हाइड्रोजन परमाणु ब्रह्मांड में सबसे हल्का है और इसमें सबसे सरल नाभिक शामिल है: एक एकल प्रोटॉन। लेकिन जबकि हीलियम दूसरा सबसे हल्का तत्व है, इसका नाभिक दूसरा सबसे सरल नहीं है। वह भेद ड्यूटेरॉन से संबंधित है, ड्यूटेरियम परमाणु का नाभिक, जिसमें एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है। (ड्यूटेरियम हाइड्रोजन का एक समस्थानिक है।)
हालाँकि, दोनों कण बहुत कम बंधनकारी ऊर्जा से बंधे हैं, जिससे ड्यूटेरॉन ऊर्जावान, गन्दा वातावरण के सापेक्ष नाजुक लगते हैं, जब कण लगभग प्रकाश की गति से टकराते हैं। बड़े हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी)। फिर भी प्रयोगों ने बार-बार इन टकरावों से ड्यूटेरॉन (और एंटी-ड्यूटेरॉन) निकलते देखा है। वे इस वातावरण में कैसे जीवित रहते हैं?
सहसंयोजन परिदृश्य
भौतिक विज्ञानी दो व्यापक व्याख्याएँ लेकर आए हैं। एक, जिसे प्रत्यक्ष उत्सर्जन कहा जाता है, मानता है कि ड्यूटेरॉन सीधे गर्म स्रोत से उत्पन्न होते हैं, जिसका अर्थ है कि उनके गठन में ऊर्जा के सूप से संघनित होने वाले एक अलग कण (या कण) शामिल नहीं होते हैं, फिर ड्यूटेरॉन बनाने के लिए क्षय होता है। दूसरा विचार, जिसे सहसंयोजन कहा जाता है, यह मानता है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन पहले उत्पन्न होते हैं, फिर बाद में यदि वे काफी करीब आ जाते हैं तो एक साथ चिपक जाते हैं।
समस्या यह है कि यदि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में बहुत अधिक ऊर्जा है तो वे आपस में जुड़ नहीं सकते हैं, इसलिए अतिरिक्त ऊर्जा को ले जाने के लिए एक तीसरा कण होना चाहिए। वह तीसरा भागीदार एक प्रकार का कण हो सकता है जिसे पियोन कहा जाता है जो उत्प्रेरक की तरह कार्य करता है, अर्थात यह अंतिम ड्यूटेरॉन का हिस्सा बने बिना प्रतिक्रिया को सक्षम करेगा।
यह पता लगाना कि क्या यह संभव है, कोलाइडर भौतिकी से परे का मामला है। यदि वैज्ञानिकों को यह अनुमान लगाना है कि अंतरिक्ष में उच्च-ऊर्जा टकराव में हल्के नाभिक और एंटीन्यूक्लियर कैसे बनते हैं – जैसे कि कब ब्रह्मांडीय किरणें अंतरतारकीय गैस पर प्रहार करें – उन्हें यह जानने की जरूरत है कि कौन से गठन तंत्र संभव हैं और कौन से प्रकृति ‘अनुमति’ नहीं देती है।
डेल्टा अनुनाद
एलएचसी में ऐलिस सहयोग के एक नए अध्ययन ने उत्तर प्रदान किया है। यह सहयोग एलिस डिटेक्टर के साथ काम करता है, जो एलएचसी पर नौ डिटेक्टरों में से एक है। अपनी रिंग के चार बिंदुओं पर, एलएचसी उच्च ऊर्जा पर प्रोटॉन के विपरीत किरणों को एक साथ तोड़ता है। टकरावों से कणों का जमावड़ा और उनके बीच प्रतिक्रियाएं उत्पन्न होती हैं। डिटेक्टरों में कंप्यूटर और सेंसर होते हैं जो तब चालू हो जाते हैं जब वे रुचि की प्रतिक्रियाओं की पहचान करते हैं और जिन्हें वे रिकॉर्ड और विश्लेषण करते हैं।
नए अध्ययन के लिए, एलिस सहयोग ने फेम्टोस्कोपी नामक एक तकनीक का उपयोग करके यह पता लगाया कि कण कैसे और कब उत्पन्न हुए थे, यह जांच कर कि क्या दो कण संयोग की भविष्यवाणी से अधिक समान वेग के साथ निकलते हैं। इसका मूल उद्देश्य एक अनुपात था जिसे सहसंबंध फलन कहा जाता था। अंश यह था कि किसी दिए गए जोड़े (एक पियोन और एक ड्यूटेरॉन) को कितनी बार छोटे सापेक्ष गति के साथ देखा जाता है। विभाजक यह था कि कितनी बार ऐसे जोड़े बनेंगे, यह मानते हुए कि उनमें एक-दूसरे के लिए कोई आकर्षण नहीं है।
टीम विशेष रूप से Δ(1232) अनुनाद नामक कण की तलाश कर रही थी। (‘Δ’ को ‘डेल्टा’ उच्चारित किया जाता है।) अनुनाद एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन का एक बहुत ही अल्पकालिक उत्तेजित संस्करण है जो जल्दी से क्षय हो जाता है। Δ(1232) विशेष रूप से एक पियोन और एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन में विघटित हो जाता है। यदि बाद में उसी प्रोटॉन (या न्यूट्रॉन) का उपयोग करके एक ड्यूटेरॉन बनाया जाता है, तो पियोन और ड्यूटेरॉन एक सहसंबद्ध गति के कारण डेटा में ‘जुड़े हुए’ दिखाई देंगे।
ALICE ने पियोन-ड्यूटेरॉन डेटा में केवल इस संकेत की सूचना दी, जिसका अर्थ है कि कई ड्यूटेरॉन सीधे शुरुआत के बजाय Δ क्षय के बाद बनते हैं।
जहां एक नाभिक का जन्म होता है
यदि पियोन केवल पहले से मौजूद ड्यूटेरॉन से टकरा रहे थे, तो उनमें से कुछ टकरावों से ड्यूटेरॉन टूट कर अलग हो जाना चाहिए था (जो कि नाजुक है, याद रखें)। उस स्थिति में, डेटा को Δ क्षेत्र के आसपास गिरावट दिखानी चाहिए थी। हालाँकि, ऐलिस को एक सकारात्मक संकेत मिला, जिसका अर्थ है कि Δ कणों के क्षय के बाद ड्यूटेरॉन बन रहे थे और उसी क्षय से प्राप्त आयनों को नए ड्यूटेरॉन के साथ सहसंबद्ध किया गया था।
नॉर्वेजियन यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के भौतिकी प्रोफेसर माइकल कचेलरीस ने इस खोज को एक “महान उपलब्धि” कहा भौतिकी विश्व.
Δ सिग्नल के आकार से, टीम ने अनुमान लगाया कि लगभग 62% ड्यूटेरॉन Δ क्षय के बाद उत्पन्न हुए थे। उन्होंने अनुमान लगाया कि यदि वे अन्य अल्पकालिक अनुनादों को भी शामिल करते हैं, तो लगभग 80% ड्यूटेरॉन सहसंयोजन द्वारा बनेंगे।
ऐसा लगता है कि यह इस बात का उत्तर है कि क्यों ड्यूटेरॉन एलएचसी की उच्च-ऊर्जा टक्करों से बच सकते हैं। अनुनाद आमतौर पर क्षय होने से पहले थोड़ी दूरी तय करते हैं, इसलिए ड्यूटेरॉन बनाने वाला सहसंयोजन थोड़ा बाद में होता है और टकराव के सबसे हिंसक हिस्से से थोड़ा दूर होता है। इस प्रकार ड्यूटेरॉन भी कम चरम वातावरण में ‘जन्म’ लेते हैं।
कॉस्मिक किरणें, डार्क मैटर
संक्षेप में, अधिकांश ड्यूटेरॉन टकराव के तुरंत बाद तैयार नाभिक के रूप में पैदा नहीं होते हैं, बल्कि इसके तुरंत बाद मौजूदा प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से पास के पियोन की मदद से इकट्ठे होते हैं। इससे यह बदलना चाहिए कि सिद्धांतकार उच्च-ऊर्जा कण प्रतिक्रियाओं में नाभिक (और एंटी-नाभिक) के उत्पादन के तरीके को कैसे मॉडल करते हैं।
वास्तव में ऐलिस टीम का पेपर, 10 दिसंबर को प्रकाशितनोट किया गया कि वैज्ञानिक इस अंतर्दृष्टि का उपयोग ब्रह्मांडीय किरणों से प्रेरित प्रतिक्रियाओं के अधिक यथार्थवादी मॉडल बनाने के लिए कर सकते हैं।
कॉस्मिक किरणें बहुत ऊर्जावान प्रोटॉन और परमाणु नाभिक हैं जो अंतरिक्ष से गुज़रते हैं और जो अक्सर बाहरी अंतरिक्ष में अन्य नाभिकों से टकराते हैं। जब वैज्ञानिक इन टकरावों के दूरबीन डेटा का अध्ययन कर रहे हैं या उन्हें प्रयोगशाला में मॉडलिंग कर रहे हैं, उदाहरण के लिए खगोल विज्ञान अनुसंधान के लिए या क्योंकि वे अंतरिक्ष के उस हिस्से में एक जांच भेज रहे हैं, तो उन्हें यह जानना होगा कि कौन से संकेत किस स्रोत से आ रहे हैं।
एलिस टीम ने एक में कहा, “ये निष्कर्ष न केवल परमाणु भौतिकी में लंबे समय से चली आ रही पहेली को समझाते हैं बल्कि खगोल भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान के लिए दूरगामी प्रभाव डाल सकते हैं।” कथन.
“प्रकाश नाभिक और एंटीन्यूक्लि भी ब्रह्मांडीय किरणों और अंतरतारकीय माध्यम के बीच बातचीत में उत्पन्न होते हैं, और वेब्रह्माण्ड में व्याप्त काले पदार्थ से जुड़ी प्रक्रियाओं में निर्मित किया जा सकता है। प्रकाश नाभिक और एंटी-नाभिक के उत्पादन के लिए विश्वसनीय मॉडल का निर्माण करके, भौतिक विज्ञानी कॉस्मिक-रे डेटा की बेहतर व्याख्या कर सकते हैं और संभावित डार्क-मैटर संकेतों की तलाश कर सकते हैं।
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