සිංහලෙන් ක්වන්ටම් (Quantum in Sinhala) - 3

ඉහත ආකාරයට එක ගොඩට පරම අංශු දක්වා තිබුණත් මේවායේ යම් රටාවක් ඇති අතර පහසුවෙන්ම ඒවා මතක තබා ගත හැකිය. ඉහත රූපයෙන් දැක්වෙන පරම අංශු ගැන වෙන් වෙන්ව ඉගෙනගමු. අප්, ඩවුන්, ටොප්, ඉලෙක්ට්‍රෝන්, ඇන්ටිබොටම්, ෆෝටෝන් ආදි ලෙස මේ දී තිබෙන කිසිම නාමයක විශේෂත්වයක් නොමැත; ඒවා නිකංම නම් පමනි.

 

ඉහත රූපයේ up, down, charm, strange, top, bottom ලෙස නම් කර ඇති පරමඅංශු 6 quark ලෙස හැඳින්වේ. මෙම ක්වාර්ක් ගොඩේ/කණ්ඩායමේ (ගෲප් එකේ) ඇති පරම අංශු 6 තීරු 3කටත් පේලි 2කටත් බෙදා දක්වා තිබෙන්නේ හේතුවක් ඇතිවය. තීරු තුන generation (පරම්පරාව) හෙවත් family (පවුල) ලෙස හැඳින්වේ. ඒ අනුව පලමු පරම්පරාවට අයත් ක්වාර්ක් අංශු දෙක වන්නේ අප් හා ඩවුන් ක්වාර්ක් වේ. එලෙසම, දෙවැනි පරම්පරාවේ ක්වාර්ක් අංශු දෙක වන්නේ චාම් හා ස්ට්‍රේන්ජ් වන අතර, තෙවැනි පරම්පරාවේ ක්වාර්ක් අංශු වන්නේ ටොප් හා බොටම් වේ.

එලෙසම, electron (ඉලෙක්ට්‍රෝන්), electron neutrino (ඉලෙක්ට්‍රෝන් නියුට්‍රිනෝ), muon (මියුඕන්), muon neutrino (මියුඕන් නියුට්‍රිනෝ), tauon (ටවුඕන්), tauon neutrino (ටවුඕන් නියුට්‍රිනෝ) යන නම්වලින් ලෙප්ටන් (lepton) ලෙස හැඳින්වෙන පරම අංශු වර්ග 6ක් ඇත. muon යන්න mu (මියු) ලෙසද, tauon යන්න tau (ටවු හෝ ටෝ) ලෙසද කෙටියෙනුත් නම් කෙරෙනවා.

එපරිදිම antiup, antidown, anticharm, antistrange, antitop, antibottom ලෙස antiquark යනුවෙන් හැඳින්වෙන අංශු වර්ග 6කුත් ඇති අතර ඒවා up antiquark, down antiquark, strange antiquark, charm antiquark, top antiquark, bottom antiquark යනාදි වශයෙන්ද නම් කළ හැකිය.

antielectron, electron antineutrino, antimuon, muon antineutrino, antitauon, tauon antineutrino යනුවෙන් ඇන්ටිලෙප්ටන් (antilepton) අංශු 6කුත් ඇත. antielectron යන්නට positron ලෙස නමක්ද ඇත.

 

ක්වාර්ක්, ඇන්ටික්වාර්ක්, ලෙප්ටන්, ඇන්ටිලෙප්ටන් යන 4 ආකාරයේම අංශුවර්ගවලට ඉහත විස්තර කළ පරම්පරා 3 ඇත (ඉහත රූපයේ I, II, III ලෙස දක්වා තිබෙන තීරුවලින් පෙන්වන්නේ මෙම පරම්පරා 3 තමයි). ඇත්තටම ස්වාභාවික පරිසරයේ පවතින්නේ පළමු පරම්පරාවේ අංශු පමනි. කිසියම් විදියකින් හෝ දෙවැනි තෙවැනි පරම්පරාවේ අංශුවක් පවතී නම් එය ක්‍රමයෙන් පලමු පරම්පරාවේ අංශුවක් බවට පත් වේ. උදාහරණයක් ලෙස, ස්ට්‍රේන්ජ් ක්වාර්කයක් ඩවුන් ක්වාර්කයක් බවටද ටොප් ක්වාර්කයක් බොටම් ක්වාර්කයක් බවට පත් වේවි.

 

මෙලෙස ඉහල ස්කන්ධ සහිත දෙවැනි හා තෙවැනි පරම්පරා අංශු ඊට වඩා පහල පරම්පරාවේ අංශුවක් බවට පත් වීම particle decay ලෙස හැඳින්වේ. එක් එක් ඉහල පරම්පරා අංශුවකට වෙනස් වෙනස් ජීව කාලයක් (lifetime) ඇත. 

 

තවද, පළමු පරම්පරාවේ පවතින අංශුවලට වඩා දෙවැනි පරම්පරාවේ අංශු ස්කන්ධයෙන් (එනම් ශක්තියෙන්) වැඩි වේ. එලෙසම දෙවැනි පරම්පරාවේ අංශුවලටත් වඩා වැඩි ස්කන්ධයක් (ශක්තියක්) තෙවැනි පරම්පරාවේ අංශුවල පවතී. ඒ හැරෙන්නට දෙවැනි හා තෙවැනි පරම්පරාවේ අංශුවල අනෙක් සියලු ගතිලක්ෂණ පළමු පරම්පරාවේ අංශුවලට සමාන වේ. උදාහරණයක් ලෙස, ක්වාර්ක්වල චාම් ලෙස හැඳින්වෙන දෙවැනි පරම්පරාවේ අංශුව ස්කන්ධය හැරෙන්නට අන් සියලුම ලක්ෂණවලින් (ආරෝපණය, ස්පින් එක ආදි) ක්වාර්ක්හි පලමු පරම්පරාවේ අංශුව වන අප් ක්වාර්කයට සමාන වේ (එකම පේලිය දිගේ බැලිය යුතුයි). එලෙසම, ක්වාර්ක්හි තෙවැනි පරම්පරාවේ අංශුවක් වන ටොප් අංශුව ස්කන්ධය හැරෙන්නට අන් සියලු ලක්ෂණවලින් අප් ක්වාර්කයට සමාන වේ. 

 

ඒ කියන්නේ අප්, චාම්, ටොප් යන ක්වාර්ක 3ම ස්කන්ධයෙන් පමනක් අසමාන වන අතර, අන් සියලු ලක්ෂණවලින් සමාන වේ. ඩවුන්, ස්ට්‍රේන්ජ්, බොටම් යන ක්වාර්ක් 3ත් ස්කන්ධයෙන් හැරෙන්නට එකිනෙකට සමාන වේ. ඉලෙක්ට්‍රෝන්, මියුඕන්, ටවුඕන් යන ලෙප්ටන් අංශු 3ත් ස්කන්ධයෙන් හැරෙන්නට අන් සියලු ලක්ෂණවලින් එකිනෙකට සමාන වේ. මෙලෙස, ක්වාර්ක්, ඇන්ටික්වාර්ක්, ලෙප්ටන්, ඇන්ටිලෙප්ටන් යන කණ්ඩායම් 4හිම පේලි ගැන සිතා බලන්න.

 

ක්වාර්ක් ගෲප් එක නැවත බලන්න. එහි පේලි දෙකක් ඇත. ඉන් උඩ පේලිය UP පේලිය ලෙසද යට පේලිය DOWN පේලිය ලෙසද හැඳින්වේ. උඩ පේලිය හා යට පේලිය අතර වෙනස්කම් ඇත. ඉන් වැදගත්ම වෙනස වන්නේ අප් පේලියේ ඇති ක්වාර්ක්වල විද්‍යුත් ආරෝපණය +2/3 (ධන තුනෙන් දෙකක්) වන අතර, ඩවුන් පේලියේ ඇති ක්වාර්ක්වල විද්‍යුත් ආරෝපණය -1/3 (ඍන තුනෙන් එකක්) වේ.

ඇන්ටික්වාර්ක් ගෲප් එකද එලෙස විමසන්න. එහි උඩ පේලියද UP හා යට පේලිය DOWN ලෙස නම් කෙරෙනවා. උඩ පේලියේ ක්වාර්ක් හා යට පේලියේ ක්වාර්ක් අතර තිබෙන්නේද විද්‍යුත් ආරෝපණවල වෙනස තමයි. එනම්, උඩ පේලියේ ක්වාර්ක්වල විද්‍යුත් ආරෝපනය -2/3 වන අතර, යට පේලියේ එම අගය +1/3 වේ.

 

ලෙප්ටන් ගෲප් එකේ අංශුද, ඇන්ටිලෙප්ටන් ගෲප් එකේ අංශුද පේලි දෙකකට බෙදා ඇත. මෙහිදී උඩ පේලිය charged ලෙසද, යට පේලිය neutral ලෙසද හැඳින්වේ. ඊට හේතුව යට පේලියේ අංශුවලට කිසිදු විද්‍යුත් ආරෝපණයක් නොමැති (උදාසීන) බැවිනි.

 

ඉහත රූපය දෙස හොඳින් නිරීක්ෂණය කළොත් ඔබට තවත් රටාවක් දැක ගත හැකිය. එනම්, ක්වාර්ක් ගෲප් එකේම කොපියක් වැනියි ඇන්ටික්වාර්ක් ගෲප් එක. මේ ගෲප් දෙකෙහි ඇත්තේ එකම එක වෙනසක් පමනි. එනම්, විද්‍යුත් ආරෝපනය යන අගයේ සලකුන පමනක් වෙනස් වේ. උදාහරණයක් ලෙස, අප් හා ඇන්ටිඅප් යන එකිනෙකට අනුරූප අංශු දෙක බලන්න. එම අංශු දෙකෙහි ආරෝපනයේ සලකුන මාරු වී ඇත (අප් හි +2/3 වන අතර ඇන්ටිඅප් හි එම -2/3 වේ). ඒ හැරෙන්නට ස්කන්ධය, ස්පින් යන අගයන් සර්වසම වේ. මෙනිසයි ඇන්ටික්වාර්ක් ගෲප් එකේ තිබෙන සියලු අංශු ක්වාර්ක් ගෲප් එකේ අංශුවල නම්වලින්ම පවතින්නේ. එහෙත් එම නමට ඉහලින් ඉරක් (බාර්) තිබේ.

 

ලෙප්ටන් ගෲප් එකටද ඊට අදාලව ඇන්ටිලෙප්ටන් ගෲප් එකක් ඇත. එහි යට පේලිවල අංශුවල (නියුට්‍රිනෝවල) විද්‍යුත් ආරෝපන නැත. එනිසා ඇන්ටිනියුට්‍රිනෝ හා නියුට්‍රිනෝ යන දෙකම ඇත්තටම බොහෝ සමානය. සමහරෙක් සිතන්නේ මේ දෙවර්ගය සර්වසම විය හැකි බවයි. එහෙත් හරියටම අපට ඒ ගැන දැනුමක් තවමත් නැත. නියුට්‍රිනෝවලට ආරෝපනයක් නොමැති බැවින්ද, ඒවා අන් සියලුම අංශුවලට වඩා සියුම් බැවින්ද නියුට්‍රිනෝ ගැන අධ්‍යනය කිරීම ඉතාම ඉතා අපහසු වී ඇත.

 

ක්වාර්ක්, ඇන්ටික්වාර්ක්, ලෙප්ටන්, ඇන්ටිලෙප්ටන් යන ගෘප් යටතේ මුලු පරම අංශු ගණන 24කි. රටාවන් මතක තබා ගත් විට පහසුවෙන්ම ඒ සියල්ල එම පිලිවෙලටම මතක තබා ගත හැකියි. මේ අංශු 24හිම එක ලක්ෂණයක් පොදු බව පෙනේ. එනම් spin හි අගය ½ (එය ධන හෝ ඍණ භාගය විය හැකිය) වේ. ස්පින් අගය ½  වන සියලුම අංශුවලට පොදුවේ fermion යැයි කියනවා. Fermi යන විද්‍යාඥයාට ගෞරව පිනිස ඔහුගේ නමින් එම අංශු නම් කර තිබේ. සමහරෙක් ක්වාර්ක් හා ලෙප්ටන්වලට ෆර්මියන් කියා, ඇන්ටික්වාර්ක්, ඇන්ටිලෙප්ටන්වලට antifermion යැයි කියනවා.

 

ස්පින් අගය ½ ක් ලෙස පවතින අංශු සියල්ලම පෝලිගේ බහිෂ්කාර රීතියට (Pauli exclusion principle) යටත් වේ. මෙම මූලධර්මයෙන්/රීතියෙන් කියන්නේ කිසිම ෆර්මියන් අංශු දෙකක් කිසිවිටක එකම ක්වන්ටම් තත්වය (quantum state) ලබා නොගනී යන්නයි. මෙය ඇන්ටිෆර්මියන්වලටත් අදාලය. ක්වන්ටම් තත්වය යනු අංශුවක පවතින විදුලි ආරෝපනය, එහි අවකාශීය පිහිටීම, ස්පින් එක, ස්කන්ධය ආදි ගතිලක්ෂණ සියල්ලම එකට ගත් විට කියන තනි වචනයයි.  යම් අංශුවක් අනන්‍යව හඳුනා ගන්නේ ක්වන්ටම් තත්වය මඟිනි.

 

මෙම පෝලිගෙ බහිෂ්කාර නියමයෙන් ලැබෙන එක වැදගත් ප්‍රායෝගික තත්වයක් වන්නේ ෆර්මියන් අංශුවක් අවකාශයෙන් යම් ඉඩක් ලබා ගන්නා බවයි. උදාහරණ ලෙස, ඩවුන් ක්වාර්ක් දෙකක් ගන්න. 

 

මේ දෙකෙහිම ස්කන්ධය, විද්‍යුත් ආරෝපනය සමානය. අපට අවශ්‍ය වුවත් ඒවා වෙනස් කළ නොහැකිය; එම 

ලක්ෂණවලට ගත හැක්කේ තනි/එක් අගයක් පමනක් වේ. එහෙත් ස්පින් යන ගතිලක්ෂණය සඳහා -1/2 ලෙස හා +1/2 ලෙස අගයන් දෙකෙන් එකක් ගත හැකිය. තවද පිහිටීම යන ලක්ෂණය සඳහා නම් විවිධ අගයන් පරාසයක්ම ඇත.

 

ඉතිං, එම අංශු දෙකෙහි ස්පින් අගයත් සමාන වන්නේ නම්, එම අංශු දෙකෙහි පිහිටීම අනිවාර්යෙන්ම අසමාන විය යුතුයි. එනිසා, එකම ස්ථානයෙහි එකම වර්ගයේ ෆර්මියන් අංශු දෙකක් පමනක් උපරිම සිටිය හැකිය. ඊට හේතුව එක් ෆර්මියන් අංශුවක ස්පින් එක -1/2 ද අනෙකෙහි +1/2 ලෙස ලබා ගත හැකි නිසා. ස්පින් අගයන් දෙකත් සමාන වන්නේ නම් එම අංශු දෙකෙහි සමස්ථ ක්වන්ටම් තත්වයන් දෙක එකිනෙකට සර්වසම වීමට සිදු වේ. එහෙත් පෝලි පවසන්නේ එසේ සර්වසම විය නොහැකි බවයි. ඔබට නිකමට හෝ එම අප් ක්වාර්ක් අංශු දෙක එකම ස්ථානයේ පිහිටීමට අවශ්‍ය නම් එහි ස්පින් යන ක්වන්ටම් ලක්ෂණය ඒ දෙකෙහි වෙනස් කළ හැකිය (එකක් -1/2 ද අනෙක +1/2 ද ලෙස පවත්වා ගැනීමෙන්).

 

ඉතිං, ස්කන්ධය, ස්පින් අගය, ආරෝපණය ආදි ගත්ලක්ෂණ සියල්ල එකිනෙකට සමාන අංශු දෙකක් ඇත් නම් ඒවා අනිවාර්යෙන්ම වෙනස් වෙනස් ස්ථානවල පැවතිය යුතුම වේ. පදාර්ථවලට අවකාශයෙන් ඉඩක් වැය වේ යනුවෙන් කියන්නේ මෙන්න මෙම පවුලි/පෝලි බහිෂ්කාර මූලධර්මය ෆර්මියන් මත ක්‍රියාත්මක වීම නිසා තමයි.

 

ෆර්මියන් අංශුවක් වෙනත් ඇන්ටිෆර්මියන් අංශුවක් හා ස්පර්ශ වූ විට අපූරු සංසිද්ධියක් සිදු වේ. එනම්, ක්ෂණයකින් එම අංශු දෙකම අතුරුදහන් වී ශක්තිය (විද්‍යුත්චුම්භක තරංගයක්) බවට පත් වේ. එම සංසිද්ධිය annihilation (විධ්වංශනය) ලෙස හැඳින්වෙනවා.

ස්පින් අගය ½ නොවී, 0 හෝ වෙනත් නිඛිල අගයක් වන අංශු boson ලෙස හඳුන්වනවා. Bose යන විද්‍යඥයාට ගෞරව පිනිස ඔහුගේ නමින් මෙම අංශු නම් කර තිබේ. බෝසෝන් පෝලිගේ බහිෂ්කාර මූලධර්මය පිලිනොපදී. ඒ කියන්නේ බෝසෝන් අංශු දෙකක් හෝ අනන්ත ගණනක් වුවද එකම ස්ථානයක එකවර පැවැතිය හැකිය. ශක්ති පවතින්නේ බෝසෝන නිසාය. එනිසානෙ අප කියන්නේ ශක්තියට අවකාශයෙන් ඉඩක් අවශ්‍ය නැතැයි කියා.

 

අවකාශයෙන් ඉඩක් ගන්නා හා ස්කන්ධයක් සහිත දේවල් සාදන්නේ ෆර්මියන් අංශුවලිනි. ඒ අනුව, ක්වාර්ක් හා ලෙප්ටන් අංශු එකතුව අප පදාර්ථ (matter) ලෙස හඳුන්වන දේවල් සාදයි. එලෙසම, ඇන්ටික්වාර්ක් හා ඇන්ටිලෙප්ටන් අංශු එකතුව ප්‍රතිපදාර්ථ (antimatter) සාදයි. පදාර්ථ හා ප්‍රතිපදාර්ථවලට එකට සිටිය නොහැකිය. ඊට හේතුව ඒවා එකිනෙකට ස්පර්ශ වුවොත් annihilate වේ. එනිසා අපේ පොලොව මත ස්වාභාවික පරිසරයේ කිසිම තැනක ප්‍රතිපදාර්ථ තිබිය නොහැකිය. ඇත්තටම විශ්වයේ ප්‍රතිපදාර්ථ තිබෙන ස්ථාන නිශ්චිතවම තවම හැඳින ගෙන නැත. එහෙත් විද්‍යාගාර තුල අප ඕනෑ තරම් ප්‍රතිපදාර්ථ සාදනවා. උදාහරණයක් ලෙස, PET (Positron Emission Tomography) ලෙස රෝහල්වල භාවිතා වන ස්කැනර් යන්ත්‍රවල ඇන්ටිඉලෙක්ට්‍රෝන හෙවත් පොසිට්‍රෝන භාවිතා වේ.

 

බෝසෝන අංශුද 12ක් පමන ඇති අතර, පදාර්ථ නොවන දේවල් හෙවත් “ශක්ති” සෑදෙන්නේ මෙම අංශුවලිනි. එනම්, පෙර අප හඳුනාගත් මූලික බල (fundamental forces) වර්ග 4 යනු බෝසෝනවල ක්‍රියාකාරිත්වයකි. එනිසාම බෝසෝන බලවාහක (force carrier) ලෙසද හඳුන්වනවා. ඒ ඒ බලයට බලපාන බෝසෝන ඇත.

       1.      ප්‍රබල න්‍යෂ්ටික බලය - Gluon (ග්ලූඕන් බෝසෝන වර්ග 8ක් ඇත)

       2.      දුබල න්‍යෂ්ටික බලය - W⁺, W^-, Z⁰ (“ඩබ්ලිව් ප්ලස්”, “ඩබ්ලිව් මයිනස්”, “සී” ලෙස බෝසෝන 3ක් ඇත)

       3.      විද්‍යුත්චුම්භක බලය - γ (“ගැමා” යන බෝසෝනය)

මෙහි ගුරුත්වාකර්ශන බලය සඳහා බෝසෝනයක් දක්වා නැත. ඊට හේතුව තවමත් පර්යේෂනවලින් එවැන්නක් සොයා ගෙන නොමැති වීමයි. එහෙත් ඒ සඳහාද බෝසෝනයක් පවතී යැයි උපකල්පනය කරනවා. එය graviton (ග්‍රැවිටෝන්) ලෙස නම් කර ඇත. ග්ලූඕන් බෝසෝන අට, ඩබ්ලිව් බෝසෝන දෙක, සී/ඉසෙඩ් බෝසෝනය, ෆෝටෝන් බෝසෝනය යන බෝසෝන ටික gauge boson ලෙස හැඳින්වෙනවා.

Higgs boson යනුවෙන්ද බෝසෝන වර්ගයක් දක්වා ඇති අතර, එය හිග්ස් යනුවෙන් නම් කර ඇත්තේ හිග්ස් යන විද්‍යාඥයාට ගෞරව වශයෙනුයි. එය වෙනත්ම ආකාරයක බෝසෝනයක් වන අතර, සමහරවිට හිග්ස් බෝසෝන එකක් නොව කිහිප වර්ගයක්ම තිබිය හැකිය. එය ගේජ් බෝසෝනයක් නොවේ. හිග්ස් බෝසෝනය ගැන පසුවට අවශ්‍ය වුවොත් විස්තර කෙරේවි.