20 শতকের মাঝামাঝি, পদার্থবিজ্ঞানে "কণা চিড়িয়াখানা" ধারণাটি উপস্থিত হয়েছিল, যার অর্থ পদার্থের বিভিন্ন প্রাথমিক উপাদান, যা পর্যাপ্ত শক্তিশালী এক্সিলারেটর তৈরি করার পরে বিজ্ঞানীরা সম্মুখীন হন। "চিড়িয়াখানার" সর্বাধিক অসংখ্য বাসিন্দাদের মধ্যে একটি ছিল মেসন নামক বস্তু। ব্যারিয়ন সহ কণার এই পরিবারটি হ্যাড্রনের বৃহৎ গোষ্ঠীর অন্তর্ভুক্ত। তাদের অধ্যয়ন পদার্থের কাঠামোর গভীর স্তরে প্রবেশ করা সম্ভব করে এবং মৌলিক কণা এবং মিথস্ক্রিয়াগুলির আধুনিক তত্ত্ব - স্ট্যান্ডার্ড মডেলে এটি সম্পর্কে জ্ঞানের ক্রমানুসারে অবদান রাখে৷
আবিষ্কারের ইতিহাস
1930-এর দশকের গোড়ার দিকে, পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের গঠন স্পষ্ট হওয়ার পর, এর অস্তিত্ব নিশ্চিত করে এমন শক্তির প্রকৃতি নিয়ে প্রশ্ন ওঠে। এটা স্পষ্ট যে নিউক্লিয়নকে আবদ্ধ করে এমন মিথস্ক্রিয়া অবশ্যই অত্যন্ত তীব্র হতে হবে এবং নির্দিষ্ট কণার বিনিময়ের মাধ্যমে সঞ্চালিত হবে। জাপানি তাত্ত্বিক এইচ. ইউকাওয়া দ্বারা 1934 সালে সঞ্চালিত গণনা দেখায় যে এই বস্তুগুলি ভরে ইলেকট্রনের চেয়ে 200-300 গুণ বড় এবং,যথাক্রমে, প্রোটন থেকে কয়েকবার নিকৃষ্ট। পরে তারা মেসন নাম পেয়েছে, যার গ্রীক অর্থ "মধ্য"। যাইহোক, তাদের প্রথম সরাসরি সনাক্তকরণ একটি "মিসফায়ার" হিসাবে পরিনত হয়েছিল খুব ভিন্ন কণার ভরের সান্নিধ্যের কারণে।
1936 সালে, মহাজাগতিক রশ্মিতে ইউকাওয়ার গণনার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ ভর সহ বস্তুগুলি (এগুলিকে মু-মেসন বলা হত) আবিষ্কৃত হয়েছিল। মনে হচ্ছিল পরমাণু শক্তির চাওয়া-পাওয়া পাওয়া গেছে। কিন্তু তারপর দেখা গেল যে মিউ-মেসন হল কণা যা নিউক্লিয়নের মধ্যে বিনিময় মিথস্ক্রিয়া সম্পর্কিত নয়। তারা, ইলেক্ট্রন এবং নিউট্রিনোর সাথে একত্রে, মাইক্রোকসমের অন্য শ্রেণীর বস্তুর অন্তর্গত - লেপটন। কণার নাম পরিবর্তন করে মিউন রাখা হয় এবং অনুসন্ধান চলতে থাকে।
ইয়ুকাওয়া কোয়ান্টা শুধুমাত্র 1947 সালে আবিষ্কৃত হয়েছিল এবং "পাই-মেসনস" বা পিয়ন বলা হত। এটি প্রমাণিত হয়েছে যে একটি বৈদ্যুতিকভাবে আধানযুক্ত বা নিরপেক্ষ পাই-মেসন প্রকৃতপক্ষে সেই কণা যার বিনিময় নিউক্লিয়নগুলিকে নিউক্লিয়াসে সহাবস্থান করতে দেয়৷
মেসন কাঠামো
এটা প্রায় সাথে সাথেই পরিষ্কার হয়ে গেল: পেনিরা একা নয়, অসংখ্য আত্মীয়-স্বজন নিয়ে "কণা চিড়িয়াখানায়" এসেছিল। যাইহোক, এই কণার সংখ্যা এবং বৈচিত্র্যের কারণে এটি প্রতিষ্ঠিত করা সম্ভব হয়েছিল যে তারা অল্প সংখ্যক মৌলিক বস্তুর সংমিশ্রণ। কোয়ার্কগুলি এই ধরনের কাঠামোগত উপাদান হিসাবে পরিণত হয়েছে৷
মেসন হল একটি কোয়ার্ক এবং একটি অ্যান্টিকোয়ার্কের একটি আবদ্ধ অবস্থা (সংযোগটি শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া - গ্লুয়নের কোয়ান্টার মাধ্যমে সঞ্চালিত হয়)। কোয়ার্কের "শক্তিশালী" চার্জ একটি কোয়ান্টাম সংখ্যা, যাকে প্রচলিতভাবে "রঙ" বলা হয়। তবে সব হ্যাড্রনএবং তাদের মধ্যে মেসন, বর্ণহীন। এর মানে কী? একটি মেসন একটি কোয়ার্ক এবং বিভিন্ন ধরণের অ্যান্টিকোয়ার্ক দ্বারা গঠিত হতে পারে (বা, যেমন তারা বলে, স্বাদ, "স্বাদ"), তবে এটি সর্বদা রঙ এবং অ্যান্টিকালারকে একত্রিত করে। উদাহরণস্বরূপ, π+-মেসন একজোড়া ইউ-কোয়ার্ক - অ্যান্টি-ডি-কোয়ার্ক (ud̄) দ্বারা গঠিত এবং তাদের রঙের চার্জের সমন্বয় হতে পারে "নীল - বিরোধী- নীল", "লাল - অ্যান্টি-লাল" বা সবুজ-বিরোধী-সবুজ। গ্লুওনের আদান-প্রদানের ফলে কোয়ার্কের রং পরিবর্তন হয়, মেসন বর্ণহীন থাকে।
পুরনো প্রজন্মের কোয়ার্ক, যেমন s, c এবং b, তারা যে মেসন তৈরি করে তার সাথে সংশ্লিষ্ট স্বাদ দেয় - অদ্ভুততা, কমনীয়তা এবং কমনীয়তা, তাদের নিজস্ব কোয়ান্টাম সংখ্যা দ্বারা প্রকাশ করা হয়। মেসনের পূর্ণসংখ্যা বৈদ্যুতিক চার্জ কণা এবং প্রতিকণার ভগ্নাংশের চার্জ দ্বারা গঠিত যা এটি গঠন করে। ভ্যালেন্স কোয়ার্ক নামে পরিচিত এই জোড়া ছাড়াও, মেসনে অনেকগুলি ("সমুদ্র") ভার্চুয়াল জোড়া এবং গ্লুওন রয়েছে৷
মেসন এবং মৌলিক শক্তি
মেসন, বা বরং, কোয়ার্কগুলি যেগুলি তাদের তৈরি করে, স্ট্যান্ডার্ড মডেল দ্বারা বর্ণিত সমস্ত ধরণের মিথস্ক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। মিথস্ক্রিয়াটির তীব্রতা সরাসরি এর দ্বারা সৃষ্ট প্রতিক্রিয়াগুলির প্রতিসাম্যের সাথে সম্পর্কিত, অর্থাৎ নির্দিষ্ট পরিমাণের সংরক্ষণের সাথে।
দুর্বল প্রক্রিয়াগুলি সবচেয়ে কম তীব্র, তারা শক্তি, বৈদ্যুতিক চার্জ, ভরবেগ, কৌণিক ভরবেগ (স্পিন) সংরক্ষণ করে – অন্য কথায়, শুধুমাত্র সর্বজনীন প্রতিসাম্যগুলি কাজ করে। ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক মিথস্ক্রিয়াতে, মেসনের সমতা এবং স্বাদ কোয়ান্টাম সংখ্যাগুলিও সংরক্ষণ করা হয়। এই প্রক্রিয়াগুলি যা প্রতিক্রিয়াগুলিতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেক্ষয়।
দৃঢ় মিথস্ক্রিয়া হল সবচেয়ে প্রতিসম, অন্যান্য পরিমাণ, বিশেষ করে, আইসোস্পিন সংরক্ষণ করে। এটি আয়ন বিনিময়ের মাধ্যমে নিউক্লিয়াসে নিউক্লিয়ন ধরে রাখার জন্য দায়ী। চার্জযুক্ত পাই-মেসন নির্গত ও শোষণের মাধ্যমে, প্রোটন এবং নিউট্রন পারস্পরিক রূপান্তরের মধ্য দিয়ে যায় এবং একটি নিরপেক্ষ কণার বিনিময়ের সময়, প্রতিটি নিউক্লিয়ন নিজেই থাকে। কোয়ার্কের স্তরে এটি কীভাবে উপস্থাপন করা যেতে পারে তা নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে৷
দৃঢ় মিথস্ক্রিয়া নিউক্লিয়ন দ্বারা মেসনের বিক্ষিপ্তকরণ, হ্যাড্রন সংঘর্ষে তাদের উত্পাদন এবং অন্যান্য প্রক্রিয়াগুলিকেও নিয়ন্ত্রণ করে।
কোয়ারকোনিয়াম কি
একটি কোয়ার্ক এবং একই স্বাদের একটি অ্যান্টিকোয়ার্কের সংমিশ্রণকে কোয়ারকোনিয়া বলে। এই শব্দটি সাধারণত এমন মেসনের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য হয় যেখানে বিশাল সি- এবং বি-কোয়ার্ক থাকে। একটি অত্যন্ত ভারী টি-কোয়ার্কের একটি আবদ্ধ অবস্থায় প্রবেশ করার সময় নেই, তা সঙ্গে সঙ্গে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে হালকা হয়ে যায়। cc̄ সংমিশ্রণটিকে বলা হয় চারমোনিয়াম, বা লুকানো কবজ সহ একটি কণা (J/ψ-meson); bb̄ সংমিশ্রণটি হল বটমোনিয়াম, যার একটি লুকানো কবজ রয়েছে (Υ-মেসন)। উভয়ই অনেক অনুরণিত - উত্তেজিত - রাজ্যের উপস্থিতি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়৷
আলোক উপাদান দ্বারা গঠিত কণাগুলি - uū, dd̄ বা ss̄ - হল ফ্লেভারের একটি সুপারপজিশন (সুপারপজিশন), যেহেতু এই কোয়ার্কগুলির ভরগুলি মূল্যের কাছাকাছি। এইভাবে, নিরপেক্ষ π0-মেসন হল uū এবং dd̄ রাজ্যের একটি সুপারপজিশন, যার কোয়ান্টাম সংখ্যার একই সেট রয়েছে।
মেসন অস্থিরতা
কণা এবং প্রতিকণার সংমিশ্রণের ফলেযে কোন মেসনের জীবন তাদের ধ্বংসের মধ্য দিয়ে শেষ হয়। জীবনকাল নির্ভর করে কোন মিথস্ক্রিয়া ক্ষয় নিয়ন্ত্রণ করে।
- মেসনগুলি যেগুলি "শক্তিশালী" ধ্বংসের মাধ্যমে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, বলুন, নতুন মেসনগুলির পরবর্তী জন্মের সাথে গ্লুনে পরিণত হয়, তারা খুব বেশি দিন বাঁচে না - 10-20 - 10 - 21 পি. এই ধরনের কণার উদাহরণ হল কোয়ারকোনিয়া।
- ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক অ্যানিহিলেশনও বেশ তীব্র: π0-মেসনের জীবনকাল, যার কোয়ার্ক-অ্যান্টিকুয়ার্ক জোড়া প্রায় 99% সম্ভাবনা সহ দুটি ফোটনে পরিণত হয়, প্রায় 8 ∙ 10 -17 s.
- দুর্বল বিনাশ (লেপটনের ক্ষয়) অনেক কম তীব্রতার সাথে এগিয়ে যায়। এইভাবে, একটি চার্জযুক্ত পাইওন (π+ – ud̄ – বা π- – dū) বেশ দীর্ঘ সময় বেঁচে থাকে – গড়ে 2.6 ∙ 10-8 s এবং সাধারণত একটি মিউন এবং একটি নিউট্রিনোতে (বা সংশ্লিষ্ট প্রতিকণা) ক্ষয়ে যায়।
অধিকাংশ মেসন হল তথাকথিত হ্যাড্রন অনুরণন, স্বল্পস্থায়ী (10-22 – 10-24 গ) ঘটনা যা পরমাণুর উত্তেজিত অবস্থার মতো নির্দিষ্ট উচ্চ শক্তির রেঞ্জে ঘটে। এগুলি ডিটেক্টরগুলিতে নিবন্ধিত নয়, তবে প্রতিক্রিয়ার শক্তির ভারসাম্যের ভিত্তিতে গণনা করা হয়৷
স্পিন, অরবিটাল ভরবেগ এবং সমতা
ব্যারিয়নের বিপরীতে, মেসন হল প্রাথমিক কণা যার স্পিন সংখ্যার পূর্ণসংখ্যার মান (0 বা 1), অর্থাৎ তারা বোসন। কোয়ার্কগুলি ফার্মিয়ন এবং অর্ধ-পূর্ণসংখ্যার স্পিন ½। যদি একটি কোয়ার্ক এবং একটি অ্যান্টিকোয়ার্কের ভরবেগের মুহূর্তগুলি সমান্তরাল হয়, তাহলে তাদেরযোগফল - মেসন স্পিন - 1 এর সমান, সমান্তরাল বিপরীত হলে, এটি শূন্যের সমান হবে।
এক জোড়া উপাদানের পারস্পরিক সঞ্চালনের কারণে, মেসনের একটি অরবিটাল কোয়ান্টাম সংখ্যাও রয়েছে, যা এর ভরে অবদান রাখে। অরবিটাল ভরবেগ এবং ঘূর্ণন কণার মোট কৌণিক ভরবেগ নির্ধারণ করে, যা স্থানিক ধারণার সাথে যুক্ত, বা পি-প্যারিটি (আয়না উল্টানোর ক্ষেত্রে তরঙ্গ ফাংশনের একটি নির্দিষ্ট প্রতিসাম্য)। স্পিন এস এবং অভ্যন্তরীণ (কণার নিজস্ব রেফারেন্সের ফ্রেমের সাথে সম্পর্কিত) পি-প্যারিটির সংমিশ্রণ অনুসারে, নিম্নলিখিত ধরণের মেসনগুলিকে আলাদা করা হয়েছে:
- pseudoscalar - সবচেয়ে হালকা (S=0, P=-1);
- ভেক্টর (S=1, P=-1);
- স্ক্যালার (S=0, P=1);
- সিউডো-ভেক্টর (S=1, P=1)।
শেষ তিনটি প্রকার খুব বড় মেসন, যা উচ্চ-শক্তির অবস্থা।
আইসোটোপিক এবং একক প্রতিসাম্য
মেসনগুলির শ্রেণীবিভাগের জন্য একটি বিশেষ কোয়ান্টাম সংখ্যা - আইসোটোপিক স্পিন ব্যবহার করা সুবিধাজনক। শক্তিশালী প্রক্রিয়ায়, একই আইসোস্পিন মানের কণাগুলি তাদের বৈদ্যুতিক চার্জ নির্বিশেষে প্রতিসাম্যভাবে অংশগ্রহণ করে এবং একটি বস্তুর বিভিন্ন চার্জ অবস্থা (আইসোস্পিন অভিক্ষেপ) হিসাবে উপস্থাপন করা যেতে পারে। এই ধরনের কণার একটি সেট, যেগুলি ভরের খুব কাছাকাছি থাকে, তাকে আইসোমাল্টিপ্লেট বলে। উদাহরণস্বরূপ, পাইওন আইসোট্রিপ্লেটে তিনটি অবস্থা রয়েছে: π+, π0 এবং π--মেসন.
আইসোস্পিনের মান I=(N–1)/2 সূত্র দ্বারা গণনা করা হয়, যেখানে N হল মাল্টিপ্লেটে কণার সংখ্যা। সুতরাং, একটি পাইনের আইসোস্পিন 1 এর সমান, এবং একটি বিশেষ চার্জে এর অনুমান Izস্থান যথাক্রমে +1, 0 এবং -1। চারটি অদ্ভুত মেসন - কাওন - দুটি আইসোডোবলেট তৈরি করে: K+ এবং K0 আইসোস্পিন +½ এবং অদ্ভুততা +1 এবং প্রতিকণার দ্বিগুণ K- এবং K̄0, যার জন্য এই মানগুলি ঋণাত্মক৷
হ্যাড্রনের বৈদ্যুতিক চার্জ (মেসন সহ) Q আইসোস্পিন অভিক্ষেপের সাথে সম্পর্কিত সংখ্যা)। এই সম্পর্কটিকে নিশিজিমা-গেল-মান সূত্র দ্বারা প্রকাশ করা হয়: Q=Iz + Y/2। এটা স্পষ্ট যে এক মাল্টিপ্লেটের সকল সদস্যের একই হাইপারচার্জ আছে। মেসনের ব্যারিয়ন সংখ্যা শূন্য।
তারপর, মেসনগুলিকে অতিরিক্ত স্পিন এবং সমতা দিয়ে সুপার মাল্টিপ্লেটে গোষ্ঠীভুক্ত করা হয়। আটটি সিউডোস্ক্যালার মেসন একটি অক্টেট গঠন করে, ভেক্টর কণা একটি ননেট (নয়টি) গঠন করে এবং আরও অনেক কিছু। এটি একক নামক উচ্চ স্তরের প্রতিসাম্যের একটি প্রকাশ৷
মেসন এবং নতুন পদার্থবিদ্যার অনুসন্ধান
বর্তমানে, পদার্থবিজ্ঞানীরা সক্রিয়ভাবে ঘটনার সন্ধান করছেন, যার বর্ণনা স্ট্যান্ডার্ড মডেলের প্রসারণ ঘটাবে এবং মাইক্রোওয়ার্ল্ডের আরও গভীর এবং আরও সাধারণ তত্ত্ব - নতুন পদার্থবিজ্ঞানের নির্মাণের সাথে এটিকে অতিক্রম করবে। এটা অনুমান করা হয় যে স্ট্যান্ডার্ড মডেল এটিকে সীমিত, কম-শক্তির ক্ষেত্রে প্রবেশ করবে। এই অনুসন্ধানে, মেসনের অধ্যয়ন একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে৷
বিশেষ আগ্রহের বিষয় হল বহিরাগত মেসন - এমন একটি কাঠামো সহ কণা যা সাধারণ মডেলের কাঠামোর সাথে খাপ খায় না। তাই, লার্জ হ্যাড্রনে2014 সালে কোলাইডার Z(4430) টেট্রাকোয়ার্ককে নিশ্চিত করেছে, দুটি ud̄cc̄ কোয়ার্ক-অ্যান্টিকুয়ার্ক জোড়ার একটি আবদ্ধ অবস্থা, সুন্দর বি মেসনের একটি মধ্যবর্তী ক্ষয় পণ্য। এই ক্ষয়গুলি একটি অনুমানমূলক নতুন শ্রেণীর কণার সম্ভাব্য আবিষ্কারের ক্ষেত্রেও আকর্ষণীয় - লেপ্টোকোয়ার্ক।
মডেলগুলি অন্যান্য বহিরাগত অবস্থারও ভবিষ্যদ্বাণী করে যেগুলিকে মেসন হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা উচিত, যেহেতু তারা শক্তিশালী প্রক্রিয়াগুলিতে অংশগ্রহণ করে, তবে শূন্য বেরিয়ন সংখ্যা রয়েছে, যেমন গ্লুবল, শুধুমাত্র কোয়ার্ক ছাড়া গ্লুয়ন দ্বারা গঠিত। এই জাতীয় সমস্ত বস্তু মৌলিক মিথস্ক্রিয়াগুলির প্রকৃতি সম্পর্কে আমাদের জ্ঞানকে উল্লেখযোগ্যভাবে পূরণ করতে পারে এবং মাইক্রোওয়ার্ল্ডের পদার্থবিজ্ঞানের আরও বিকাশে অবদান রাখতে পারে।
