அணு அண்டம் அறிவியல் -60

அணு அண்டம் அறிவியல் -60 உங்களை வரவேற்கிறது

[ Newton says, because of Gravity you fall, Einstein says, because you fall, you feel gravity]

இலைகள் ஏன் பச்சையாக இருக்கின்றன? - அவை பச்சை நிறத்துக்கு உரிய அலைநீளம் கொண்ட ஒளியை சிதற அடிப்பதால் என்று சொல்லலாம். மிகக் குறைந்த அலைநீளம் உள்ள நீலத்தையும் மிக அதிக அலைநீளம் உள்ள சிவப்பையும் உள் வாங்கும் அவைகள் எப்படி இடையில் உள்ள ஒரு அலைநீளத்தை மட்டும் சிதறடிக்கின்றன? -தன் மீது விழும் ஒளியின் அலைநீளத்தை பச்சையத்தின் அணு ஒருவாறு 'கணக்கிட' வேண்டும்? அதை அது எவ்வாறு செய்கிறது?

ஸ்ட்ரிங் தியரிக்குள் நுழையும் முன் சில டாப்பிக்குகள் பாக்கி இருக்கின்றன. அவற்றை பார்த்து விடுவோம்.

* ஃபெயின்மன் வரைபடங்கள் + CTP symmetry
* இணை பிரபஞ்சங்கள்-Parallel Universes
* விண்மீன்களின் வாழ்க்கை சுழற்சி.

ஃபெயின்மன் வரைபடங்கள்:-

Sub -atomic Particles எனப்படும் அணுத்துகள்கள் எப்படி ஒன்றுடன் ஒன்று interact செய்கின்றன என்பதை விளக்கும் படங்கள். இவற்றில் பிரபலமானது எலக்ட்ரான்- ஃபோட்டான் வினைகள். இதை மட்டும் இங்கே பார்ப்போம்.

எலக்ட்ரான் என்பது அணுவை சுற்றி வரும் ஓர் அடிப்படைத் துகள் என்று நமக்குத் தெரியும். ஃபோட்டான் என்பது ஆற்றலின் (பொருத்தமாக மின்காந்த ஆற்றலின்)தூதுவன். ஆற்றல் ஓர் இடத்தில் இருந்து இன்னொரு இடத்துக்கு கடத்தப்பட வேண்டும் என்றால் அது ஃபோட்டான்களின் மூலமே கடத்தப்பட வேண்டும். ஃபோட்டோ என்பது ஒளியைக் குறிக்கும் சொல்.செய்தித் தொடர்பில் ஒளி மூலம் தகவல்களைக் கடத்தும் துறை ஃபோட்டானிக்ஸ் என்று அழைக்கப்படும்.இருந்தாலும் ஃபோட்டான் என்பது ஒளிக்கு மட்டும் இன்றி மற்ற எல்லா அலைநீளங்களிலும் ஆற்றலின் தூதுவன் தான்.அதாவது காமாக்கதிர், எக்ஸ்ரே ,அகச்சிவப்பு கதிர், மைக்ரோவேவ் எல்லாமே ஃபோட்டான்தான்.

சரி ஒரு எலக்ட்ரானுக்கும் ஒரு ஃபோட்டானுக்கும் என்ன வித்தியாசம் என்றால் :-

*எலக்ட்ரான் ஒரு ஃபெர்மியான். போட்டான் ஒரு போசான் இது என்ன புதுக்குழப்பம் என்றால் கீழே உள்ள படத்தைப் பார்க்கவும்.

பிரபஞ்சத்தில் உள்ள எல்லா சமாச்சாரங்களும் ஆட்டுக்குட்டியில் இருந்து ஆண்ட்ரோமீடா வரை (நிறை+ஆற்றல்) இந்த பத்து பதினைந்து அடிப்படைத் துகள்களின் வெவ்வேறு கலவை தான். இந்தத் துகள்களை பிரபஞ்சத்தின் கட்டுமான செங்கற்கள் என்று
அழைக்கலாம். (படத்தில் முதல் மூன்று Column )கடைசியில் மங்கிய சிவப்பு நிறத்தில் நான்கு துகள்கள் இருக்கின்றனவே, அவை தான் போசான்கள் . இந்திய அணு விஞ்ஞானி சத்யேந்திர நாத் போஸ் என்பவரின் நினைவாக இந்தப் பெயர் வைக்கப்பட்டுள்ளது. [௮-௮-௮ வில் நாம் அறிமுகப்படுத்தும் முதல் இந்திய விஞ்ஞானி இவர். சந்திரசேகரை சில அத்தியாயங்கள் கழித்து அறிமுகம் செய்வோம்]

போசான்களை பெர்மியான் என்னும் கட்டுமான செங்கற்களை ஒன்றுடன் ஒன்று பிணைக்கும் சிமெண்ட் என்று சொல்லலாம். இந்த வரிசையில் முதலில் வருவது நம் ஃபோட்டான். மின்காந்த ஆற்றலின் போஸ்ட்மேன் இவர். நமக்கு மிகவும் பரிச்சயமானவர். நாம் நிற்க, நடக்க (FRICTION) பார்க்க (PHOTON) உதவுபவர்.அடுத்து வருவது Gluon ! இயற்கையின் Ultimate சிமெண்ட் இது. நாம் கண்டுபிடித்திருக்கும் சிமெண்ட்டெல்லாம் இதன் முன் ஜுஜுபி. அணுக்கருவுக்குள் ஒரே மின்சுமை
காரணமாக ஒன்றை ஒன்று விலக்கித் தள்ளும் இரண்டு ப்ரோடான்களையும் ப்ரோடான் களின் உள்ளே இருக்கும் குவார்க்குகளையும் இந்த சிமெண்ட் தான் கட்டுக்கோப்பாக ஒட்டி வைக்கிறது. படத்தில் வயலெட் கலரில் இருப்பவை தான் குவார்க்குகள். குவார்க்குகள் தான் ப்ரோடான் களையும் நியூட்ரான்களையும் உருவாக்குகின்றன. பொதுவாக பெர்மியான்கள்
நம்மை உருவாக்கிய செங்கற்கள் என்றும் போசான்களை அவற்றைப் பிணைக்கும் பசை என்றும் வைத்துக் கொள்ளலாம் .இந்த மாடலில் ஒத்துவாராமல் முரண்டு பிடிப்பது நம் ஐசக் நியூட்டனின் ஈர்ப்பு விசை. ஆற்றல் பரிமாறப்படுவதற்கு மீசான்கள் எனப்படும் CARRIER துகள்கள் வேண்டும் என்பதால் ஈர்ப்பு ஆற்றல் எவ்வாறு கடத்தப்படுகிறது என்பது இதுவரை தெரியவில்லை. உங்களுக்குத் தெரிந்திருந்தால் அம்மாஞ்சி போல பின்னூட்டத்தில் சொல்லி விடாதீர்கள். ரகசியமாக வைத்திருங்கள். நோபல் பரிசு நிச்சயம்!

இந்தப் படத்தில் போடாத இன்னொரு துகள் இருக்கிறது.(தற்போதைக்கு கற்பனைத்துகள்) அது தான் கடவுளின் துகள் என்று அழைக்கப்படும் ஹிக்ஸ் போசான். இது பிரபஞ்சம் எங்கும் நீக்கமற நிறைந்திருப்பதாக சொல்கிறார்கள். ஏன் இதை கடவுளின் துகள் என்று சொல்கிறார்கள் என்று பின்னால் பார்க்கலாம்.

[ போஸ் பற்றி: வெப்ப சமநிலையில் உள்ள [Thermal Equilibrium ] ஒரு அமைப்பில் இரண்டு துகள்களை இடம் மாற்றினால் அதன் சமநிலை சிறிதளவு பாதிக்கப்பட்டு விடும். Maxwell–Boltzmann statistics என்ற ஒரு கொள்கை வெப்ப சமநிலையில் எப்படி துகள்கள் பரவியிருக்கும் என்று சொல்கிறது. ஆனால் குவாண்டம் விளைவுகளை கருத்தில் கொண்டால் இந்த விதி தவறாக ஆகி விடும் என்று போஸ் கருதினார்.அதாவது மாக்ஸ்வெல்-போல்ட்ஸ்மேன் பரவல்கள் அதிக வெப்பநிலையிலும், கணிசமான தூரங்களிலும் (Inter particle gap ) குறைந்த அடர்த்தியிலும் மட்டுமே வேலை செய்தன.வெள்ளைக்குள்ளன் போன்ற அடர்த்தி மிகுந்த விண்மீன்களில் உள்ளே நிலவும் ஆற்றல் பரவல்களை இதனால் கணக்கிட முடியவில்லை. (including Quantum effects )துகள்களுக்கு இடையே உள்ள தூரங்கள் கொஞ்சம் கொஞ்சமாகக் குறைந்து அவற்றின் அலைநீளங்கள் [துகள்களுக்கும் அலைநீளம் உண்டு!] ஒன்றுடன் ஒன்று தொட்டுக் கொள்ளும் நிலைக்கு வந்துவிட்டால் நாம் புதிதாக
Boss -Einstein ஸ்டாடிஸ்டிக்ஸ் என்ற ஒரு புள்ளியியலை உபயோகிக்க வேண்டும்.இந்த புள்ளியியல் குவாண்டம் துகள்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று வேறுபடுத்த முடியாதவை என்ற அடிப்படை ஊகத்தின் மீது செயல்படுகிறது. அதாவது: உங்கள் வீட்டுக்கு ஒரு நாள் ஆபீசில் இருந்து திரும்பும் போது ஃபர்னிச்சர்கள் இடம் மாறியிருந்தால் உங்களுக்குத் தெரிந்து விடும். மூடு சரியாக இருந்தால் 'அட, இது நல்லா இருக்கே' என்று பாராட்டுவீர்கள். சரியாக இல்லை என்றால் யார் இந்த அதிகப்ப்ரசங்கி வேலையையெல்லாம் செய்வது என்று எரிந்து விழுவீர்கள். சரி. ஃபர்னிச்சர்கள் distinguishable , அதாவது இது சேர் இது மேசை என்று எளிதாக வேறுபடுத்தி விட முடியும். ஆனால் உங்கள் வீட்டு கடுகு டப்பாவை யாராவது அசைத்து அதில் உள்ள கடுகுகள் நான்கைந்து இடம் மாறிவிட்டால் அதை உங்களால் கண்டுபிடிக்கவே முடியாது. ஏனென்றால் ஒரு கடுகையும் இன்னொன்றையும் வேறுபடுத்துவது மிகக்கடினம்.(indistinguishability )

இரண்டு நாணயங்களை உருட்டினால் இரண்டிலும் தலை வருவதற்கான நிகழ்தகவு என்ன? 1 /4 அல்லவா? ஆனால் போசின் கொள்கை 1 /3 (சில சமயங்களில் 1 !) என்று கணித்தது. எனவே இதை மற்ற விஞ்ஞானிகள் ஏற்க மறுத்து விட்டனர். போஸ் தன் பேப்பர்களை நேரடியாக ஐன்ஸ்டீனுக்கு அனுப்பினார். ஐன்ஸ்டீன் இவற்றை அங்கீகரித்து இதன் முக்கியத்துவத்தை மற்ற விஞ்ஞானிகளுக்கு விளக்கினார்.]

* இரண்டு பெர்மியான்கள் ஒரே இடத்தில்(ஆற்றல் நிலையில்) இருக்க முடியாது. இரண்டு போஸான்கள் இருக்கலாம். இதனால்தான் எலெக்ட்ரான்கள் அணுவை சுற்றிலும் கண்டபடி தம் இஷ்டத்துக்கு திருவிழாக் கூட்டம் போல பரவி இருக்காமல் 2 ,8 ,18 என்று அடுக்குகளாக உள்ளன.ஆனால் இரண்டு போட்டான்கள் (போஸான்கள்) ஒரே சமயத்தில் ஒரே இடத்தில் இருக்க முடியும்.சாமிப் படங்களில் ஒன்பது தேவியர் சேர்ந்து ஒரே துர்கையாகக் காட்சி அளிப்பார்களே? அது மாதிரி போட்டான்கள் சில சமயங்களில் செய்ய முடியும்.

*பெர்மியான்கள் தங்களுக்கு எதிர் ஜோடி உடையவை. (உதாரணம்: எலக்ட்ரான்-பாசிட்ரான்) போஸான்கள் தங்களுக்குத் தாங்களே எதிரானவை X = -X

* பெர்மியான்கள் நிறை உள்ளவை. போஸான்கள் நிறை அற்றவை. ஒரு துகளுக்கு எடை எப்படி வருகிறது என்று நமக்குத் தெரியும். (ஈர்ப்பினால்)ஆனால் நிறை? இது இன்றைக்கு இயற்பியல் உலகில் ஒரு ஹாட் டாபிக்! ஒரு வார்த்தைக்கு அர்த்தம் இருக்கலாம். ஒரு எழுத்துக்கு என்ன அர்த்தம் இருக்க முடியும்? ஒரு பொருளின் நிறை என்றால் அது அதில் உள்ள எலக்ட்ரான் ப்ரோடான் நியூட்ரான் (+ சிறிதளவு ஆற்றல் /C2 ) களின் மொத்த நிறை என்று சொல்லிவிடலாம். ஆனால் ஒரு எலெக்ட்ரானுக்கு நிறை எவ்வாறு வருகிறது?நிறை என்பதை Condensed Energy என்று ஐன்ஸ்டீன் சமன்பாடு சொல்கிறது.அனால் அந்த Energy எங்கிருந்து வந்தது? கோழி வந்ததா முட்டை வந்ததா கதை தான் மீண்டும்...

இன்றைய தேதியில் நிறை எப்படி வருகிறது என்றால் ஹிக்ஸ் போசானை கைகாட்டுகிறார்கள். இது எப்படி நடக்கிறது என்றால் உங்கள் வீடு முழுவதும் சிலந்தி வலை இருப்பதாக வைத்துக் கொள்ளுங்கள்.அதனூடே நீங்கள் நடந்து நடந்து வெளியே வந்தால் உங்கள் உடல் முழுவதும் வலை ஒட்டிக் கொண்டு நீங்கள் குண்டாகி விடுவீர்கள். அது போல நிறையற்ற ஃபெர்மியான்கள் பிரபஞ்சத்தில் நீக்கமற ஊடுருவி இருக்கும் ஹிக்ஸ் Field வழியே நுழைந்து வரும்போது அவைகளுக்கு நிறை உண்டாகிறது என்று சொல்கிறார்கள். சிலந்தி வலைகளின் வழியே காற்றோ ஒளியோ ஒலியோ எந்த வித மாற்றமும் இன்று ஊடுருவ முடியும் அல்லவா? அது மாதிரி போஸான்கள் (உதாரணம்: போட்டான்) ஹிக்ஸ் Field டினால் பாதிக்கப்படுவதில்லை!

ஹிக்ஸ் போசான் இன்னும் ஆய்வில் கண்டுபிடிக்கப்படவில்லை.ப்ரோட்டான்களை துகள் முடுக்கிகளில் ஒளிவேகத்தில் மோத விடும் போது அவற்றின் உள்ளே உள்ள குவார்க்குகள் உடைந்து ஹிக்ஸ் போசானை கக்கும் என்று நினைக்கிறார்கள். இந்த ஹிக்ஸ் போசான் மின்னல் போல சரக் என்று வந்து மறைந்து போகும். வினாடியில் கோடியில் ஒரு பங்கு நேரத்தில்! இருந்தாலும் ஒருநாள் ஹிக்ஸ் போசானை [அதன் கையெழுத்தை] கண்டுபிடித்து விடுவோம் என்ற நம்பிக்கையில் இருக்கிறார்கள் CERN விஞ்ஞானிகள்

கடவுளின் துகளுக்கான தேடல்

இரண்டு ப்ரோட்டான்கள் மோதும் போது வெளிப்படும் துகள்களின் பாதை.
இதில் எது ஹிக்ஸின் கையெழுத்து?

சரி ஃ பெயின்மேன் வரைபடங்களை வரைவதற்கு முன் சில விஷயங்கள்.

எலக்ட்ரான் ஒன்று போகிறபோக்கில் ஒரு ஃபோட்டானை கிரகித்துக் கொள்ள முடியும். பின்னர் அதை வெளித்தள்ள முடியும். எலக்ட்ரான் ஒன்று ஓர் இடத்தில் இருந்து இன்னொரு இடத்துக்கு செல்லும்போது இப்படி பல முறைகள் போட்டானை உமிழ்ந்து விழுங்கி பயணிக்க முடியும். போட்டானை விழுங்கும் எலக்ட்ரானுக்கு என்ன ஆகிறது? எலக்ட்ரான் அணுவுடன்
பந்தப்பட்டிருந்தால் அது அணுவின் உயர்ந்த ஆற்றல் சுற்றுப்பாதைக்கு குரங்கு போல தாவுகிறது.புராதன இயற்பியலின் 'அணுக்கருவை சுற்றும் எலக்ட்ரான்கள்' மாடலில் ஒரு தவறு இருந்தது என்று முன்பே பார்த்திருக்கிறோம். எலக்ட்ரான்கள் சுற்றும் போது அவை படிப்படியாக ஆற்றலை இழக்க வேண்டும் . எனவே அவை களைத்துப் போய் உள்ளே விழுந்து விடும் என்ற கருத்து நிலவியது. ஆனால் அப்படி நடக்கவில்லை. ஒரு perpetual motion machine போல எலக்ட்ரான்கள் இயங்கிக் கொண்டே இருந்தன. இந்தப் புதிருக்கு விடையாக குவாண்டம் அறிவியல் பிறந்தது. அதாவது எலக்ட்ரான்களிடம் இருந்து லாரியில் இருந்து கொட்டும் மணல் போல தொடர்ச்சியாக ஆற்றல் கசியாது. ஒரு ஆற்றல் மட்டத்துக்கும் இன்னொன்றுக்கும் இடையே உள்ள ஆற்றல் வேறுபாட்டை மட்டும் அது இழக்க முடியும்.அப்படி அது இழந்தால் இழந்த ஆற்றலுக்கு சமமான ஆற்றல் உடைய ஒரு போட்டானை உமிழும். அதே போல ஒரு எலக்ட்ரான் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் உள்ள போட்டானால் தாக்கப்பட்டு அந்த
ஆற்றல் அதை உயர்ந்த ஒரு மட்டத்துக்கு அனுப்ப போதுமானதாக (சமமானதாக) இருந்தால் அது போட்டானை உள்வாங்கிக் கொண்டு jump ஆகி மேலே செல்லும். பாதி ஆற்றலை இப்போது வாங்கிக் கொண்டு பாதி தூரம் போகிறேன்.அப்புறம் மீதி ஆற்றல் உள்ள போட்டான் வந்தால் மறுபாதி தூரத்தைக் கடக்கலாம் என்ற Installment பிசினஸ் எல்லாம் அங்கே நடக்காது. இன்ஸ்டன்ட் Pay தான்! மேலும் இப்படி குதிக்கும் எலக்ட்ரான்களை இரண்டு ஆற்றல் மட்டத்துக்கு இடையில் உள்ள தூரங்களில் நாம் பார்க்க முடியாது. அதாவது இங்கிருந்து மறைந்து அங்கே தோன்றும். நகருதல், அசைதல்,இயங்குதல் என்பதற்கு உச்ச வரம்பு (ஒளிவேகம்) இருப்பது போல குறைந்தபட்ச வரம்பும் இருக்கிறது.

[பணக்காரர் ஒருவர் தன்னிடம் உள்ள செல்வத்தை ஒருரூபாய், இரண்டு ரூபாய், ஐந்து ரூபாய் என்று எப்படி வேண்டுமானாலும் தானம்செய்யலாம் என்று இருந்தால் அவர் சீக்கிரமே போண்டி ஆகி விடுவார் இல்லையா? ஆனால் ஐநூறு ரூபாய் தாளை மட்டும் தானம் செய்யலாம் என்று வைத்து விட்டால் அவர் தானம் செய்ய யோசிப்பார். அவர் செல்வம் சீக்கிரம் குறையாமல் அப்படியே இருக்கும். அது மாதிரி]

Natura non facit saltus [இயற்கை குதிப்பதில்லை!] என்று நம்பி வந்தனர் விஞ்ஞானிகள். இயற்கை தொடர்ச்சியானது ,Gradual ஆனது என்று அர்த்தம். குரங்கு கொஞ்சம் கொஞ்சமாக மனிதன் ஆனதா இல்லை நேற்று வரை குரங்காக இருந்து விட்டு இன்று காலை திடீரென்று மனிதனாக எழுந்திரித்ததா தெரியவில்லை.நேசுரா நான் ஃபேசிட் சால்டஸ் என்று நம்புபவர்கள் அனுமாரை குரங்குக்கும் மனிதனுக்கும் இடைப்பட்ட ஒரு ரெண்டும் கெட்டான் நிலை என்கிறார்கள்! மனிதன் மற்றும் குரங்கின் DNA வை ஒப்பிடும் சில உயிரியல் விஞ்ஞானிகள், கண்டிப்பாக Nature Makes Jumps என்று நம்புகிறார்கள். அதே போல குவாண்டம் நிலைகளில் இயற்கை பொறுமை இன்றி குதிக்கிறது என்கிறார்கள்.[கடலையை பொறுமை இன்றி மொத்தமாக அள்ளி வாயில் போடும் குழந்தை போல!] அதாவது:In nature, actions smaller than ħ = 1.06 ⋅ 10−34 Js are not observed.(or The quantum principle states that no experiment can measure an action smaller than ħ.)

சரி. ஒளி ஓர் அலை என்று வைத்துக் கொள்வோம். அலை என்றால் சாதாரண அலை அல்ல. ஒரு டார்ச் லைட்டை ஆன் செய்து அதை சுவருடன் ஒட்டி வையுங்கள்.இப்போது தோன்றும் ஒளிவட்டமும் டார்ச்சின் டயலும் கிட்டத்தட்ட ஒரே அளவில் இருக்கும்.டார்ச்சை மெல்ல மெல்ல பின்னே நகர்த்துங்கள். ஒளிவட்டம் பெரிதாகிக் கொண்டே வரும். நிலாவை நோக்கி இந்த டார்ச்சை வைத்தால் ஒளி ஒரே நொடியில் டார்ச்சின் டயல் அளவில் இருந்து சந்திரனை விட நூறு மடங்கு பெரிய வட்டமாக மாறி விடும். வாமனனாய் இருந்தது திரிவிக்ரமனாய் வளர்ந்து வானை அளந்து விடும்.அப்படிப்பட்ட பெரிய அலையை எப்படி குட்டியூண்டு எலக்ட்ரான் கிரகித்துக் கொள்கிறது?விதையில் பெரிய ஆலமரம் எப்படித் தூங்குகிறது என்று கேட்பது போல உள்ளது இது .ஒளி பயணிக்கும் போது அலையாகவும் ஒரு பொருளால் கிரகிக்கப்படும் போது துகளாகவும் ஆட்டோமேடிக்-காக மாறி விடுகிறது என்று சொல்கிறார்கள்.


சரி. இந்தத் தகவல்களுடன் பெயின்மேன் வரைபடங்களைக் கற்போம். கண்ணைக் கட்டி காட்டில் விட்டது போல் இல்லாமல் இருக்கட்டுமே என்று தான் இந்த விளக்கம் கொடுக்கப்பட்டது.

சமுத்ரா