துகள்களின் மாயா பஜார் ( Quarks )

This entry is part of 31 in the series 20020217_Issue

இ.பரமசிவன்


(epsi_van@hotmail.com)

இது வினோதமான தலைப்பாக தொிகிறது அல்லவா ?ஆம்.துகள் இயற்பியல் (particle physics) விஞ்ஞானிகளுக்கு மிகவும் பிடித்தமான தலைப்பு இது ‘அணுவைத் துளைத்து ஏழ்கடலை ‘ப் புகட்ட முயன்ற அந்த விஞ்ஞானிகள் ஆச்சாியம் விளைவிக்கும் வகையில் ஒரு ‘மாயத்துகள் ‘ ஒன்றைக் கண்டு பிடித்தார்கள்.இயற்பியல் ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு மாய என்ற அந்த அடைமொழி ‘துகளா ? ஆற்றலா ? ‘ என்னும் ‘ஒரு மாய மான் வேட்டையைத் தான் ‘ குறிக்கிறது.குவார்க்குகள் அல்லது மாயத்துகள்கள் (Quarks) எனும் அந்த ‘முகமூடி போட்ட ‘ துகள்கள் புாியும் மாயா லீலை களைப்பற்றி கொஞ்சம் தொிந்து கொள் வோமா ?

முதலில் மின்காந்தப் புலம் (electro-magnetic field) எப்படி பின்னப்பட்டிருக்கிறது என்று பார்ப்போம். விசையேற்றப்பட்ட (charged) இரு துகள்களூகிடையில் ஒரு துகள் தன்னைச் சுற்றி ஒரு புலம் (field) உண்டாக்கி அதனை அடுத்த துகள் மேல் ஏற்றுகிறது.இந்த துகள்களுக்கிடையே நடைபெறும் இடைச்செயல் (inter action) நமக்கு எதிர் திசையில் தோற்றம் அளிக்கிறது. அதாவது இரண்டாவது துகள் மின்காந்தப்புலம் உண்டாக்கி முதல் துகளுக்கு பாய்ச்சுவதாகவே நமக்குத் தோன்று கிறது.ஆனால் தற்போதைய நவீன அளவுஇயல் கோட்பாட்டின் படி (quantum theory) மின்காந்தப்புலம் என்பது எல்லா துகள்களும் சேர்ந்த ஒட்டு மொத்த சேர்மானம் (ensemble) ஆகும். இத்துகள்கள் அடிப்படையில் ஒளிவிசை ஏற்றப்பட்டவை யாதலால் இவை ‘ஒளிர் துகள் ‘ (photons) எனப்படும். அப்படி ‘கருதப்பட்ட ஒளிர்துகள்களின் ‘ (virtual photons) பாிமாற்றத்தினால் தான் (exchange) மேற்கூறிய மின்காந்த இடைச் செயல்கள்,விசையேற்றப்பட்ட அத்துகள்களிடையே நிகழ்கின்றன.இந்த ஒளிர்துகள்கள் ‘மின்னற்ற நிறையற்ற ‘ (neutral massless) துகள்களாகும். இவற்றிற்கு ‘கோண முடுக்கம் அல்லது சுழல்விசை ‘ (angular momentum or spin) மட்டுமே உண்டு.அளவு இயல் இயக்ககர விதிகளின் (quantum mechanics) அலகுகள் அமைப்பின் படி (system of units ) இவற்றின் சுழல்விசை ‘ஒற்றைச் சுழல்வியம் ‘ ( spin equals to unity or spin-1) எனப்படும். இந்த ஒற்றைச்சுழல்விய துகள் (spin-1 particles) களான ஒளிர்துகள் உருவாக்கும் மின்காந்தப்புலம் ‘திசை ஆற்றல் புலம் ‘ (vector field) என அழைக்கப்படுகிறது.

1950களில் துகள் ஆராய்ச்சியில் ஒரு புதிய திருப்பம் ஏற்பட்டது. அணுக்கருவிலிருந்து(nuclie) கசிகின்ற கதிாியக்கம் உடைய (radio-active beta particles) பீட்டா துகள்களிடையே நடைபெறும் ‘வலுவற்ற இடைச்செயல்கள் ‘ (weak interactions) பற்றியது தான் அது.மின்காந்தப்புலத்தில் இருப்பது போலவே இங்கும் ஒளிர்துகளின் திசைஆற்றல் புலமே இருப்பதாக கண்டுபிடிக்கப் பட்டது. ஆனால் மின்காந்தப்புலத்தில் உள்ள ஒளிர்துகள்கள் ‘தங்கு நிறை பூஜ்யமாக ‘ (zero rest mass) இருக்கும் நிலையிலிருந்து மாறி இங்கு ‘பூஜ்யமற்ற (nonzero)தங்கு நிறைக்கு ‘ மாறிய ஆச்சாியம் என்ன என்று விஞ்ஞானிகள் வியந்து போனார்கள். இதன் விளைவாக 1954ல் யங்-மில்ஸ் என்ற இரண்டு விஞ்ஞானிகளும் (Ch.Yang and R.Mills)சேர்ந்து எழுதிய ஆராய்ச்சிக்கட்டுரை ஒரு புதிய பாிமாணத்தை தந்தது.ஆக்வே சுழற்சி எண் ‘ஒன்று ‘ (1) என்பதை ஒளிர்துகளை (photon) மட்டும் வைத்துக் கொண்டு திசைஆற்றல் புலத்தில் (vector field) ஒரு ‘மாறாதபண்பை ‘ (conservation property) தீர்மானிப்பதற்கு பதில் ‘இடைச்செயல் கள் ‘ (interactions) நிகழ்வில் இருக்கும் ஒரு ‘மாறாத ‘தன்மையை (symmetry) பல வித துகள்களிலும் இருப்பதை அறிவதே விஞ்ஞானிகலின் நோக்கம்.எலக்ட்ரான் துகள்களுக்கிடையே நடைபெறும் மின்காந்த இடைசெயல் களுக்கு ஊடுதுகளாக(mediating particle) இருக்கும் ஃபோட்டான் எனும் ஒளிர்துகளுக்குப் பதிலாக W+ W- Z0 போன்ற போசான்கள் ஊடுதுகள்களாகி நடைபெறும் வலுவற்ற இடைசெயல்களில் (weak interactions) அவற்றை ‘மேலீடு ‘ செய்தால் (superposition) என்ன நடக்கும் ? அப்படி மேலீடு செய்தபோதும் அந்த துகள்களின் மாறாத தன்மை பாதுகாக்கப்படுமா ? என்றெல்லாம் ஆராய்ச்சி செய்தனர். இந்த மாறாத தன்மை ஒரு குறிப்பிட்ட நுணுக்கமான ஒரு புள்ளி ‘அருகில் ‘ அல்லதுஒரு ‘அண்மையத்துப் புள்ளியில் ‘ உணரப்படுமா (locally realized) என்பதையும் உற்று ஆய்ந்தனர். மாறாத தன்மை அல்லது ‘ஒரு ஒழுங்கமைவு ‘ எனும் இதனை ஒரு அலகுக்கு உருமாற்றம் செய்து ‘அலகிட்டு ‘ அளவு செய்தனர். அப்போது ‘பொதுப்படையான ‘ (generalized) அந்த ‘திசையாற்றல் புலம் ‘ ஒரு புள்ளியில்— அதாவது வெளியும் காலமும் இணைந்த (space-time) ஒரு பாிமாணத்தின் புள்ளியில்– ‘அருகிய ‘(localized) திசையாற்றல்புலமாக உருமாற்றம் செய்யப்பட்டபோதும் அது ‘மாறாத தன்மையைக் கொண்டிருந்தது. இது ‘ஒழுங்கமைவின் உருமாற்றம் ‘ (symmetry transformation) எனப்படுகிறது. அப்போது அந்த ‘வெக்டார் ஃபீல்டு ‘(திசை ஆற்றல் புலம்) காஜ்பீல்டு (gauge field) அதாவது ‘அலகீட்டுப் புலம் ‘ என்று அழைக்கப்படுகிறது.துகள்களை இங்கு அலகு புலத்தில்(gauge field) அலகிடுவது என்பது அதன் சுழற்சியைத்தான். அவை எந்தவித துகள்களாக இருந்த போதும் அவை ‘ சுழற்சி எண் 1 ன் துகள்கள் ‘ (spin 1 particles ) என்னும் நிலையையே அவை அடைகின்றன.இந்த சுழற்சிநிலையை அடைய துகள்கள் நிறையற்றவையாக (massless) இருக்க வேண்டும்.ஆனால் W- W+ Z0 போன்ற போசான் துகள்களின் நிறையை CERN எனும் அந்த ஸ்விட்சர்லாந்து நாட்டின் ‘அணு ஆற்றல் ஆராய்ச்சிக்கூடத்தில் ‘ கண்டறிந்த போது திடுக்கிட்டு தான் போனார்கள்! சாதாரணமாக எலக்ட்ரான்களை விட ப்ரோடான்கள் அதிக நிறை யுடையவை. ஆனால் இந்த W+,W-,Z0 போசான்கள் ப்ரொடான்களயும் விட 80,லிருந்து 90 மடங்குகள் அதிமானவை என்று அவர்கள் கண்டுபிடித்தபோது தான் இந்த ‘ஒழுங்கமைவு கோட்பாட்டின் ‘ (symmetry principle) வாசல் திறக்கப்பட்டது.

ஒளிர்துகளை நாம் முன்பு திசைஆற்றல் துகள் அல்லது வெக்டார் துகள் என்று பார்த்தோம்.இது மின்காந்தப் புலத்தில் விசை யேற்றத்தின் (charge) மாறாத தன்மையை(conservation) நிலைநிறுத்தியது. இது மின்னியல் இயக்ககர கோட்பாடு ஆகும் (electro-dynamics).ஆற்றல் என்பது மிக மிக நுண்ணிய ‘துகள் அல்லது அலையின் ‘ பொட்டலமாக (energy-packet of a partcle or wave) கருதப்பட்டபோது அது ‘ப்ளாங்க் மாறிலி ‘ (planck ‘s constant) யானது. ஆற்றல் இவ்விதம் ‘அளவைக்கு உட்படுத்தப் படும்போது ‘ (quantumized) அந்த செயல்பாடுகள் ‘அளவையியல் இயக்ககரம் ‘ (quantum dynamics) எனப்படும்.மின் காந்த இடைச் செயல்கள் தற்போது அபாிமித ஆற்றலினால் துகள்கள் சிதைவுறும் (decay) இடைச் செயல்களாக பாிணமிக்கிறது.இதை வலுவற்ற இடைச்செயல்கள் (weak interactions) என்கிறோம். மின்காந்த இடைசெயல்களுக்கு ஊடுதுகள்களாக ஃபோட்டான்கள் இருப்பது போல் இந்த வலுவற்ற இடைச்செயல்களூக்கு ‘இடையூடு போசான்களே ‘ (intermediate Bosons) ஊடுதுகள்களாக இருக்கின்றன.துகள்கள் ஆற்றலை உருவாக்கின்றன என்ற கோட்பாடு செல்லாத தாகி துகள்களைச்சுற்றிய புலங்களும் (fields) ஆற்றல் உருவாக்கும் இடைசெயல்களுக்கு ஊடு துகள்களாகிய அந்த துகள்கள் அந்த ‘இடைசெயல்களின் தாங்கிகளாக ‘ (carriers of interactions) மாறி செயல்படும் விதமுமே இங்கு முக்கியமாக ஆராயப்படுகின்றன.அதனால் ஆற்றல் பற்றிய கோட்பாடு இப்போது ‘இடைச்செயல்களின் இயக்ககர வியல் ‘ (interactions dynamics) என்றே கருதப்படுகிறது.

நாம் இது வரை மின்னியல்-வலுவற்ற இடைச்செயல்களை (electro-weak interactions)ப் பற்றி பார்த்தோம்.வலுவற்ற என்று நாம் குறிப்பிடுவது அணு ஆற்றலோடு ஒப்பிட்டு தான்.பலமடங்கு மில்லியன் எலெக்ட்ரான் வோல்ட்டுகளை வெளிப்படுத்தும் அணு ஆற்றலை ஒப்பிடும்போது துகள்சிதைவு இடைச்செயல்கள் மிக வலுவற்றவையே ஆகும். எனவே அணு ஆற்றலை வெளிப்படுத்தும் இந்த இடைச்செயல்கள் ‘ வலுமிகு இடைச்செயல்கள் ‘ (strong interactions) என அழைக்கப்படுன்றன.முதல் இரண்டு இடைச்செயல்களுக்கு எலெக்ட்ரான்களும்(மின்துகள்) ப்ரொட்டான்களும்(மூல மின்துகள்) இடைசெயல்களில் உட்படும் துகள் களாக இருந்தன. இவற்றிற்கு முறையே ஃபோட்டான்களும் (ஒளிர்துகள்) போசான்களும் (போஸ்துகள்களும்) ஊடு துகள்களாக இருந்தன.இப்போது மூன்றாவதான ‘வலுமிகு இடைச்செயல்களோடு ‘ ‘ஒன்றிய புலக்கோட்பாடு ‘ (unified field theory) பற்றி பார்ப்போம். வலுமிகு இடைச் செயல்களில் உட்படும் துகள்கள் தனிப்பட்ட துகள்களாக கருதப்படாமல் ‘துகள்கூட்டமாக ‘ கருதப்படுகிறது. இவை அணுவுட்கரு துகள்களான (nucleons) ப்ரோட்டன்(நேர் மின் துகள்) நியூட்ரான் (மின்னற்ற அல்லது அறுமின் துகள்) கூடிய துகள் கூட்டமாகும்.துகள்களின் மாய விளையாட்டுகளில் அவற்றின் ‘நாம ரூபங்கள் ‘ மறைந்துபோய் அவற்றின் ‘எலக்ட்ரான் வோல்ட்டு ‘ களே ‘நிறை ‘யைத் தீர்மானிக்கும் அம்சங்கள் ஆகின்றன.ஹெய்சன்பர்க் கண்டுபிடித்த ‘நிச்சயமற்ற கோட்பாடே ‘ (uncertainty principle) இந்த மாயவிளையாட்டின் பகடைக் காய்களை உருட்டுகிறது.துகளின் இருப்புநிலை(position) நிறையையும் உந்துநிலை (momentum) சுழற்சி யையும் தீர்மானிக்கின்றன. இந்த ‘பரமபத விளையாட்டில் ‘ ஒரு வித மாயத்துகளாய் தன் வாலையே தன் வாயால் கவ்விப்பிடிக்கும் பாம்பாக மாறிக்கொள்கிறது.உதாரணமாக அழிமானத்தின்(annihilation) இடைச் செயல்களில் நேர்துகள்-எதிர்துகள் எனும் இரட்டைத்துகள்கள் தான் (particle ,anti-particle ) முக்கிய

பங்கு வகிக்கின்றன. விஞ்ஞானிகள் இந்த ‘மாயத்துகள் ‘ களை குவார்க்குகள் (quarks) என்று அழைக்கின்றனர். அழிமானத்தின் போது இவை குவார்க்குகள் எதிர்குவார்க்குகள் (quarks, anti-quarks) எனப்படுகின்றன. துகள்களின் பழைய பெயர்களான எலக்ட்ரான் ப்ரோட்டான் நியூட்ரான் போன்றவை மறைந்து குவார்க்குகள் எனும் புதிய பெயர்களில் எல்லா துகள்களையும் உள்ளடக்கிய ஒரு புதிய ஆராய்ச்சி இந்த இருபதாம் நூற்றாண்டின் புரட்சிகரமான திருப்பம் ஆகும்.

குவார்க்குகளுக்கு ‘குவார்க்குகள் ‘ என்ற பெயர் சூட்டப்பட்ட வரலாறு மிகவும் சுவையான தகவல்களைக்

கொண்டது ! இவற்றைக் கண்டுபிடித்த ‘மர்ரே-ஜெல் மான் ‘ (Murray-Gell Mann) 27-6-1978 ல் ஆக்ஸ்ஃபோர்டு ஆங்கில அகராதி பதிப்பாசிாியருக்கு ‘குவார்க்கு ‘ எனும் இந்த துகள் பற்றி விளக்கி ஒரு கடிதம் எழுதினார். ஆங்கில அகராதிப்படி சில பறவைகளின் கூச்சலை இவை குறிப்பிடுகின்றன.உதாரணமாக காக்கையின் ‘குரோக் ‘ எனும் ஒலியும் வாத்துகளின் ‘குவாக் ‘ எனும் ஒலியும் கலந்த ஓசையே இங்கு ‘குவார்க் ‘ என்று ஆகியிருக்கிறது.ஆனால் இச்சொல் ஜேம்ஸ் ஜாய்ஸின் ‘ஃபின்னெகன்ஸ் வேக் ‘ எனும் நாவலில் (Finnegans wake by James Joyce) இடம் பெறுகிறது.

‘Three quarks for Muster Mark ‘ என்று மார்க் எனும் மன்னனை ஜாய்ஸ் கேலி செய்து பாடும் கவிதை வாி இது. ‘Three quarts for Mister Mark ‘ என்று ‘குளறல் ‘ மொழியில் வாழ்த்திய ஒரு குடிமகனின் பேச்சாகவும் இருக்கலாம் என்று ‘ஹெச்.சி.இயர்விக்கர் ‘ எனும் (H.C.Earwicker) ஒரு இலக்கிய விமர்சகர் ஜேம்ஸ் ஜாய்ஸின் நையாண்டித்திறனை குறிப்பிட்டு எழுதுகிறார்.எப்படி இருந்தபோதும் இந்த மூன்று

‘குவார்க்கு ‘கள் அணுவின் மூன்று உட்துகள்களான (sub-atomic particles) ‘எலக்ட் ரான் ,ப்ரோட்டான் நியூட் ரான் ‘ துகள்களையும் குறிப்பிடவே இங்கு பயன்படுத்துவதாக ‘மர்ரே-ஜெல் மான் ‘ அந்த கடிதத்தில் எழுதியிருக்கிறார்.

மின்காந்த இடைச்செயல்களில் ‘மின்னேற்றமும் ‘ (electric charge) மற்ற வலுவற்ற வலுமிகு இடைச்செயல் களில் சுழற்சி எண்ணும் (spin integer) முக்கியமான அம்சங்களாக இருக்கின்றன.இவை ‘அளவையியல் மின் இயக்ககரவியலாக ‘ (Q.E.D ie Quantum Electro-dynamics) ஆராய்ச்சிகள் செய்யப்படுகின்றன.ஆனால் மேலே நாம் பார்த்த ‘குவார்க்கு ‘ கள் அவற்றின் ‘சுழல் இயல்புகளாலேயே ‘ (flavours) இடைச்செயல்களின் தன்மையை தீர்மானிக்கின்றன.இவை ‘முக்கூட்டு ‘ குவார்க்குகளாவே (triplets) செயல்படுகின்றன (விவரம் கீழே கொடுக்கப் படுகிறது…காண்க) மின்னேற்றம் சுழல் எண் போன்ற அளவை எண்களுக்கு(quantum numbers)ப்பதில் இங்கே ‘வண்ணக் குறியீட்டு எண்கள் ‘ (colour index numbers) அடையாளப்படுத்தப் படுகின்றன.எனவே ஒன்றிய புலக்கோட்பாடு (unified field theory) விஞ்ஞானிகளால் ‘அளவையியல் வண்ணக்கதிர் இயக்ககரவியலாக ‘ (Quantum Chromo-dynamics i.e Q.C.D )ஆராயப்படுகிறது.

துகள்களோடு துகள்களைமோதச்செய்து (collision) துகள்களை சிதறச்செய்யும் (scattering) நுணுக்க முறையில் (technique) பல அாிய உண்மைகள் வெளிப்பட்டன. மின்னேற்றம் (electric charge) மட்டுமே அடிப்படையாகக் கொண்டு அறியப்பட்ட எலக்ட்ரான் ப்ரோட்டான் நியூட்ரான் துகள்களிடையே அவற்றின் உள்திணிந்த நிறையே (mass) அத்துகள் களை தீர்மானிக்கும் அம்சம் ஆயிற்று. இதுவே ஆற்றலின் மதிப்பீடுகளுக்கும் (energy values) அடிப்படையாக இருந்ததால் அவற்றின் நிறைவேறுபாடுகளை வைத்து பல துகள்கள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டன.ஆனால் இவற்றின் மூல அலகு (basic unit) ‘எலக்ட்ரானின் விசை அழுத்தமே ‘ (electron volt or elV) ஆகும்.இதனோடு துகள்களின் அளவை நிலையை (quantum state) கணிக்கும்

மற்றொரு முக்கியமான அம்சம் அதன் ‘கோண முடுக்கமும் ‘ (angular momentum) அதன் விளவாக ஏற்படும் ‘சுழற்சியும் ‘ (spin)ஆகும். இதை வெக்டார் அலகு அல்லது திசை ஆற்றல் அலகுகளில் மதிப்பீடு செய்கிறார்கள்.சுழற்சி முழுஎண்கள ‘க (integrals) இருப்பதையே அதாவது முழுஎண் 1 என இருப்பதையே இங்கு முதல் அலகாக கொள்ளுகிறார்கள்.

இப்போது இவற்றை வைத்து கண்டுபிடிக்கப்பட்ட துகள்களின் பெயர்ப்பட்டியலைப் பாருங்கள்.

முழு சுழற்சி (எண் 1) துகள்கள் :–

====================

(1) ஃபோட்டான் (photon) அதாவது ஒளிர்துகள்…………………… (f)

(2) குளுவான் (gluon) ,, ஒட்டுதுகள்………………….. (g)

(3) W-போசான் (W-boson) ,, W-போஸ்-துகள்……………(W)

(4) Z0-போசான் (Z0-boson) ,, Z0-போஸ்-துகள்………… (Z0)

(5) X-போசான் (X-boson ) ,, X-போஸ்-துகள்……………(X)

(6) Y-போசான் (Y-boson) ,, Y-போஸ்-துகள்…………..(Y)

(X மற்றும் Y போஸ் துகள்கள் அணு ஆற்றல் வெளிப்படும் வலுமிகு இடைச்செயல்களுக்கு காரணமானவையாக

கருதப்படுகின்றன)

அரைசுழற்சி (1/2) துகள்கள்:–

===================

(1) ஃபோட்டினோ (photino) அதாவது ஒளிர் குறுந்துகள்…………..( f ‘ )

(2) குளுவினோ (gluino ) ,, ஒட்டு குறுந்துகள்………….( g ‘ )

(3) வினோ (wino ) ,, W-போஸ்-குறுந்துகள்……( W ‘ )

(4) சினோ (zino ) ,, Z-போஸ்-குறுந்துகள்……( Z ‘ )

(5) X-போசினோ (X-bosino) ,, X-போஸ்-குறுந்துகள்…..(X ‘ )

(6) Y-போசினோ (Y-bosino) ,, Y-போஸ்-குறுந்துகள்…..(Y ‘ )

(7) குவார்க்ஸ் (quarks) ,, ‘மாயத் ‘துகள்……………..(q)

(8) லெப்டான்ஸ் (leptons) ,, மென் துகள்………………….(l)

(இங்கே குறுந்துகள் என்று குறிப்பிடுவது அதன் அளவையோ நிறையையோ குறிப்பிட்டு அல்ல. முழுசுழற்சி எனும் முதிர்ச்சியடையாத அரைசுழற்சியை உடைய இவற்றை குறுந்துகள் என்று இங்கு அழைக்கிறோம்.)

மின்காந்தப்புலத்தின் இடைச்செயல்களுக்குள் உட்பட்டவை மென் துகள்கள்(leptons) ஆகும்.பண்டைய கிரேக்க நாட்டின் மிக மிகச்சிறிய நாணயத்தின் பெயர் ‘லெப்டான் ‘ஆகும். எனவே விஞ்ஞானிகள்மிக மிகச் சிறு வகை இடைச்செயல்களில் உட்படும் சிறு துகள்களை ‘லெப்டான்கள் ‘ என்று குறிப்பிடுகிறார்கள். அதேபோல் ‘ஹேட் ரான் ‘ என்பது கிரேக்க மொழியில் ‘கனமானதை ‘க்குறிக்கும்.அதனால்வலுமிகு அணு ஆற்றலின் இடைச்செயல் களுக்குள் உட்பட்ட துகள்களை விஞ்ஞானிகள் ‘வன் துகள்கள் ‘ என (hadrons) அழைக்கிறார்கள். ஆனால் இங்கு எல்லா இடைசெயல்களுக்கும் ஊடிப்பாய்ந்து உறு துணை யாக இருக்கும் ‘மாயத்துகள் ‘களே இங்கு குவார்க்குகள் எனப்படுகின்றன. லெப்டான்களும் குவார்க்குகளும் சேர்ந்த கூட்டு அமைப்பில் ‘மின்காந்த ,வலுவற்ற,வலுமிகு ‘ஆகிய இடைச் செயல்களையெல்லாம் இணைவித்து ஒன்றிய புலக்கோட்பாட்டை(unified field theory) விஞ்ஞ ‘னிகள் நிறுவிவருகின்றனர்.

மின்காந்தபுலத்தில் ஃபோட்டான்களாய்– வலுவற்ற இடைசெயல்களில் போசான்களாய் –இருக்கும் ஊடுதுகள்கள் அணு ஆற்றல் இடைச் செயல்களில் குளுவான்கள் (gluons) எனும் ‘ஒட்டு துகள்கள் ‘ ஆகின்றன.துகளான துகளுடன் (particle) துகளற்ற துகள் ஒன்று (anti-particle) மோதும் (collision) இடைச்

செயல் ஒன்று நிகழும்போது ஏற்படும் ஒட்டு ஆற்றலை (gluing force) உருவாக்குவதே இந்த குளுவான்கள். ஆனால் இவற்றின் மூலஊற்றுக்ண்ணாய் இருக்கும் மாயத்துகள்களே குவார்க்குகள்.அடிப்படையில் குவார்க்குகளின் ஊடுதுகளாக இருந்து ஒட்டுதுகள்களாக செயலாற்றுபவையே குளுவான்கள் ஆகும்.

நிறையின் (mass) அடிப்படையில் குவார்க்கின் சுழல் ‘இயல்புகளை ‘ (flavours) ஆறாக பிாித்திருக்கின்றனர்:-

குவார்க்குகள் நிறை(mass) (elV) சுழற்சி பேர்யான்எண்

================= ================ ====== ==========

(1) மேல் (up) குவார்க்குகள் (u) 360 மில்லியன் elV 1/2 1/3

(2) கீழ் (down) ,, (d) 360 ,, 1/2 1/3

(3) அதிசய (strange) ,, (s) 540 ,, 1/2 1/3

(4) ஊக்கமிகு (charm) ,, (c) 1500 ,, 1/2 1/3

(5) உச்சிமட்ட (top) ,, (t) 174 பில்லியன் elV 1/2 1/3

(6) அடி மட்ட (bottom),, (b) 5 ,, 1/2 1/3

இரட்டைக் குவார்க்குகள்–மீசான்கள்:-

குவார்க்குகள் துகளாகவும் எதிர்-துகளாகவும் இருக்கும்போது அவை குவார்க்கு எதிர்-குவார்க்கு (quark (q)…anti-quark(q ‘) )என பார்த்தோம்..இவற்றை முறையே ‘மாயத்துகள் ‘ ‘மாய-எதிர்த்துகள் ‘ என அழைக்கலாம். இந்த இரட்டைத்துகள் மோதலிலும் (collision) அதன் விளைவாய் ஏற்படும் ‘அழிமானத்திலும் ‘ (annihilation ) உருவாவதே ‘மீசான்கள் ‘ (mesons) எனப்படுகின்றன.இவை மிகக்கனமான,நிறைமிகுந்த (heavy and massive) துகள்களாகும்.கிரேக்கமொழியில் மிசோ(meso) என்றால் ‘நடுவாந்திர ‘ அல்லது ‘இடைப்பட்ட ‘ என்று பொருள்.துகள்சிதறல் (scattering) நடைபெறும்போதுமிக லேசான துகள்களுக்கும் கனமான துகள்களுக்கும் இடைப்பட்டதாய் அவற்றின் நிறைவாிசைக்கு (heirarchy of mass) ஏற்றாற்போல் புதிதாய் துகள்கள் உருவாகின்றன.இவை ‘பை மீசான்கள் ‘ (pi mesons) அல்லது ‘பைய்யான்கள் ‘ (pions) என்றும் மற்றும் சில மீசான்கள் ‘கே-மீசான்கள் ‘ (K-Mesons) என்றும் குறிக்கப்படுகின்றன.தமிழில் மீசான்களை ‘நடு துகள்கள் ‘ அல்லது ‘நடுநிறை ‘ துகள்கள் என அழைப்பது பொறுத்தமாய் இருக்கும்.நிறையை வைத்து துகள்களை இப்படி அழைத்தாலும் ‘மின்னேற்றத்தை ‘ (electric charge) வைத்து துகள்களை அடையாளப் படுத்தும்போது எலக்ட்ரானை ‘எதிர் மின் துகள் ‘ என்றும் ‘பாசிட்ரானை ‘ நேர்மின் துகள் ‘ என்றும் அழைக்கலாம்.ஆனால் இங்கு ப்ரோட்டானும் ‘நேர் ‘மின்னேற்றம் உடையதாக இருப்பதால் அதை எப்படி அழைப்பது ? இது அதிக நிறையினால் மையத்தில் இருப்பதால் ‘மைய நேர் மின் துகள் ‘ அல்லது ‘நிறைமிகு நேர் மின் துகள் ‘ என அழைக்கலாம். பிரபஞ்சமே ப்ரோட்டான் எனும் ‘முதற் ‘பொருளால் அல்லது மூலப்பொருளால் ஆனது என்று கருதப் படுவதால் ‘முதற்துகள் ‘ அல்லது ‘மூலத்துகள் ‘ என்றும்அழைப்பது இன்னும் பொருத்தமாய் இருக்கும்.மின்னேற்றம் அற்ற நியூட்ரான் ‘ நடுமின் துகள் ‘ ஆகும்.எத்துகள் எப்படி எப்படி அழைப்பினும் அத்துகள் ‘மெய்ப்பொருள் ‘ காண்பதே விஞ்ஞான அறிவு.

முக்கூட்டு குவார்க்குகள்– ‘பேர்யான் எண் ‘ (baryonic number):-

அணு உட்துகள்களான (atomic sub-particles) ப்ரோட்டான் நியூட்ரான் எலக்ட்ரான் ஆகிய இம்மூன்றும் உள்ளடக்கியதே இப்பிரபஞ்சம்.இவற்றை ‘ஒன்று ‘ (1) என குறிப்பிடுவதை ‘ பேர்யான் எண் ‘ (baryonic number) என்பார்கள்.இப்போது மூன்று அடிப்படை குவார்க்கு களான ‘மேல் ‘ ‘கீழ் ‘ ‘அதிசய ‘ குவார்க்குகளை (up , down, and strange quarks) உள்ளடக்கிய ‘பேர்யான் எண் ‘ ஒன்று (1) ஆகும். எனவே ஒவ்வொரு குவார்க்கின் பேர்யான் எண் 1/3 ஆகும். மற்ற முக்கூட்டு குவார்க்குகளான முறையே உச்சிமட்ட (top) அடிமட்ட (bottom) ஊக்கமிகு (charm) குவார்க்குகளில் ஒவ்வொன்றின் பேர்யான் எண் 1/3 ஆகும்.

அதிசய மற்றும் ஊக்கமிகு மாயத்துகள்கள் (strange and charm quarks)

அதிசய குவார்க்குகள் :-

அதிசய மாயத்துகள்கள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டவிதம் அதிசயமானதுதான்.1947ல் விஞ்ஞானிகள் விண்வெளிக் கதிர்களின்(cosmic rays)இடைச்செயல்களை ஆராயும்போது அணு உட்துகள்களோடு ப்ரோட்டான் மோதலை (proton collision) செயற்கையாக உருவாக்கினார்கள்.அதில் கிடைத்த இந்த ‘விளைதுகளே ‘ (product) அதிசய குவார்க்கு எனப்பட்டது. அந்த துகளுக்குஅவர்கள் எதிர்பார்த்த ஆயுட்காலம் 10^-23வினாடிகள்தான்.ஆனால் அதையும் மீறி அது 10^-10 வினாடிகளுக்கு நீடித்ததால் அது ‘அதிசய குவார்க்கு ‘ ஆயிற்று.முதலில் அதற்கு ‘லேம்ப்டா ‘ (lambda) துகள் என்று தான் பெயர் வைத்தார்கள்.புதிதாக கண்டுபிடிக்கப்பட்ட இந்த குவார்க்கோடு ‘மேல் ‘ ‘கீழ் ‘(up and down) குவார்க்குகளூம் சேர்ந்த முக்கூட்டு துகள்களின் பேர்யான்கள் லேம்ப்டாக்கள் என்றே முதலில் குறிக்கப்பட்டன.ஆனால் இந்த புதிய துகளின் அதிசயமான நீண்ட ஆயுட்காலமே ‘அதிசய குவார்க்கு ‘என்ற பெயர் வரக்காரணமாயிற்று.நிறை அடிப்படையில் குவார்க்குகள் இரு வகைப்படும்.இலகு ரகம் (light) ,கன ரகம் (heavy) என்ற இவ்வகைகளில் மேல் கீழ் குவார்க்குகள் முதல் ரகத்தையும்(அதாவது மில்லியன் elV கள் நிறையுடையவை) ‘உச்சிமட்ட ‘ அடிமட்ட ‘ குவார்க்குகள் 2ஆம் ரகத்தையும்(அதாவது பில்லியன் elV கள் நிறையுடையவை) சேரும்.இவ்விரு ரகங்களையும் இணைக்கும் பாலமாக இருப்பவை ‘அதிசய ‘ ‘ஊக்கமிகு ‘ குவார்க்குகள் ஆகும்.

ஊக்கமிகு(charm) குவார்க்குகள்:-

அமொிக்காவில் ஸ்டேன்ஃபோர்டு நகாில் SPEAR எனும் அணுக்கதிாியக்க கூடம் ஒன்று உளது.1974ல் இந்த உலையின் பாசிட்ரான் – எலக்ட்ரான் மோதல் பாிசோதனையில் ஏற்பட்ட அழிமானத்தில் (annihilation) உண்டான கனதுகள்களான ஹேட்ரான் களின் கதிர்வீச்சின் போது ‘j / psi ‘ என்ற புதுமையான துகள் ஒன்று கண்டுபிடிக்கப்பட்டது.இது இன்னொரு புதிய குவார்க்கு ஆகும். இதன் நிறை 3100 மில்லியன் elVகள்.இது ப்ரொட்டானைப் போல 3 மடங்கு நிறையுடையது.ஆனால் அந்த கனரக துகள்களின் ஆயுட் காலத்தை விட 1000 மடங்கு அதிகமானது. வலுமிகு இடைச்செயல்கள் மட்டும் இன்றி வலுவற்ற இடைச்செயல்களிலும் பங்கு வகிக்கிறது.துகள் சிதைவில் கூட (decay) இது ஊக்கத்தோடு தானாகவே முன் வந்து ( ‘willingly ‘) பாசிட் ரான் – எலக்ட் ரான் இணைத்துகளாகவோ (particle-pair) அல்லது ‘மியூவான் எதிர் மியூவானாகவோ ‘ உருவாக சிதைவு அடைகிறது.விஞ்ஞானிகள் இதன் ‘ஊக்கத்தை ‘ அல்லது ‘உற்சாகத்தைக் ‘கண்டு இதற்கு சார்ம் குவார்க்குகள் (charm quarks) ( ‘ஊக்க குவார்க்குகள் ‘ என நாம் அழைக்கலாம்) என்று பெயாிட்டனர்.

இந்த பிரபஞ்சத்தில் நிகழும் எல்லா இயற்பியல் நிகழ்வுகளும் (physical events ) கீழ்க்கண்ட நான்குவித இடைச்செயல்களுள்அடங்கும்:-

(1) மின்காந்த இடைச்செயல்கள் (electromagnetic interactions)

(2) வலுவற்ற இடைச்செயல்கள் (Weak interactions)

(3) வலுமிகு இடைச்செயல்கள் (strong interactions)

(4) ஈர்ப்பு விசை இடைச்செயல்கள் (gravitatuional interactions).

இவற்றில் ஈர்ப்புவிசை இடைச்செயல் என்பது பிரம்மாண்டமான பிரபஞ்சத்தின் பாிமாணங்களில் (astronomical dimensions) நிகழ்வதால் பூமி எனும் மிக மிகச்சிறியதொரு அளவில் (terrestrial scales) நிகழும் இடைச் செயல்களோடு ஒப்புநோக்க இயலாது. தற்போதைய ‘ஒன்றியக்கோட்பாட்டை ‘ மேற்கண்ட 4வது (ஈர்ப்பு விசை) இடைச்செயல்ளுடனும் சேர்த்து ஒரு கோட்பாடு அமைப்பதில்விஞ்ஞானிகள் முழுமூச்சுடன் ஈடுபட்டு வருகின்றனர்..அதனால் எல்லா இடைச் செயல்களூக்கும் ஒழுங்கமைவுடன் (symmetry) கூடிய ஒரு ‘பேரொன்றியக் கோட்பாட்டை ‘ (Grand Unification Theory) வகுக்க முயற்சி செய்கின்றனர். இதன் படி பாிமாணமற்ற ஒரே மாறிலி (single dimensionless constant) யாலும் அதனுள் அமைந்த ஒரு ‘ஒழுங்கமைவினாலும் ‘ மேற்கண்ட இடைச்செயல்களை அளவீடு செய்யலாம்.இதற்கு உட்படும் மிக மிகக்குறைந்த தூரம் (short distance) என்பது 10^–28செ.மீ .க்கும் குறைந்த அல்லது சமமான தூரமே ஆகும்.

ஈர்ப்பு புலத்தில் (gravitational field) துகள்களின் சுழல் எண் என்ன ? ஈர்ப்புக்குாிய துகள் கிராவிடான் (graviton)

எனப்படுகிறது.அவற்றை ‘ஈர்ப்பான் ‘ என அழைப்போம்.இதன் சுழல் எண் 2 ஆகும். 1/2 சுழற்சி யுடைய ஃபெர்மியான் களும்(fermions) 1 சுழற்சியுடைய போஸான்களும் (bosons) அணுவுலைக்கூட சோதனைச் சாலைகளின் ஆய்வுக்குள் வந்து கொண்டிருக்கின்றன.ஆனால் இரு-சுழற்சி துகளான (spin-2 particle) ‘ஈர்ப்பான் ‘ கள் பற்றிய ஆராய்ச்சியை ‘பெரு வெடிப்பு ‘ எனும் Big Bang லிருந்து தான் தொடங்க வேண்டும்.இவை உச்ச ஒழுங்கமைவுத்துகள்கள் (super-symmetry particles) ஆகும்.K-மீசான்களும் பையான்(pions)களும் விரவிய துகள் சிதைவு படலம் (decay picture) ஒன்றை இப்போது பார்ப்போம்.(கீழே உள்ள படத்தை பார்க்கவும்).

இங்கு ‘ஈர்ப்பான் பெருந்துகள் ‘(graviton) 3/2 சுழற்சியுடைய ‘ஈர்ப்பான் குறுந்துகள் ‘ (gravitino) ஒன்றை சிதைவு (decay) அடைய செய்யும்போது குளுவானும் குளுவினொவும் (gluon and gluino) உருவாகின்றன.ஈர்ப்பு எனும் ஆற்றல் இந்த ஒட்டுத்துகள்களால் (gluing particles) பிரபஞ்சத்தை கட்டிவைக்கிறது.இந்த ஒட்டுப்பெருந்துகளும் (gluon) ஒட்டுக்குறுந்துகளும் (gluino) இங்கு ‘காரம் குணம் மணம் ‘ மிக்கதொரு ‘பட்டணம் பொடியாய் ‘ ஆனதில் பிரபஞ்சம் போடும் தும்மல்களே பெரு வெடிப்பின் அரங்கேற்ற மேடைகள்.

மேலே சொன்ன 10^-28 செ.மீ உள்ள நுண்ணிய பொட்டல்வெளியில் குவார்க்குகள் நடத்தும் மாயாபஜாாில் சில ‘கடோத்கஜ ‘ துகள்கள் போடும் சிறு தும்மலில் இந்த அண்டவெளியின் ரகசியமே ‘விண்டுபோன ‘விவரம் உங்களுக்கு தொியுமா ? கண்டவர் விண்டதும் விண்டவர் கண்டதுமான அந்த விஞ்ஞானசித்தர்கள் மேற்படி ‘கடோத்கஜ ‘ தும்மலுக்கு வைத்தபெயர் ‘ஹேட்ரான் ஜெட் ‘ (hadron jet). இதன் விவரம் அடுத்த கட்டுரையில்.

========================================================================

sources used with thanks :-

(1).Seven Journey to the World of Elementary Particles . . . .. .compiled .by I.Harootunian and

edited by I.Kobzarev

(2) The past and the future of the universe. . . . . . .edited by A.M Cherepashchuk

(3)Hyperphysics. . . .,Quantum physics . . .by R.Nave

Series Navigation