क्वार्क (Quark)

कणभौतिकीच्या मानक प्रतिकृतीनुसार (standard model) क्वार्क आणि त्यांचे प्रतिकण (antiparticles) हे मूलभूत कण अथवा मूलकण (elementary particles) मानले जातात. या व्यतिरिक्त लेप्टॉन (Lepton) आणि त्यांचे प्रतिकण आणि न्यूट्रिनो (Neutrino) हे सुद्धा मूलकण आहेत. विश्वातील सर्व पदार्थ मूलकणांच्या संयोगाने निर्माण होतात असे मानक प्रतिकृतीत मानले जाते. क्वार्क आणि त्यांचे प्रतिकण हे सर्व मूलभूत आंतरक्रियांद्वारा (प्रबल, अबल, विद्युतचुंबकीय आणि गुरुत्वीय) एकमेकांशी आणि इतर कणांशी संबंध ठेवतात. क्वार्कांच्या आणि क्वार्क आणि त्यांच्या प्रतिकणांच्या संयोगाने प्रबल आंतरक्रिया असलेले कण, म्हणजे हॅड्रॉन (Hadron) निर्माण होतात. क्वार्क सहा प्रकारचे असतात आणि त्यांची तीन पिढ्यांमध्ये वर्गवारी केली जाते.

नाव	$u(up)$ अप	$d(down)$ डाउन	$c(charm)$ चार्म	$s(strange)$ स्ट्रेंज	$t(top)$ टाॅप	$b(bottom)$ बाॅटम
पिढी (family)	प्रथम	प्रथम	द्वितीय	द्वितीय	तृतीय	तृतीय
परिवलनसंख्या	1/2	1/2	1/2	1/2	1/2	1/2
विद्युतभार (इलेक्ट्रॉनिक विद्युतभाराच्या पटीत)	2/3	– 1/3	2/3	-1/3	2/3	-1/3
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 सर्व क्वार्कांची आणि त्यांच्या प्रमुख गुणधर्मांची नोंद केलेली आहे. कोष्टकात नोंदलेल्या क्वार्कांच्या वस्तुमानांना करंट क्वार्क वस्तुमान (current quark mass) म्हणतात [क्वार्कांचे गुणधर्म]. कोष्टकात दिलेले क्वार्कांचे इतर पुंज अंक त्यांचे एकमेकांमधील फरक दाखवतात. हे अबल आंतरक्रियांमध्ये, जेंव्हा एक प्रकारच्या क्वार्कचे दुसऱ्या प्रकारच्या क्वार्कमध्ये परावर्तन होते, तेव्हा बदलतात.

अत्यंत महत्त्वाची आणि नमूद करण्यासारखी गोष्ट म्हणजे क्वार्कांचा विद्युतभार इलेक्ट्रॉनांच्या विद्युतभाराच्या पूर्णांकपटीत (integral multiple) नसतो. असे इतर कुठल्याही कणांबाबत होत नाही. किंबहुना आतापर्यंत केलेल्या सर्व प्रयोगांमध्ये इलेक्ट्रॉनांच्या विद्युतभाराच्या पूर्णांकपटीत विद्युतभार नसलेले कोणतेही कण अथवा पदार्थ अजूनपर्यंत विविक्त रूपात (isolated) सापडलेले नाहीत. अर्थात क्वार्कही आत्तापर्यंत विविक्त रूपात सापडलेले नाहीत. परंतु त्याचा अर्थ क्वार्क हे कल्पित कण आहेत असा होत नाही. क्वार्कांच्या अस्तित्वाची पडताळणी अप्रत्यक्ष प्रयोगांद्वारे केलेली आहे.

कोष्टकात दिलेल्या गुणधर्मांव्यतिरिक्त क्वार्कांचा आणखी अत्यंत महत्त्वाचा गुणधर्म म्हणजे त्यांचा विशेष आंतरिक पुंज अंक (internal quantum number) कलर होय. इलेक्ट्रॉनांना आणि न्यूट्रिनोंना हा पुंज अंक नसतो. क्वार्कांचा वर्ण पुंज अंक (Color quantum number) अत्यंत महत्त्वाचा आहे. वर्ण पुंज अंकाच्या संकल्पनेनुसार प्रत्येक क्वार्क तीन प्रकारांमध्ये अस्तित्वात असतो. उदा., $u$ क्वार्कचे (इतर क्वार्कांप्रमाणेच) तीन प्रकार असतात. परंतु या वेगवेगळा वर्ण पुंज अंक असलेल्या तीन क्वार्कांचे इतर गुणधर्म (वस्तुमान, परिवलन संख्या, इतर पुंज संख्या इ.) सारखेच असतात. सोईसाठी त्यांना लाल, हिरवा आणि निळा अशी नावे दिलेली आहेत (म्हणजेच क्वार्कांचा लाल, हिरवा अथवा निळा रंग नसतो). वर्ण पुंज अंक प्रबल आंतरक्रिया समजून घेण्यात फार महत्त्वाचे योगदान देतो [प्रबल आंतरक्रिया].

इतिहास : क्वार्क हे नाव या कणाचा शोधक आणि १९६९ सालातील भौतिकी विषयाचे नोबेल पारितोषिक मिळालेल्या मरी गेल-मान (Murray Gell-Mann) यांनी दिले. त्यांना हे नाव जेम्स जॉइसच्या (James Joyce) फिनेगन्स वेक (Finnegan’s wake) या कादंबरीतील एका वाक्यावरून (“Three quarks for Munster Mark”) सुचले, असे त्यांनी नमूद केले आहे. क्वार्कची संकल्पना गेल-मान (Murray Gell-Mann) आणि जॉर्ज झ्वाइग (George Zwaig) यांनी १९६४ मध्ये स्वतंत्रपणे मांडली. ही संकल्पना त्यांनी प्रसिद्ध केलेल्या शोधनिबंधांमध्ये प्रथम मांडली. या शोधनिबंधांपूर्वी गेल-मान आणि युव्हाल नीमन (Yuval Ne’eman) तसेच काझुहितो निशिजिमा (Kazuhito Nishijima) या शास्त्रज्ञांनी १९६१ मध्ये दाखवून दिले होते की, त्यावेळेस माहित असलेले बॅरीऑन (Baryon) आणि मेसॉन SU(3) सममितीमध्ये (SU(3) symmetry) बांधता येतात आणि SU(3) सममितीचे प्रतिरूपण (representation) तीन प्राथमिक घटकांद्वारे करता येते. या घटकांना गेल-मान यांनी $u$ क्वार्क, $d$ क्वार्क आणि $s$ क्वार्क अशी नावे दिली.

गेल-मान आणि झ्वाइग यांनी या प्राथमिक घटकांना मूलभूत वस्तू आहेत असे मानून त्यानुसार त्यावेळेस माहित असलेले सर्व बॅरिऑन या तीन घटकांपासून तयार करता येतात असे दाखवले. झ्वाइग यांनी या घटकांना एस (ace, एक्के) असे नाव दिले तर गेल-मान यांनी त्यांना क्वार्क म्हटले. कालांतराने क्वार्क हे नाव रूढ झाले. या तीन घटकांना गेलमानयांनी $u(up)$ , $d(down)$ आणि $s(strange)$ अशी नावे दिली. त्यानंतर शेल्डन ग्लॅशॉ (Sheldon Glashow) आणि जेम्स ब्यॉर्केन (Jems Bjorken) यांनी १९७० साली आणखी एका क्वार्कची कल्पना केली आणि त्याचे $c(charm)$ चार्म असे नामकरण केले. सन १९७४ मधील प्रयोगांमध्ये केलेल्या प्रयोगांमध्ये नवीन कण $(J/Psi$ कण) सापडले आणि ते $c$ क्वार्क आणि त्याचा प्रतिकण (antparticle) यांपासून तयार होतात असे आढळले. १९७५ मध्ये हारारी यांनी आणखी दोन क्वार्कांची संकल्पना मांडली. ही संकल्पना अबल आंतरक्रियेच्या संदर्भात करण्यात आली होती. या कणांना $b(bottom)$ बॉटम आणि $t(top)$ टॉप असे संबोधण्यात आले. त्यानंतर १९७७ मध्ये $b$ क्वार्कचे आणि त्यानंतर १९९५ मध्ये $t$ क्वार्कचे शोध लावण्यात आले. सध्याच्या सैद्धांतिक आणि प्रायोगिक आकलनानुसार आणि मानक प्रतिकृतीनुसार सहा क्वार्क, तीन इलेक्ट्रॉन (इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन आणि टाउ लेप्टॉन) आणि त्यांचे न्यूट्रिनो आणि या सर्वांचे प्रतिकण हे मूलभूत कण मानले जातात.

क्वार्कच्या संकल्पनेचे जनक : १९७० मध्ये उच्च ऊर्जा (high energy) असलेल्या इलेक्ट्रॉनांच्या प्रोटॉनबरोबरच्या विकिरणांच्या प्रयोगात असे आढळले की, प्रोटॉनमध्ये (तसेच इतर बॅरीऑन आणि मेसॉनांमध्ये) छोटे कण असतात. सुरवातीस त्यांना पार्टॉन असे संबोधण्यात आले परंतु लवकरच त्यांचा विद्युतभार आणि आभ्रामसंख्या यांची माहिती याच प्रयोगांद्वारे मिळाली आणि पार्टॉन हे क्वार्कच आहेत असे सुस्थापित झाले.

पहा : मूलकण -२, मूलकण.

कळीचे शब्द : #हॅड्राॅन, #मूलकण, #elementary #particles, #वर्णपुंजअंक, #मानकप्रतिकृती.

संदर्भ :

Halzen, Francis and Martin, Alan D. Quarks and Leptons, John Willey and Sons, 1984.
Close, Frank E., An Introduction to Quarks and Parton, Academic press, 1979.
https://en.wikipedia.org/wiki/quark
https://www.britannica.com/science/quark

समीक्षक : हेमचंद्र प्रधान