విశ్వావిర్భావం.. పరమాణు ... ఉపకణాలు...

 

           ఒకే ముద్దగా ఉన్న విశ్వంలో 1375 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం మహావిస్ఫోటనం జరిగిన వెంటనే విడుదలైన మహాశక్తి సెకనులో కొన్నికోట్ల వంతు సమయంలో వేగంగా చల్లారి ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు ఏర్పడ్డాయని మొదటి భాగంలో తెలుసుకున్నాం. ఇవి కొన్ని నిమిషాల్లోనే పరమాణు కేంద్రకాలుగా రూపుదిద్దుకున్నాయి. ఈ మహావిస్ఫోటన సమయంలో జరిగిన మార్పులకు సాక్ష్యాలుగా పరమాణు ఉపకణాలు నేడు మనముందున్నాయి. వీటి అధ్యయనం ద్వారా విశ్వావిర్భావ రహస్యాలను తెలుసుకునే పరిశోధనలు కొనసాగుతున్నాయి. 'లార్జ్‌ హార్డన్‌ కొల్లిడర్‌' ప్రయోగం వీటిలో ఒకటి. 'విశ్వావిర్భావం.. వివిధ పరమాణు.. ఉపకణాల'కున్న సంబంధాన్ని 'ప్రొ|| అరిబండి ప్రసాదరావు, డా|| బి.ఆర్‌.కె.రెడ్డి' సంయుక్త సహకారంతో సంక్షిప్తంగా తెలిపేందుకు మీముందుకొచ్చింది 'విజ్ఞానవీచిక'. మూడుభాగాల్లో రెండోభాగం ఈ వారం మీ కోసం.
మహావిస్ఫోటన సమయంలో చిన్న 'పులుస్టాప్‌' కన్నా తక్కువ పరిమాణంలో గల చిన్నకణాలు ఏర్పడ్డాయి. మొదటిసారిగా తటస్థ ఛార్జితో పరమాణువులు 3.80 లక్షల సంవత్సరాలు అయ్యేసరికి ఏర్పడ్డాయి. వాటిలో 76% హైడ్రోజన్‌, 24% హీలియం పరమాణువులు ఏర్పడ్డాయి. ఒక బిలియన్‌ సంవత్సరాలు గడిచేసరికి మొదటిగా నక్షత్రాలు, డ్వార్ఫ్‌ (కుబ్జ) గెలాక్సీలు, మూడు బిలియన్‌ సంవత్సరాలకు ఈ చిన్న చిన్న గెలాక్సీలు కలిసి పెద్దవిగా రూపాంతరం చెందాయి. తొమ్మిది మిలియన్‌ సంవ త్సరాలకు మిల్కీవే గెలాక్సీలో సౌరకుటుంబం ఏర్పడింది. అంటే, 500 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితమే మన సూర్యుడు రూపొందాడు. హైడ్రోజను, హీలియం ఇంకా కొన్ని తక్కువ పరిమాణంలో ఇతర మూలకాలతో కలిసి సూర్యుడు ఏర్పడ్డాడు.

450 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం సూర్యునితో కలవకుండా మిగిలి ఉన్న కొంత పదార్థం కలిసి మన భూమి ఏర్పడింది. 370 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితమే కర్బనము కలిసిన అణువుల (మాలిక్యూల్స్‌)తో మొదటి జీవము ఏర్పడింది. పది లక్షల సంవత్సరాల క్రితం మాత్రమే భూమి మీద మానవుడు నడక మొదలుపెట్టాడు. మహావిస్ఫోటనం వల్ల విడుదలైన మహాశక్తి పరమాణు ఉపకణాలుగా రూపు దిద్దుకోవడం విశ్వావిర్భావ రహస్యాలుగా కొనసాగుతున్నాయి. పరమాణు నిర్మాణం, ముఖ్యంగా పరమాణు ఉపకణాల అధ్యయనం ద్వారా ఈ రహస్యాల్ని ఛేదించడానికి శాస్త్రజ్ఞులు ప్రయత్నిస్తున్నారు. వీటిలో ఆధునిక పరమాణు ఉపకణాల అధ్యయనం కీలకంగా కొనసాగుతుంది.

పరమాణు నిర్మాణం..

     
          పరమాణువులను విభజించలేని కణాలుగా ఒకప్పుడు భావించాం. కానీ, ఆధునిక విజ్ఞానశాస్త్రం ప్రకారం వీటిని విభజించవచ్చు. ఇవి ఉపకణాలను కలిగి ఉన్నాయి. ఇవి ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు, ఎలక్ట్రాన్లు. వీటిలో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు కేంద్రకంలో ఉండగా, ఎలక్ట్రాన్లు స్థిరకక్ష్యలో కేంద్రకం చుట్టూ నిరంతరం తిరుగు తుంటాయి. ప్రోటాన్ల ద్రవ్యరాశి ఎలక్ట్రాన్ల కన్నా 1832 రెట్లు ఎక్కువ. న్యూట్రాన్లు 1839 రెట్లు ద్రవ్యరాశిని అధికంగా కలిగి ఉంటాయి. ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు విభజింపలేనివిగా భావించేవారు. కానీ, ఇపుడు ఇవీ విభజించబడుతున్నాయి. ఇలా వచ్చిన ఉపకణాలను 'క్వార్క్‌'లుగా పేరు పెట్టారు.
         ప్రోటాన్లు ఒక యూనిట్‌ ధనావేశం కలిగి ఉండగా, న్యూట్రాన్లు తటస్థంగా ఉంటాయి. కేంద్రకంలోని ప్రోటాన్ల సంఖ్య పరమాణు సంఖ్యను తెలియజేస్తుంది. దీనిమీద పరమాణు రసాయనిక ధర్మాలు, గుణగణాలు ఆధారపడి ఉంటాయి. ఈ సంఖ్యకు సమానమైన ఎలక్ట్రాన్లు కేంద్రకం చుట్టూ స్థిరకక్ష్యలో నిరంతరం తిరుగుతూ ఉంటాయి. భౌతిక ప్రామాణిక నమూనా (స్టాండెర్డ్‌ మోడల్‌) ప్రకారం ఎలక్ట్రాన్లకు అంతర్గత నిర్మాణం లేదు. కానీ, ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు మిశ్రమ ఉపకణాలు. ఇవి అంతర్గత నిర్మాణం కలిగి వున్నాయి. వీటిలో ప్రాథమిక ఉపకణాలైన 'క్వార్క్‌'లు ఉంటాయి.

క్వార్క్‌లు..

        ఇవి రెండు రకాలు. అవి పైవి, కిందవి. వీటి విద్యుదావేశం వేర్వేరుగా ఉంటుంది. పైక్వార్కులు+2/3 ఛార్జి కలిగి ఉండగా, కింద క్వార్కులు-1/3 ఛార్జి కలిగి ఉంటాయి.
ప్రోటాన్లలో రెండు పైక్వార్క్‌ కణాలు, ఒక కింది క్వార్క్‌ కణం ఉంటుంది. ప్రోటాన్‌ నికర ఛార్జి ఒక యూనిట్‌. న్యూట్రాన్లలో ఒక పైక్వార్క్‌ కణాలు, రెండు కింద క్వార్క్‌ కణాలు ఉంటాయి. మొత్తం మీద ఈ ఉపకణాలు విద్యుత్‌పరంగా తటస్థంగా ఉంటాయి. ఈ క్వార్క్‌లు పటిష్టమైన శక్తితో అనుసంధానించబడి ఉంటాయి. ఈ శక్తి కణాలను 'గ్లూవాన్లు'గా పిలుస్తారు. కేంద్రకంలో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు కేంద్రకశక్తితో జత కలిసి ఉంటాయి.
కేంద్రకంలో వుండే ఉపకణాలన్నింటినీ కలిపి 'కేంద్రకకణాలు (న్యూక్లియన్స్‌)' గా పిలుస్తారు. ఒకే పరమాణువుకు చెందిన ప్రోటాన్ల సంఖ్య ఒకేలా ఉంటుంది. ప్రోటాన్ల సంఖ్య మారితే పరమాణువు స్వభావం మారుతుంది. ఒకే పరమాణువు కేంద్రకంలో గల న్యూట్రాన్ల సంఖ్య మారవచ్చు. ఇలా మారిన పరమాణువుల్ని 'ఐసోటోపు'లుగా పిలుస్తారు. కేంద్రకంలో మామూలుగా న్యూట్రాన్లు, ప్రోటాన్ల సంఖ్య సమానంగా ఉం టుంది. ప్రోటాన్ల సంఖ్య పెరుగుతున్న కొద్దీ పరమాణు కేంద్రకంలో అస్థిరత్వం పెరు గుతుంది. ముఖ్యంగా పరమాణు సంఖ్య 26 పైన ఉంటే అస్థిరత్వం పెరుగుతుంది.
పరమాణు రూపం కేంద్రకం చుట్టూ తిరుగుతున్న ఎలక్ట్రాన్లతో అస్పష్టంగా కనిపిస్తుంది. ఎలక్ట్రాన్లు స్థిరమైన కక్ష్యలో తిరుగుతూ ఉంటాయి.
విశ్వంలో పరమాణువుల మొత్తం శక్తి నాలుగుశాతం వరకే ఉంటుంది. విశ్వం సగటు పరమాణు సాంద్రత చదరపు మీటరుకు 0.25 పరమాణువులు. కానీ, గ్యాలెక్సీ, పాలపుంతల్లో ఈ సాంద్రత 105 నుండి 109 పరమాణువుల వరకూ చేరుతుంది. సూర్యుని చుట్టూ ఉన్న ప్రాంతంలో పరమాణువుల సాంద్రత 103 విశ్వంలో మిగతా 96 శాతం పదార్థాన్ని 'ఖగోళ శాస్త్రజ్ఞులకు అంతుచిక్కని అంతరిక్ష ప్రాంతం' (డార్క్‌ మ్యాటర్‌)గా, శక్తిని 'కృష్ణ బిలం (డార్క్‌ ఎనర్జీ)'గా పిలుస్తున్నారు. ఖగోళ భౌతికశాస్త్రవేత్తల ప్రకారం కనిపించని ఈ 96% పదార్థంలో 70% శక్తి రూపంలోనూ, 26% పదార్థ రూపంలోనూ ఉంటుంది.

ఉపకణాలు..

             దాదాపు వందకుపైగా పరమాణు ఉపకణాలను గుర్తించారు. వీటిని రెండు రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు. అవి: 1.ఫ˜ర్మియాన్లు, 2. బోసాన్లు. ఫ˜ర్మియాన్‌ ఉపకణాలు ఫర్మి-డిరక్‌ గణాంకాలకు అనుగుణంగా వుంటాయి. బోసాన్లు బోస్‌-ఐన్‌స్టీన్‌ గణాంకాలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. ఒకే పరిమాణస్థితిలో ఒకటికన్నా ఎక్కువ ఫర్మియాన్‌ ఉపకణాలు ఉండలేవు. ఇవి పదార్థానికి గట్టితనాన్ని, స్థిరత్వాన్ని ఆపాదిస్తాయి. కానీ, బోసాన్లు ఒకేస్థితిలో ఒకటి కన్నా ఎక్కువగా ఉండగలవు. బోసాన్లు ప్రధానంగా శక్తి వాహక ఉపకణాలు. కానీ ఫర్మియాన్లు పదార్థంతో ఇమిడి వుంటాయి. బోసాన్లు ఒక చుట్టు తిరగగా (ఒక స్పిన్‌), ఫర్మియాన్లు సగం (హాఫ్‌స్పిన్‌) చుట్టే తిరుగుతాయి.
భౌతిక ప్రామాణిక నమూనా ప్రకారం ఎక్కువ బోసాన్లు మిశ్రమ ఉపకణాలు. కానీ, ఐదు కణాలు మాత్రం ప్రాథమిక ఉపకణాలు. ఇవి నాలుగు గేజ్‌ బోసాన్లు, ఒక హిగ్స్‌ బోసాన్లు. అదనంగా గురుత్వాకర్షణ శక్తిని కలిగించే 'గ్రావిటాన్‌' ఉపకణాన్ని ఒకవేళ ప్రామాణిక నమూనాలో చేర్చితే బోసాన్‌ ఉపకణంగా పరిగణించవచ్చు.
సాధారణంగా కనిపించే బోసాన్లు.. 1. ఫోటాన్లు- విద్యుదయస్కాంత శక్తి గలవి; 2. డబ్ల్యు-జెడ్‌ బోసాన్లు- ఇవి బలహీనశక్తికి వాహకంగా పనిచేస్తాయి. 3. గ్లూవాన్లు - ఇవి బలమైనశక్తికి వాహకంగా పనిచేస్తాయి. వీటినే కాక ప్రామాణిక నమూనా హిగ్స్‌ బోసాన్‌ కణాలను ఊహిస్తుంది - ఇప్పుడు కొత్తగా కనిపెట్టిన కణం హిగ్స్‌ బోసాన్‌ కణాన్ని పోలి వుందని శాస్త్రజ్ఞులు భావిస్తున్నారు. అయితే, హిగ్స్‌ బోసాన్‌ కణాలు చుట్టు తిరగలేవు (స్పిన్‌ ఉండదు). స్థిరంగా ఉంటాయి. ఇవి విద్యుత్‌పరంగా తటస్థం.
గురుత్వాకర్షణ శక్తిని కలిగించే కణాలను గ్రావిటాన్స్‌గా సూచిస్తున్నారు. ఈ ఉపకణాల 'చుట్టు తిరుగుడు' (స్పిన్‌) సంఖ్య రెండు. ఇవి మిశ్రమ ఉపకణాలు. ఇవి బోసాన్స్‌ లేదా ఫర్మియాన్స్‌ కావొచ్చు.
సవరణ: గతవారం 'మీకు తెలుసా' శీర్షికలో 'కాంతివేగాన్ని సెకనకు 3 కోట్లు అని వచ్చింది. దీనికి బదులు సెకనుకు 3 లక్షలుగా సరిచేసి చదువుకోగలరని మనవి. పాఠకులకు కలిగిన అసౌకర్యానికి విచారిస్తున్నాం.
గమనిక: ఈ పేజీపై మీ స్పందనలను
9490098903కి ఫోను చేసి తెలియజేయండి.