ప్రకృతి సూత్రాలు-పదహారవ సార్వత్రిక నియమము

ప్రొఫెసర్ ఎ.రామచంద్రయ్య

పదార్థం అంతిమంగా క్వార్కులమయము
(Matter is Ultimately Made Up of Quarks)

డాల్టన్ మహాశయుడు పరమాణు సిద్ధాంతాన్ని ప్రవేశపట్టినపుడు అన్నమాటలివి. “పదార్థాన్ని విడగొడితే ముక్కలు వస్తాయి. ఆ ముక్కల్ని విడగొడితే మరింత చిన్న చిన్న ముక్కలు వస్తాయి. అలా పదార్థాన్ని విడగొట్టుకొంటూ వెళితే ఇంక ఏ మాత్రం విడదీయడానికి వీల్లేని మూలకణాలు వస్తాయి. ఆ మూలకణాలనే అబేధ్య కణాలని అంటారు. (Can not be further tomed and hence atoms). అవే పరమాణువులు (atoms). మూలకాలు కలిసి సంయోగ పదార్థాల్ని (compounds) ఇచ్చినప్పుడు పరమాణువులు కలుస్తాయని అర్థం.

డాల్టన్ పరమాణు సిద్ధాంతం తప్పని పరమాణువుల్లో కూడా ఇంకా మౌలిక కణాలున్నాయనీ 19వ శతాబ్దాంతంలోనే శాస్త్రజ్ఞులు గుర్తించారు. 20వ శతాబ్దంలో బలమైన సాక్ష్యాధారాలు దొరికాయి. పరమాణువులో కేంద్రకం, అందులో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు ఉన్నాయనీ, కేంద్రకం చుట్టూ చాలా దూరంలో ఎలక్ట్రాన్లు తిరుగుతున్నాయనీ ఋజువు చేశారు. పరమాణువుల్లో చాలా భాగం శూన్య ప్రదేశమని కూడా తెలియజేశారు. పదార్థం కూడా పరమాణువులమయం కాబట్టి పదార్థంలో కూడా శూన్య ప్రదేశం ఎక్కువే. ఈ శూన్య ప్రదేశమెంతో తెలుసుకుందామా !

భూమి కూడా పరమాణుమయమే కాబట్టి భూమిలో ఉన్న పరమాణువుల్లోని ఖాళీ ప్రదేశాన్నంతా లాగేసి భూమిద్రవ్యరాశిని ఒక ముద్దగా చేస్తే దాన్ని ఒక ట్రక్కులో పెట్టుకోవచ్చు. ఓ ఆవగింజంత సైజున్న అలాంటి ద్రవ్యాన్ని రోడ్డు మీద లాగడానికి కొన్ని వందల లారీలు అవసరమవుతాయి. కేంద్రకమంటే అంత చిన్నది. అంతఘనమైనది. సాంద్రతరమైనది.

ఆ కేంద్రకంలో ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు ఉంటాయని కూడా 20వ శతాబ్దం మొదట్లో కనుగొన్నారు. ప్రోటాను, న్యూట్రాను ప్రాథమిక కణాలని చాలా కాలం వరకు భావించారు. ప్రోటాను, న్యూట్రానుకు కూడా నిర్మాణం ఉందనీ అందులో క్వార్కులు అనబడే చిన్న చిన్న మౌలిక ధాతువులున్నాయనీ వాటికి నిర్మాణమంటూ ఏమీ ఉండదని అయితే వాటికి విద్యుదావేశం, స్పిన్ను వంటి లక్షణాలుంటాయనీ ఆధునిక కణ భౌతిక శాస్త్రం (Particle Physics) చెబుతోంది. ఇంత వరకు ఎలక్ట్రాను దగ్గర, ప్రోటాను దగ్గర ఉన్న 1.6×10^-19 కూలుంబుల విద్యుదావేశమే విద్యుత్తుకు ప్రాధమిక ప్రమాణంగా భావించేవారు. కానీ అందులో 2/3 వంతు ధనావేశం 1/3వ వంతు ఋణావేశం ప్రాధమికమంటున్నారు. కానీ ఎలక్ట్రాన్ కున్న ఋణావేశం మాత్రం మొత్తంగా 1.6×10^-19  కులూంబులు ఉంటుంది. అంటే విశ్వంలో ధనావేశం ఋణావేశం, బింబ ప్రతిబింబాలుగా కాకుండా వేటికవే నిర్దిష్టంగా ఉన్నాయని అర్థం. ధనావేశం ప్రాధమికంగా  2/3x 1.6×10^-19 కూలుంబులుగా ఉంటుంది. కానీ ఋణావేశం క్వార్కుల్లో -1/3×1.6×10^-19   ప్రాధమికమని, ఎలక్ట్రాన్లలో 1.6×10^-19  ప్రాధమికమని తెలిసింది.

ఆ విధంగా చూస్తే న్యూట్రానులో మూడు క్వార్కులు, ప్రోటానులో మూడు క్వార్కులు ఉన్నాయని ఋజువు చేశారు. క్వార్కుల్లో 6 రకాలున్నాఅందులో UP క్వార్కులు Down క్వార్కులు ప్రధానమయినవి. ఈ అప్ క్వార్కులు డౌన్ క్వార్కుల కలయిక వల్లే ప్రోటానులు న్యూట్రానులు ఏర్పడతాయి. వాటి ద్రవ్యరాశి కూడా ఈ క్వార్కుల వల్లే వస్తుంది. అణువులో ఎలెక్ట్రాన్లు పాజిట్రాన్లు వున్నా వాటి ద్రవ్యరాశి స్వల్పం. వాటిని లెప్ట్రానులు అంటారు.

అయితే కేవలం క్వార్కుల వల్లే మొత్తం ద్రవ్యరాశి రాదనీ వాటిని అనుసంధానం చేస్తూ హిగ్స్ బోసాన్ల వాళ్ళ ద్రవ్యరాశి అబ్బుతుంది. ఈ విషయాన్ని పీటర్ హిగ్స్ అనే బ్రిటిష్ శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నాడు. ఈ పరిశోధనకు ఆయనకు నోబుల్ ప్రైజ్ వచ్చింది. 2012 ప్రాంతంలో జరిగిన LHC (Large Hydron Collider)  ప్రయోగాలు ఈ విషయాన్ని రుజువు చేసాయి.

కాబట్టి ఈ సార్వత్రిక నియమాన్ని పదార్థం ఏదైయినా అది పరమాణువుగా క్వార్కులు, లెప్ట్రానులు, బోసాన్లు అనే మూడు రకాల ప్రాధమిక కణాలతో ఏర్పడుతుందని పునరుద్ఘాటన చేయగలం. ఈ క్వార్కులు గ్లుయాన్లనబడే ద్రవ్యరాశిలేని శక్తివంతమైన రూపాలతో బలమైన కేంద్రక బలాల సాయంతో బంధించబడి ఉంటాయి. పదార్ధం ప్రధానంగా క్వార్కులనబడే అత్యంత మౌలిక కణాల చేత నిర్మించబడ్డదని క్వార్కులేవీ ఏకాంతంగా ఉండవనీ ఋజువైంది. ఆ నూతన సిద్ధాంతాలను క్వాంటం క్రోమోడైనమిక్స్ (QCD) అంటారు.