ക്വാര്‍ക്കുകള്‍

Quarks

ബാരിയോണുകളുടെയും മീസോണുകളുടെയും അടിസ്ഥാനഘടകങ്ങളായി പരിഗണിക്കപ്പെടുന്ന കണങ്ങള്‍. 1932-ല്‍ ചാഡ്വിക് എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞന്‍ ന്യൂട്രോണുകളെ കണ്ടെത്തിയതോടെ അണുകേന്ദ്രങ്ങള്‍ നിര്‍മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് പ്രോട്ടോണ്‍, ന്യൂട്രോണ്‍ എന്നിങ്ങനെ രണ്ടുതരം അടിസ്ഥാനകണങ്ങള്‍ കൊണ്ടാണെന്ന ധാരണയുണ്ടായി. ഈ രണ്ടുതരം കണങ്ങളും തമ്മില്‍ വൈദ്യുതചാര്‍ജിന്റെ കാര്യത്തില്‍ മാത്രമേ വ്യത്യാസമുള്ളുവെന്നും അണുകേന്ദ്രബലം അവയില്‍ ഒരുപോലെയാണ് അനുഭവപ്പെടുകയെന്നും ബോധ്യമായി. എന്നാല്‍, പിന്നീട് അണുകേന്ദ്രബലങ്ങള്‍ക്കു വിധേയമായി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന നിരവധി കണങ്ങളെ കോസ്മികരശ്മി പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ കണ്ടെത്തി. രണ്ടാംലോകയുദ്ധത്തിനുശേഷം കണികാത്വരിത്രങ്ങള്‍ (particle accelerators) ധാരാളമായി നിര്‍മിച്ചു തുടങ്ങിയതോടെ പ്രോട്ടോണുകളെയും മറ്റു ചാര്‍ജിതകണങ്ങളെയും ത്വരിപ്പിച്ച് ഉന്നത ഊര്‍ജത്തിലെത്തിച്ചശേഷം കൂട്ടിമുട്ടിക്കാമെന്നായി. അതോടെ അറിയപ്പെടുന്ന 'മൗലിക കണ'ങ്ങളുടെ എണ്ണം അനേകമായി വര്‍ധിച്ചു. (നോ. മൗലിക കണങ്ങള്‍) ഈ കണങ്ങളെയെല്ലാം പൊതുവേ രണ്ടുവിഭാഗമായി തിരിക്കാം എന്നു വന്നു. സുശക്തബലത്തിന് (strong force) വിധേയമായി അന്യോന്യം പ്രതിപ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ഹാഡ്രോണുകളും അതിനുവിധേയമാകാത്ത ലെപ്റ്റോണുകളും. ഹാഡ്രോണുകളെ ബാരിയോണുകളെന്നും മീസോണുകളെന്നും വീണ്ടും രണ്ടായി വിഭജിക്കാം. ബാരിയോണുകള്‍ അര്‍ധസംഖ്യാ സ്പിന്‍ (സ്പിന്‍, ½, 3/2, ...) ഉള്ള ഭാരിച്ച കണങ്ങളാണ്. മീസോണുകള്‍ പൂര്‍ണസംഖ്യാസ്പിന്‍ (സ്പിന്‍ ,0, 1 ...) ഉള്ള, താരതമ്യേന ഭാരം കുറഞ്ഞ കണങ്ങളും, പ്രോട്ടോണ്‍ (P), ന്യൂട്രോണ്‍ (n), ലാംഡ ( Λ), സിഗ്മ (ε ⁺, ε ⁰, ε ^- ) ചീ (≡⁰ , ≡ ⁻) ഡെല്‍റ്റ (Δ ⁺ , Δ^- , Δ⁰ ), ഒമേഗ (Ω ^-) തുടങ്ങി ബാരിയോണുകളുടെ സംഖ്യ (റിസൊണന്‍സ് കണങ്ങള്‍ ഉള്‍പ്പെടെ) നിരവധി ഡസന്‍ വരും. പൈ (π ⁺ , π^- , π⁰) കവോണ്‍ (κ⁺ , κ⁰ , κ^-) , ഈറ്റ (η)എന്നിവ പൂജ്യം സ്പിന്‍-ഉം റോ (ρ⁺, ρ^- , ρ⁰), ഒമേഗ (ω), ഫീ ( φ)തുടങ്ങിയ സ്പിന്‍ 1-ഉം ഉള്ള മീസോണുകളാണ്.

മുന്‍പറഞ്ഞ കണങ്ങളെല്ലാം മൗലികകണങ്ങള്‍ ആകാന്‍ പ്രകൃതിയില്‍ ദൃശ്യമായ ലാളിത്യവും സമമിതിയും (symmetry) അനുവദിക്കില്ല എന്ന തോന്നല്‍ കണികാഭൗതികജ്ഞര്‍ക്കു പൊതുവേ ഉണ്ടായി. ഒടുവില്‍, 1964-ല്‍ എം. ഗല്‍മാനും (M. Gell-Mann) ജി. സ്വൈഗും (G. Zweig) തികച്ചും സ്വതന്ത്രമായി, ഹാഡ്രോണുകളുടെ ക്വാര്‍ക്ക് മാതൃക അവതരിപ്പിച്ചു. അതനുസരിച്ച്, മൂന്നുതരം ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ ആണ് അടിസ്ഥാനകണങ്ങള്‍. അപ് (up-u), ഡൗണ്‍ (down - d), സ്ട്രോഞ്ച് (Strange s) എന്നിവയാണവ. ഇവയുടെയെല്ലാം സ്പിന്‍ ½-ഉം ചാര്‍ജുകള്‍ യഥാക്രമം പ്രോട്ടോണ്‍ .

ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ അന്യോന്യം പ്രതിപ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത് ഗ്ലൂവോണുകള്‍ ( gluons) എന്ന വര്‍ണക്ഷേത്രക്വാണ്ടങ്ങളുടെ (colour field quanta) കൈമാറ്റം വഴിയാണ്. എട്ടുതരം വര്‍ണക്വാണ്ടങ്ങളുള്ളതായാണ് സൈദ്ധാന്തികപഠനങ്ങള്‍ കാണിക്കുന്നത്.

ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനം അതിവിചിത്രമാണ്. ഒരു ഹാഡ്രോണിന്റെ വ്യാപ്തത്തിനുള്ളില്‍ മാത്രമേ അതനുഭവപ്പെടുന്നുള്ളൂ. അത്രയും വ്യാപ്തത്തിനുള്ളില്‍ ക്വാര്‍ക്കുകളും ഗ്ലൂവോണുകളും സ്വതന്ത്രമായി ചലിക്കുന്നു. അവ തമ്മില്‍ കൂടുതല്‍ അടുക്കുന്തോറും ആകര്‍ഷണം കൂടുതല്‍ ദുര്‍ബലമാകുന്നു. തമ്മില്‍ അകലുന്തോറും ബലം അതിവേഗം വര്‍ധിച്ച് അനന്തമാകാനുള്ള പ്രവണതകാട്ടുന്നു. ഉപഗാമിസ്വാതന്ത്ര്യം (asymptotic freedom) എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഈ സവിശേഷതമൂലം നമുക്കൊരിക്കലും ഒരു ക്വാര്‍ക്കിനെയോ ഗ്ളുവോണിനെയോ സ്വതന്ത്രാവസ്ഥയില്‍ എത്തിക്കാന്‍ കഴിയില്ല. ക്വാര്‍ക്ക് ബന്ധനം (quark confinement) എന്നാണ് ഈ പ്രഹേളിക അറിയപ്പെടുന്നത്.