोटॉन या न्यूट्रॉन के लिए, ब्रह्मांड में लगभग 1 बिलियन फोटॉन हैं।
• सिद्धांत: पदार्थ-प्रतिपदार्थ असममिति के संभावित कारणों के बारे में 2 मुख्य सिद्धांत मौजूद हैं, लेकिन कोई भी प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध नहीं हुआ है।
  • CP अतिक्रमण (CP Violation): यह बड़े कणों के क्षय के दौरान होने वाली प्रक्रिया का परिणाम हो सकता है, जिसे CP अतिक्रमण कहा जाता है।
  • CPT अतिक्रमण (CPT Violation): यह कण बनाम प्रतिकण गुणों में अंतर के कारण हो सकता है, जिसे CPT अतिक्रमण कहा जाता है।

कण भौतिकी का मानक मॉडल (Standard Model of Particle Physics) कण भौतिकी का मानक मॉडल एक सिद्धांत है जो ब्रह्मांड के सबसे बुनियादी निर्माण खंडों का वर्णन करता है। यह बताता है कि क्वार्क (जो प्रोटॉन एवं न्यूट्रॉन का गठन करते हैं) और लेप्टॉन (जिसमें इलेक्ट्रॉन शामिल हैं) नामक कण सभी ज्ञात पदार्थों का निर्माण कैसे करते हैं। मानक मॉडल ब्रह्मांड को नियंत्रित करने वाले चार मूलभूत बलों में से तीन की व्याख्या करता है, अर्थात, विद्युतचुंबकत्व: यह फोटॉन द्वारा वहन किया जाता है और इसमें विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र की परस्पर क्रिया शामिल होती है। प्रभावी बल: यह ग्लूऑन द्वारा वहन किया जाता है, परमाणु नाभिक को स्थिर बनाने के लिए उन्हें एक साथ बांधता है। दुर्बल बल: यह W और Z बोसॉन द्वारा वहन किया जाता है, परमाणु अभिक्रियाओं का कारण बनता है जिसने अरबों वर्षों से हमारे सूर्य और अन्य तारों को शक्ति प्रदान की है। चौथा मूलभूत बल गुरुत्वाकर्षण बल है, जिसे मानक मॉडल द्वारा पर्याप्त रूप से व्याख्यायित नहीं किया गया है।

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