क्वार्क

संदर्भ

एक हालिया अध्ययन से पता चला है कि दो-क्वार्क समूहों की तुलना में तीन-क्वार्क समूहों के बनने की संभावना अधिक होती है, खासकर उन परिदृश्यों में जहाँ अन्य कण एक विशिष्ट प्रकार के क्वार्क को सघनता से घेर लेते हैं।

संबंधित तथ्य 

• पारंपरिक कण-भौतिकी मॉडल को चुनौती: शोधकर्ताओं ने नोट किया कि यह खोज पारंपरिक कण-भौतिकी मॉडल को चुनौती देती है, जो मानते हैं कि ‘क्वार्क पार्टिकल’ पर्यावरण में स्वतंत्र रूप से होता है।
• भारी क्वार्कों का समूह: एक अन्य अध्ययन में विशेष रूप से भारी क्वार्कों से युक्त समूहों के अवलोकन की सूचना दी गई है।
• भारी क्वार्कों का अध्ययन करने में कठिनाई: भारी-क्वार्क क्लंप बहुत अल्पकालिक होते हैं और उनका अध्ययन करना कठिन होता है, जिसके लिए अधिक परिष्कृत उपकरणों और कंप्यूटिंग शक्ति की आवश्यकता होती है।
  • हालाँकि, परमाणु संलयन और तारों के विकास जैसी घटनाओं पर उनके प्रभाव पर प्रकाश डालने वाले सभी क्वार्क को समझने के लिए उन्हें समझना महत्त्वपूर्ण है।

 द्रव्य की संरचना

• सभी पदार्थों में परमाणु शामिल होते हैं, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन नाभिक बनाते हैं जबकि इलेक्ट्रॉन बाहर परिक्रमा करते हैं।
  • हालाँकि इलेक्ट्रॉनों के विपरीत, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, जो मिश्रित कणों का निर्माण करते हैं, क्वार्क से बने होते हैं।

तारे की अवस्थाएँ/तारों का जीवन चक्र

• बलों का संतुलन: एक तारा पदार्थ के एक गोले का प्रतिनिधित्व करता है जो दो विरोधी बलों के बीच संतुलन प्राप्त करता है।
  • तारे के द्रव्यमान से उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण, तारे को अंदर की ओर विस्थापन के लिए प्रोत्साहित करता है। इसके विपरीत, इसके मूल में संलयन प्रतिक्रियाओं द्वारा जारी विस्फोटक ऊर्जा में व्यक्त परमाणु बल तारे को ऊपर और बाहर की ओर धकेलता है।
  • किसी तारे के भीतर, ये दोनों बल पूर्ण संतुलन में होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आकाश में इसकी चमकदार उपस्थिति होती है।
• तारे का पतन: जब कोई तारा अपने संलयन ईंधन को समाप्त कर देता है, तो परमाणु संलयन कम हो जाता है, जिससे गुरुत्वाकर्षण धीरे-धीरे बाहरी दबाव पर हावी हो जाता है। अंततः, तारा अपने जीवन चक्र के अंत तक पहुँच जाएगा और पतन या विस्फोट से गुजरेगा।
• आकार और द्रव्यमान के आधार पर जीवनोत्तर भाग्य निर्धारण: जीवनोत्तर चरण में तारे की नियति उसके प्रारंभिक आकार और द्रव्यमान से निर्धारित होती है, जिससे एक व्हाइट ड्वार्फ, एक न्यूट्रॉन तारा या एक ब्लैक होल का निर्माण होता है।
  • वैज्ञानिकों ने अनुमान लगाया है कि यदि सूर्य 20 गुना अधिक विशाल होता, तो मरने पर यह एक ब्लैक होल में गिर सकता है। यदि यह केवल आठ गुना भारी होता, तो यह एक न्यूट्रॉन तारा बन सकता था।

न्यूट्रॉन तारे

• न्यूट्रॉन तारे के बारे में: न्यूट्रॉन सितारों में, जिस ताकत से कोर नष्ट होता है वह सभी प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों को न्यूट्रॉन में बदल देता है।
• न्यूट्रॉन सितारों में अत्यधिक घनत्व और नवीन पदार्थ की स्थिति: न्यूट्रॉन सितारों का आंतरिक भाग अत्यधिक घनत्व प्रदर्शित करता है, जिसमें दो सूर्यों के बराबर द्रव्यमान केवल 25 किलोमीटर चौड़े गोले में संकुचित होता है।
  • यह अत्यधिक दबाव पदार्थ की एक नवीन अवस्था के निर्माण का कारण बन सकता है।
• न्यूट्रॉन गुणों का अध्ययन: टॉलमैन-ओपेनहाइमर-वोल्कॉफ (Tolman-Oppenheimer-Volkoff-TOV) समीकरण का उपयोग न्यूट्रॉन तारों के गुणों की गणना के लिए किया जाता है। यह न्यूट्रॉन सितारों के भीतर क्वार्क की उपस्थिति की संभावना बताता है।
  • कॉम्पैक्ट सितारों के गुणों के अध्ययन में TOV समीकरण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
• प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण: प्रोटॉन धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं और इसलिए उनके साथ एक चुंबकीय क्षण (चुंबकीय क्षेत्र द्वारा लगाया गया एक घूमने वाला बल) जुड़ा होता है।
  • न्यूट्रॉन में भी चुंबकीय क्षण होता है, लेकिन वे न्यूट्रल रूप से चार्ज होते हैं।
• न्यूट्रॉन स्टार्स में क्वार्क मैटर की खोज: भौतिकी में एक पुराना सवाल यह है कि क्या इस अवस्था में क्वार्क मैटर शामिल हो सकता है, जहाँ न्यूट्रॉन अब मौजूद नहीं हैं, केवल क्वार्क हैं।
• क्वार्क पदार्थ के लिए साक्ष्य: हालिया जर्नल नेचर कम्युनिकेशंस के अनुसार, सबसे विशाल न्यूट्रॉन तारों के आंतरिक भाग में मुख्य रूप से क्वार्क पदार्थ हो सकता है, जिसकी अनुमानित संभावना 80-90% है।
  • हालाँकि खगोलभौतिकी अवलोकन संख्या में कम थे, जिसका अर्थ है कि परिणाम इतना विश्वसनीय नहीं है। क्वार्क पदार्थ और यह वास्तव में कैसे बनता है, इसे समझने के लिए खगोल भौतिकीविदों को अधिक अवलोकन संबंधी डेटा की आवश्यकता है।
• न्यूट्रॉन अध्ययन के साथ चुनौतियाँ: हालाँकि उनके गुणों को अच्छी तरह से सिद्ध किया गया है, लेकिन सांसारिक प्रयोगशालाओं में उन पर प्रत्यक्ष प्रयोग असंभव है।
  • इसके अतिरिक्त, अधिकांश न्यूट्रॉन सितारों के द्रव्यमान और त्रिज्या पर महत्त्वपूर्ण डेटा अज्ञात रहता है, जिससे खगोल भौतिकीविदों के बीच गहरी रुचि पैदा होती है।

क्वार्क स्टार्स को समझना

• क्वार्क की खोज: 1960 के दशक में भौतिकविदों ने अनुमान लगाया कि न्यूट्रॉन छोटे कणों से बने होंगे, जो चुंबकीय क्षण को जन्म देते हैं लेकिन जिनके विद्युत आवेश स्वयं को रद्द कर देते हैं।
  • गेल-मैन ने उन्हें क्वार्क कहा तथा 1970 के दशक में उनके अस्तित्व की पुष्टि की गई।
• क्वार्क और एंटीक्वार्क का वर्गीकरण: क्वार्क, मौलिक कण, छह प्रकार के होते हैं। वहाँ एंटीक्वार्क भी मौजूद हैं, जो क्वार्क के एंटीमैटर समकक्ष हैं।
• मेसन निर्माण: जब एक क्वार्क और एक एंटीक्वार्क मिलते हैं, तो वे एक मेसन बनाते हैं, उदाहरणों में अप + एंटी-डाउन शामिल हैं।
• बैरियन गठन: तीन-क्वार्क समूहों को बैरियन कहा जाता है, जो हमारे चारों ओर मौजूद सामान्य पदार्थ का निर्माण करते हैं।
• ग्लूऑन द्वारा क्वार्क का बंधन: क्वार्क को ग्लूऑन नामक कणों के एक अन्य समूह द्वारा एक साथ बाँधा जाता है।
  • चूँकि परमाणु बल बहुत मजबूत होते हैं, क्वार्क हमेशा एक-दूसरे से मजबूती से बँधे होते हैं और खाली स्थान के निर्वात में भी स्वतंत्र नहीं होते हैं।
•  क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स सिद्धांत: यह उस परमाणु बल की व्याख्या करता है, जो क्वार्क को एक साथ रखता है।
  • यह भविष्यवाणी करता है कि पर्याप्त उच्च ऊर्जा पर, परमाणु पदार्थ पदार्थ का एक नया चरण बनाने के लिए ‘डिकॉन्फाइन्ड’ हो सकता है, जिसमें क्वार्क को समूहों में मौजूद होने की आवश्यकता नहीं होती है।

लार्ज हैड्रान कोलाइडर (Large Hadron Collider-LHC) लार्ज हैड्रान कोलाइडर के बारे में : LHC विश्व का सबसे बड़ा और सर्वाधिक शक्तिशाली कण त्वरक है। CERN के नेतृत्व वाली वैश्विक सहयोग परियोजना: यह CERN (यूरोपीय परमाणु अनुसंधान संगठन) के नेतृत्व वाली एक वैश्विक सहयोग परियोजना है। स्थान: LHC जिनेवा के पास फ्राँस और स्विट्जरलैंड के बीच की सीमा पर 175 मीटर की गहराई पर पृथ्वी की सतह के नीचे स्थित है। उद्देश्य: LHC का निर्माण कुछ मूलभूत कणों (जैसे प्रोटॉन, हिग्स बोसॉन आदि) का अध्ययन करने और वे कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, इसका अध्ययन करने के लिए किया गया था।

• कारावास के साक्ष्य: भौतिकविदों ने अत्यधिक उच्च ऊर्जा पर सीसा आयनों की टक्कर से जुड़े प्रयोगों के माध्यम से विघटन के साक्ष्य प्रदान किए हैं, जैसे कि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर पर किए गए है।
• क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा का अस्तित्व: इन प्रयोगों से पदार्थ की एक अवस्था के अस्तित्व का पता चला है, जिसे क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा के रूप में जाना जाता है, जहाँ क्वार्क संक्षेप में स्वतंत्र रूप से मौजूद होते हैं, जो ‘प्लाज्मा’ चरण को दर्शाता है।
  • बिग बैंग सिद्धांत के अनुसार, कणों के एकत्र होकर प्रथम पदार्थ समूह के निर्माण से पहले प्रारंभिक ब्रह्मांड इस प्लाज्मा से भरा हुआ था।
• क्वार्क तारों की खोज के लिए सुराग: कण एकत्रीकरण की यह प्रक्रिया ऊर्जा जारी कर सकती है या आसपास के वातावरण में परिवर्तन ला सकती है, जिससे खगोलविदों को क्वार्क सितारों की पहचान करने और अंततः उनकी खोज करने के लिए संभावित सुराग मिलते हैं।
  • तब तक क्वार्क तारों का अस्तित्व भौतिकी में अनसुलझे रहस्यों में से एक बना हुआ है।

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