क्वार्कांचे गुणधर्म (Quark’s Properties)

मानक प्रतिकृतीनुसार क्वार्क हे मूलभूत कण आहेत आणि त्यांच्या संयोगाने सर्व पदार्थ तयार होतात. या नोंदीत क्वार्कांच्या गुणधर्मांचे सविस्तर वर्णन केले आहे.

क्वार्कांचे प्रमुख गुणधर्म

नाव	$u(up)$	$d(down)$	$c(charm)$	$s(strange)$	$t(top)$	$b(bottom)$
पिढी	प्रथम	प्रथम	द्वितीय	द्वितीय	तृतीय	तृतीय
परिवलनसंख्या	1/2	1/2	1/2	1/2	1/2	1/2
विद्युतभार	2/3 e	– 1/3 e	2/3 e	– 1/3 e	2/3 e	– 1/3 e
वस्तुमान ( $MeV$ )	2.3±0.7	4.8± 0.5	1275± 25	95± 5	173210± 510	4180± 30
इतर पुंज अंक	आयसोस्पिन (isospin) = 1/2	आयसोस्पिन (isospin) = -1/2	C (charm) = 1	S (strangeness) = -1	T (topness) = 1	B’ (bottomness) = -1

सोबतच्या कोष्टकात क्वार्कांच्या गुणधर्मांची सूची दिलेली आहे. आतापर्यंत केलेल्या प्रयोगांनुसार एकूण सहा प्रकारचे क्वार्क सापडले आहेत आणि त्यांची तीन पिढ्यांमध्ये वर्गवारी केलेली आहे.

परिवलनसंख्या : सर्व क्वार्कांची परिवलनसंख्या ½ आहे. त्यामुळे ते फेर्मिऑन (Fermion) आहेत. तसेच त्यांची सांख्यिकी फेर्मी-डिराक सांख्यिकी आहे.

विद्युतभार : क्वार्कांचा विद्युतभार इलेक्ट्रॉनिक विद्युतभाराच्या $2/3$ पट अथवा $-1/3$ पट असतो. येथे नमूद करणे आवश्यक आहे की, क्वार्क व्यतिरिक्त सगळ्या कणांचा अथवा वस्तूंचा विद्युतभार नेहमी इलेक्ट्रॉनिक विद्युतभाराच्या पूर्णांकाच्या पटीत असतो. किंबहुना विद्युतभार इलेक्ट्रॉनिक विद्युतभाराच्या पूर्णांक पटीत नसलेले कण आतापर्यंत प्रयोगांत सापडलेले नाहीत. क्वार्कसुद्धा विविक्त (isolated) अथवा मुक्त (free) स्वरूपात आढळलेले नाहीत. मात्र प्रयोगांमध्ये त्यांना अप्रत्यक्षपणे (indirectly) संसूचित केलेले आहे.

वर्ण-पुंज अंक (Color quantum Number) : ऑस्कर ग्रीनबर्ग (Oscar W. Greenberg) यांनी १९६४ साली क्वार्कांच्या वर्ण-पुंज अंकाची प्रस्तावना केली. याचे मुख्य कारण काही बॅरीऑनांत (Baryon) तीन क्वार्क एकाच पुंज स्थितीत (quantum state) आढळून येतात आणि त्यांचे तरंगफल (wavefunction) सममित (symmetric) असते. क्वार्क हे फेर्मिऑन असल्याने हे पॉलीच्या अपवर्जन तत्त्वाच्या विसंगत आहे. ग्रीनबर्गने तीन मूलभूत स्थित्या असलेला पुंज अंक प्रस्तावित केला आणि त्याला वर्ण (कलर) हे नाव दिले. असे केल्याने तीन क्वार्कांचे असममित (antisymmetric) कलर तरंगफल तयार करता येते आणि मग त्यांचे उरलेले तरंगफल सममित असू शकते. किंबहुना बॅरीऑनांमधील तीन क्वार्कांचे वर्ण तरंगफल नेहमीच असममित असते. या व्यतिरिक्त बॅरीऑनांमध्ये तीन क्वार्क असल्यास त्यांचा एकूण विद्युतभार आपोआप इलेक्ट्रॉनिक विद्युतभाराच्या पूर्णांक पटीत (म्हणजे $2e, e, 0, -1e$ ) होतो. क्वार्कांच्या अंकाचा पुरावा उच्च ऊर्जेच्या इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉनांच्या नाशनाच्या (annihilation) प्रयोगांमधून मिळतो.

क्वार्कांची वस्तुमाने : क्वार्क विविक्त स्वरूपात आढळत नसल्याने त्यांची वस्तुमाने नेहमीच्या पद्धतींनी मोजता येत नाहीत. परंतु सैद्धांतिक दृष्ट्या क्वार्कांच्या वस्तुमानाची व्याख्या करता येते. क्वार्कांची दोन तऱ्हेची वस्तुमाने प्रचलित आहेत.
१. करंट क्वार्क वस्तुमान (current quark mass) : या वस्तुमानाची व्याख्या क्वांटम क्रोमोडायनॅमिक्सवर (quantum chromodynamics) आधारित आहे.
२. क्वार्क वस्तुमान घटक (constituent quark mass) : या वस्तुमानाची व्याख्या (कॉन्स्टिट्युअंट क्वार्क प्रतिकृती; constituent quark model) केली जाते.

वरील कोष्टकात दिलेली क्वार्कांची वस्तुमाने करंट क्वार्क वस्तुमाने आहेत.

पुंज क्षेत्र सिद्धांतानुसार (quantum field theory) कणांची वस्तुमाने क्षेत्राबरोबरील आंतरक्रियेमुळे बदलतात. म्हणजे आंतरक्रिया नसताना असलेल्या वस्तुमानांना उघडी (bare) वस्तुमाने म्हणतात आणि आंतरक्रियेनंतर असलेल्या वस्तुमानांना ड्रेस्ड (dressed) वस्तुमाने म्हणतात. आंतरक्रिया चालू केल्यावर उघडे वस्तुमान ड्रेस्ड वस्तुमान होते. काही अंशी करंट क्वार्क वस्तुमाने उघड्या वस्तुमानांसारखी आहेत आणि क्वार्क वस्तुमाने घटक ड्रेस्ड वस्तुमानांसारखी आहेत. इतर विविक्त रूपात सापडणाऱ्या कणांची प्रयोगांत मोजलेली वस्तुमाने नेहमी ड्रेस्ड वस्तुमाने असतात.

क्वार्कांच्या वर्ण पुंज अंकाचे वर्णाचे सममितीच्या आणि प्रबल आंतरक्रियेच्या विकासामध्ये महत्त्वाचे योगदान आहे.

पहा : मूलकण -२, मूलकण.

कळीचे शब्द : #आइसोस्पिन, #स्ट्रेंजनेस, #चार्म, #टॉप, #बॉटम, #क्वांटम #क्रोमोडायनॅमिक्स, #प्रबळ

संदर्भ :

Halzen, Francis and Martin Alan D., Quarks and Leptons, John Willey and Sons, 1984.
Close, Frank E. An Introduction to Quarks and Partons, academic press, 1979.
https://en.wikipedia.org/wiki/quark

समीक्षक : हेमचंद्र प्रधान