ब्रह्मांड का सबसे छोटा कण कौन सा है?

What is the smallest particle in the universe?

• सबसे छोटे का वजन एक इलेक्ट्रॉन से भी बहुत कम होता है।

What is the smallest particle in the universe

ब्रह्मांड एक बड़ी जगह है, लेकिन यह छोटे-छोटे टुकड़ों से बना है। आवर्त सारणी में ऑक्सीजन, कार्बन और अन्य बिल्डिंग ब्लॉक जैसे तत्व शामिल हैं जो सितारों, बिल्लियों या कॉफी के कप बनाते हैं। लेकिन २०वीं सदी की शुरुआत के बाद से, वैज्ञानिक छोटे और छोटे मूलभूत कणों के बारे में सोच रहे हैं और खोज रहे हैं - वे परमाणुओं से भी छोटे हैं जो ब्रह्मांड को भरते हैं। तो इनमें से कौन सा मौलिक कण सबसे छोटा है? और, इसके विपरीत, सबसे बड़ा कौन सा है?

शिकागो के पास फर्मी नेशनल एक्सेलेरेटर लेबोरेटरी (फर्मिलैब) के एक वरिष्ठ वैज्ञानिक डॉन लिंकन इस सवाल का जवाब देने की कोशिश कर रहे वैज्ञानिकों में से एक हैं। फ़र्मिलाब में, वैज्ञानिक एक कण त्वरक का उपयोग अलग-अलग कणों को एक साथ तोड़ने के लिए करते हैं और मलबे को देखते हैं - या संभावित नए मौलिक कण - जो बाहर आते हैं। लिंकन ने कहा कि कणों के आकार को मापने के दो तरीके हैं: उनके द्रव्यमान की जांच करना और उनके भौतिक आकार को मापना, जैसे गेंद के व्यास की गणना करना।

द्रव्यमान के संदर्भ में, इन प्रश्नों का उत्तर देना अपेक्षाकृत सरल है। लिंकन ने कहा कि सबसे कम गैर-शून्य-द्रव्यमान कण जिसे हम जानते हैं वह न्यूट्रिनो है। हालाँकि, उन्होंने बताया कि हमारे पास न्यूट्रिनो के द्रव्यमान का सटीक माप नहीं है क्योंकि मौलिक कणों के द्रव्यमान की गणना करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण पर्याप्त संवेदनशील नहीं हैं।

"एक न्यूट्रिनो एक कण है, जो उप-परमाणु दुनिया के भूत की तरह है," लिंकन ने कहा। न्यूट्रीनो पदार्थ के साथ बहुत कमजोर रूप से बातचीत करते हैं और फोटॉन के बाद दूसरा सबसे प्रचुर मात्रा में कण हैं (जो वास्तविक कणों की तुलना में तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं)। वास्तव में, इसी क्षण आपके पास से अरबों-खरबों न्यूट्रिनो गुजर रहे हैं। न्यूट्रिनो का वजन लगभग कुछ भी नहीं है और वे प्रकाश की गति के करीब यात्रा करते हैं।

एक परमाणु नाभिक न्यूट्रॉन, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों से बना होता है। लिंकन ने कहा कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन स्वयं नाभिक के आकार का लगभग दसवां हिस्सा हैं। एक इलेक्ट्रॉन में लगभग शून्य द्रव्यमान होता है, लेकिन वास्तव में इसका वजन न्यूट्रिनो से 500,000 गुना अधिक होता है (फिर से, जिसका सटीक माप इस बिंदु पर बनाना असंभव है)।

Molecule Atom to the Quark to the Strings

लिंकन ने कहा कि भौतिक विज्ञानी उप-परमाणु कणों के द्रव्यमान को मापने के लिए इलेक्ट्रॉन वोल्ट (ईवी) का उपयोग करते हैं। तकनीकी रूप से, इकाई eV/c^2 है, जिसमें c प्रकाश की गति है। एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट लगभग 1.6x10^-19 जूल के बराबर होता है। चीजों को सरल बनाने के लिए, भौतिक विज्ञानी इकाइयों के एक सेट का उपयोग करते हैं जिससे प्रकाश की गति 1 होती है। एक उप-परमाणु कण के द्रव्यमान का पता लगाने के लिए, आप द्रव्यमान प्राप्त करने के लिए अल्बर्ट आइंस्टीन के प्रसिद्ध समीकरण E=mc^2 का उपयोग करेंगे किलोग्राम में।

लिंकन के अनुसार एक इलेक्ट्रॉन का वजन 511,000 इलेक्ट्रॉन वोल्ट होता है, जो 9.11 x 10^-31 किलोग्राम के बराबर होता है। तुलना के लिए, एक विशिष्ट परमाणु के नाभिक में एक विशिष्ट प्रोटॉन का वजन 938 मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट या 1.67 × 10^-27 किलोग्राम होता है, उन्होंने कहा।

इसके विपरीत, सबसे बड़ा (द्रव्यमान के संदर्भ में) मौलिक कण जिसे हम जानते हैं, एक शीर्ष क्वार्क नामक कण है, जो लिंकन के अनुसार 172.5 बिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट को मापता है। क्वार्क एक और मौलिक कण है, इसे और अधिक भागों में तोड़ा नहीं जा सकता है। वैज्ञानिकों ने छह प्रकार के क्वार्क खोजे हैं: ऊपर (up), नीचे (down), अजीब (strange), आकर्षण (charm), नीचे (bottom) और ऊपर (top)। अप और डाउन क्वार्क प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाते हैं, और उनका वजन क्रमशः 3 मिलियन और 5 मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट होता है। इसकी तुलना में टॉप क्वार्क का वजन अप क्वार्क से 57,500 गुना ज्यादा होता है।

भौतिक आकार के प्रश्न का उत्तर देना कठिन है। हम कुछ कणों के भौतिक आकार को जानते हैं, लेकिन सबसे छोटे कणों को नहीं। कुछ "छोटे" कण जिनके बारे में लोग दैनिक जीवन में सुनते हैं, जैसे कि वायरस के कण, वास्तव में काफी बड़े होते हैं।

लिंकन ने पैमाने की इस भावना की पेशकश की: एक सामान्य वायरस कण लगभग 250 से 400 नैनोमीटर लंबा होता है (एक नैनोमीटर एक मीटर का अरबवां हिस्सा होता है, या 10^-9 मीटर), और ठेठ परमाणु नाभिक लगभग 10^-14 मीटर (0.00000000000001) मापता है )। इसका मतलब है कि एक परमाणु नाभिक एक वायरस से उतना ही छोटा होता है जितना कि एक वायरस हमारे लिए।

वर्तमान में, सबसे छोटा भौतिक आकार वैज्ञानिक एक कण त्वरक के साथ माप सकते हैं जो प्रोटॉन से 2,000 गुना छोटा है, या 5 x 10^-20 मीटर है। अब तक वैज्ञानिक यह निर्धारित करने में सफल रहे हैं कि क्वार्क उससे छोटे होते हैं, लेकिन उससे कितने छोटे ये नहीं बता सकते ।