ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया: Difference between revisions
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[[Image:Triple-Alpha Process.svg|upright=1.4|right|thumbnail|ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया का अवलोकन]]'''ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया''' [[परमाणु संलयन]] प्रतिक्रियाओं का एक सेट है जिसके द्वारा तीन [[हीलियम -4]] नाभिक ([[अल्फा कण]]) [[कार्बन]] में परिवर्तित हो जाते हैं।<ref name="Appenzeller">{{cite book |editor=Appenzeller |editor2=Harwit |editor3=Kippenhahn |editor4= Strittmatter |editor5=Trimble |title=खगोल भौतिकी पुस्तकालय|publisher=Springer |location=New York |date=1998 |edition=3rd }}</ref><ref name="Carroll & Ostlie 2007">{{cite book |last1=Carroll |first1=Bradley W. |last2=Ostlie |first2=Dale A. |name-list-style= amp |title=आधुनिक तारकीय खगोल भौतिकी का एक परिचय|publisher= Addison Wesley, San Francisco |date=2007 |isbn=978-0-8053-0348-3}}</ref> | |||
[[Image:Triple-Alpha Process.svg|upright=1.4|right|thumbnail|ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया का अवलोकन]]ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया [[परमाणु संलयन]] प्रतिक्रियाओं का एक सेट है जिसके द्वारा तीन [[हीलियम -4]] नाभिक ([[अल्फा कण]]) [[कार्बन]] में परिवर्तित हो जाते हैं।<ref name="Appenzeller">{{cite book |editor=Appenzeller |editor2=Harwit |editor3=Kippenhahn |editor4= Strittmatter |editor5=Trimble |title=खगोल भौतिकी पुस्तकालय|publisher=Springer |location=New York |date=1998 |edition=3rd }}</ref><ref name="Carroll & Ostlie 2007">{{cite book |last1=Carroll |first1=Bradley W. |last2=Ostlie |first2=Dale A. |name-list-style= amp |title=आधुनिक तारकीय खगोल भौतिकी का एक परिचय|publisher= Addison Wesley, San Francisco |date=2007 |isbn=978-0-8053-0348-3}}</ref> | |||
== सितारों में ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया == | == सितारों में ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया == | ||
[[File:Nuclear energy generation.svg|right|upright=1.25|thumb|प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला प्रतिक्रिया के ऊर्जा उत्पादन (ε) की तुलना | प्रोटॉन-प्रोटॉन (पीपी), [[सीएनओ चक्र]] और ट्रिपल-α संलयन प्रक्रिया विभिन्न तापमानों (टी) पर। धराशायी रेखा एक तारे के भीतर PP और CNO प्रक्रियाओं की संयुक्त ऊर्जा उत्पादन को दर्शाती है।]]प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला प्रतिक्रिया और सीएनओ चक्र | कार्बन-नाइट्रोजन-ऑक्सीजन चक्र के परिणामस्वरूप तारों के [[तारकीय कोर]] में [[हीलियम]] जमा होता है। | [[File:Nuclear energy generation.svg|right|upright=1.25|thumb|प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला प्रतिक्रिया के ऊर्जा उत्पादन (ε) की तुलना | प्रोटॉन-प्रोटॉन (पीपी), [[सीएनओ चक्र]] और ट्रिपल-α संलयन प्रक्रिया विभिन्न तापमानों (टी) पर। धराशायी रेखा एक तारे के भीतर PP और CNO प्रक्रियाओं की संयुक्त ऊर्जा उत्पादन को दर्शाती है।]]प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला प्रतिक्रिया और सीएनओ चक्र | कार्बन-नाइट्रोजन-ऑक्सीजन चक्र के परिणामस्वरूप तारों के [[तारकीय कोर]] में [[हीलियम]] जमा होता है। | ||
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सालपेटर के पेपर ने उन प्रभावों को पारित करने में उल्लेख किया है जो कार्बन -12 में अज्ञात अनुनादों का उनकी गणनाओं पर होगा, लेकिन लेखक ने कभी उनका पालन नहीं किया। इसके बजाय खगोलशास्त्री फ्रेड हॉयल ने 1953 में कार्बन-12 अनुनाद के अस्तित्व के प्रमाण के रूप में ब्रह्मांड में कार्बन-12 की प्रचुरता का उपयोग किया। हॉयल को कार्बन और ऑक्सीजन दोनों की प्रचुरता का उत्पादन करने का एकमात्र तरीका 7.68 MeV के पास कार्बन-12 अनुनाद के साथ ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया के माध्यम से मिल सकता था, जो सालपेटर की गणना में विसंगति को भी समाप्त कर देगा।<ref name=Kragh/> | सालपेटर के पेपर ने उन प्रभावों को पारित करने में उल्लेख किया है जो कार्बन -12 में अज्ञात अनुनादों का उनकी गणनाओं पर होगा, लेकिन लेखक ने कभी उनका पालन नहीं किया। इसके बजाय खगोलशास्त्री फ्रेड हॉयल ने 1953 में कार्बन-12 अनुनाद के अस्तित्व के प्रमाण के रूप में ब्रह्मांड में कार्बन-12 की प्रचुरता का उपयोग किया। हॉयल को कार्बन और ऑक्सीजन दोनों की प्रचुरता का उत्पादन करने का एकमात्र तरीका 7.68 MeV के पास कार्बन-12 अनुनाद के साथ ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया के माध्यम से मिल सकता था, जो सालपेटर की गणना में विसंगति को भी समाप्त कर देगा।<ref name=Kragh/> | ||
हॉयल [[कैलटेक]] में फाउलर की प्रयोगशाला में गए और कहा कि कार्बन-12 नाभिक में 7.68 MeV का अनुनाद होना चाहिए। (लगभग 7.5 MeV पर उत्तेजित अवस्था की रिपोर्टें मिली थीं।<ref name=Kragh/> ऐसा करने में फ्रेड हॉयल का दुस्साहस उल्लेखनीय है, और शुरू में प्रयोगशाला में परमाणु भौतिकविदों को संदेह था। अंत में, एक कनिष्ठ भौतिक विज्ञानी, [[वार्ड व्हेलिंग]], जो राइस विश्वविद्यालय से ताजा थे, जो एक परियोजना की तलाश में थे, ने अनुनाद की तलाश करने का फैसला किया। फाउलर ने व्हेलिंग को एक पुराने [[वान डी ग्राफ जनरेटर]] का उपयोग करने की अनुमति दी जिसका उपयोग नहीं किया जा रहा था। हॉयल कैम्ब्रिज में वापस आ गया था जब फाउलर की प्रयोगशाला ने कुछ महीनों बाद 7.65 MeV के पास कार्बन-12 प्रतिध्वनि की खोज की, जिससे उसकी भविष्यवाणी की पुष्टि हुई। परमाणु भौतिकविदों ने [[ अमेरिकन फिजिकल सोसायटी ]] की ग्रीष्मकालीन बैठक में व्हेलिंग द्वारा दिए गए पेपर पर हॉयल को पहले लेखक के रूप में रखा। जल्द ही हॉयल और फाउलर के बीच एक लंबा और फलदायी सहयोग हुआ, फाउलर कैम्ब्रिज भी आ गया।<ref>''Fred Hoyle, A Life in Science'', Simon Mitton, Cambridge University Press, 2011, pages 205–209.</ref> | हॉयल [[कैलटेक]] में फाउलर की प्रयोगशाला में गए और कहा कि कार्बन-12 नाभिक में 7.68 MeV का अनुनाद होना चाहिए। (लगभग 7.5 MeV पर उत्तेजित अवस्था की रिपोर्टें मिली थीं।<ref name=Kragh/> ऐसा करने में फ्रेड हॉयल का दुस्साहस उल्लेखनीय है, और शुरू में प्रयोगशाला में परमाणु भौतिकविदों को संदेह था। अंत में, एक कनिष्ठ भौतिक विज्ञानी, [[वार्ड व्हेलिंग]], जो राइस विश्वविद्यालय से ताजा थे, जो एक परियोजना की तलाश में थे, ने अनुनाद की तलाश करने का फैसला किया। फाउलर ने व्हेलिंग को एक पुराने [[वान डी ग्राफ जनरेटर]] का उपयोग करने की अनुमति दी जिसका उपयोग नहीं किया जा रहा था। हॉयल कैम्ब्रिज में वापस आ गया था जब फाउलर की प्रयोगशाला ने कुछ महीनों बाद 7.65 MeV के पास कार्बन-12 प्रतिध्वनि की खोज की, जिससे उसकी भविष्यवाणी की पुष्टि हुई। परमाणु भौतिकविदों ने [[ अमेरिकन फिजिकल सोसायटी |अमेरिकन फिजिकल सोसायटी]] की ग्रीष्मकालीन बैठक में व्हेलिंग द्वारा दिए गए पेपर पर हॉयल को पहले लेखक के रूप में रखा। जल्द ही हॉयल और फाउलर के बीच एक लंबा और फलदायी सहयोग हुआ, फाउलर कैम्ब्रिज भी आ गया।<ref>''Fred Hoyle, A Life in Science'', Simon Mitton, Cambridge University Press, 2011, pages 205–209.</ref> | ||
अंतिम प्रतिक्रिया उत्पाद 0+ राज्य (स्पिन 0 और सकारात्मक समता) में है। चूँकि हॉयल अवस्था को या तो 0+ या 2+ अवस्था होने की भविष्यवाणी की गई थी, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े या [[गामा किरण]]ों को देखे जाने की उम्मीद थी। हालांकि, जब प्रयोग किए गए थे, गामा उत्सर्जन प्रतिक्रिया चैनल नहीं देखा गया था, और इसका मतलब था कि राज्य को 0+ राज्य होना चाहिए। यह स्थिति एकल गामा उत्सर्जन को पूरी तरह से दबा देती है, क्योंकि एकल गामा उत्सर्जन में कम से कम 1 कोणीय संवेग परिमाणीकरण होना चाहिए। एक उत्साहित 0+ राज्य से [[जोड़ी उत्पादन]] संभव है क्योंकि उनके संयुक्त स्पिन (0) एक प्रतिक्रिया के लिए जोड़े जा सकते हैं जिसमें 0 की कोणीय गति में परिवर्तन होता है।<ref>{{cite journal | अंतिम प्रतिक्रिया उत्पाद 0+ राज्य (स्पिन 0 और सकारात्मक समता) में है। चूँकि हॉयल अवस्था को या तो 0+ या 2+ अवस्था होने की भविष्यवाणी की गई थी, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े या [[गामा किरण]]ों को देखे जाने की उम्मीद थी। हालांकि, जब प्रयोग किए गए थे, गामा उत्सर्जन प्रतिक्रिया चैनल नहीं देखा गया था, और इसका मतलब था कि राज्य को 0+ राज्य होना चाहिए। यह स्थिति एकल गामा उत्सर्जन को पूरी तरह से दबा देती है, क्योंकि एकल गामा उत्सर्जन में कम से कम 1 कोणीय संवेग परिमाणीकरण होना चाहिए। एक उत्साहित 0+ राज्य से [[जोड़ी उत्पादन]] संभव है क्योंकि उनके संयुक्त स्पिन (0) एक प्रतिक्रिया के लिए जोड़े जा सकते हैं जिसमें 0 की कोणीय गति में परिवर्तन होता है।<ref>{{cite journal | ||
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# बेरिलियम-8 का क्षय जीवनकाल|<sup>8</sup>बी न्यूक्लियस परिमाण के चार क्रम दो के लिए समय की तुलना में बड़ा है <sup>4</sup>वह नाभिक (अल्फा कण) बिखरने के लिए।<ref name="uzan 2003">{{cite journal|last1=Uzan|first1=Jean-Philippe|title=The fundamental constants and their variation: observational and theoretical status|journal=Reviews of Modern Physics|date=April 2003|volume=75|issue=2|pages=403–455|doi=10.1103/RevModPhys.75.403|arxiv = hep-ph/0205340 |bibcode = 2003RvMP...75..403U |s2cid=118684485 }}</ref> | # बेरिलियम-8 का क्षय जीवनकाल|<sup>8</sup>बी न्यूक्लियस परिमाण के चार क्रम दो के लिए समय की तुलना में बड़ा है <sup>4</sup>वह नाभिक (अल्फा कण) बिखरने के लिए।<ref name="uzan 2003">{{cite journal|last1=Uzan|first1=Jean-Philippe|title=The fundamental constants and their variation: observational and theoretical status|journal=Reviews of Modern Physics|date=April 2003|volume=75|issue=2|pages=403–455|doi=10.1103/RevModPhys.75.403|arxiv = hep-ph/0205340 |bibcode = 2003RvMP...75..403U |s2cid=118684485 }}</ref> | ||
# की एक उत्साहित स्थिति <sup>12</sup>C नाभिक के ऊर्जा स्तर से थोड़ा ऊपर (0.3193 MeV) मौजूद होता है <sup>8</sup>+ बनें <sup>4</sup>वह। यह आवश्यक है क्योंकि की जमीनी स्थिति <sup>12</sup>C की ऊर्जा से 7.3367 MeV कम है <sup>8</sup>+ बनें <sup>4</sup>वह; ए <sup>8</sup>केंद्रीय बनें और a <sup>4</sup>वह नाभिक यथोचित रूप से जमीनी अवस्था में सीधे फ्यूज नहीं हो सकता <sup>12</sup>सी नाभिक। हालाँकि, <sup>8</sup>बी और <sup>4</sup>वह उनकी टक्कर की [[गतिज ऊर्जा]] का उपयोग उत्तेजित में फ्यूज करने के लिए करता है <sup>12</sup>C (गतिज ऊर्जा उत्तेजित अवस्था तक पहुँचने के लिए आवश्यक अतिरिक्त 0.3193 MeV की आपूर्ति करती है), जो तब अपनी स्थिर जमीनी अवस्था में संक्रमण कर सकती है। एक गणना के अनुसार, जीवन के अस्तित्व के लिए पर्याप्त कार्बन का उत्पादन करने के लिए इस उत्तेजित अवस्था का ऊर्जा स्तर लगभग 7.3 मेव और 7.9 मेव के बीच होना चाहिए, और प्रचुर मात्रा में उत्पादन करने के लिए इसे 7.596 मेव और 7.716 मेव के बीच और फ़ाइन-ट्यून किया जाना चाहिए स्तर का <sup>12</sup>C प्रकृति में देखा गया।<ref>{{cite journal|last1=Livio|first1=M.|last2=Hollowell|first2=D.|last3=Weiss|first3=A.|last4=Truran|first4=J. W.|title=The anthropic significance of the existence of an excited state of <sup>12</sup>C|journal=Nature|date=27 July 1989|volume=340|issue=6231|pages=281–284|doi=10.1038/340281a0|bibcode = 1989Natur.340..281L |s2cid=4273737 }}</ref> हॉयल अवस्था को की जमीनी स्थिति से लगभग 7.65 MeV मापा गया है <sup>12</sup>सी.<ref>{{cite journal |last1=Freer |first1=M. |last2=Fynbo |first2=H. O. U. |title=The Hoyle state in <sup>12</sup>C |url=https://core.ac.uk/download/pdf/185481311.pdf |archive-url=https://web.archive.org/web/20220718214344/https://core.ac.uk/download/pdf/185481311.pdf |archive-date=2022-07-18 |url-status=live |journal=Progress in Particle and Nuclear Physics |date=2014 |volume=78 |pages=1–23 |doi=10.1016/j.ppnp.2014.06.001|bibcode=2014PrPNP..78....1F }}</ref> | # की एक उत्साहित स्थिति <sup>12</sup>C नाभिक के ऊर्जा स्तर से थोड़ा ऊपर (0.3193 MeV) मौजूद होता है <sup>8</sup>+ बनें <sup>4</sup>वह। यह आवश्यक है क्योंकि की जमीनी स्थिति <sup>12</sup>C की ऊर्जा से 7.3367 MeV कम है <sup>8</sup>+ बनें <sup>4</sup>वह; ए <sup>8</sup>केंद्रीय बनें और a <sup>4</sup>वह नाभिक यथोचित रूप से जमीनी अवस्था में सीधे फ्यूज नहीं हो सकता <sup>12</sup>सी नाभिक। हालाँकि, <sup>8</sup>बी और <sup>4</sup>वह उनकी टक्कर की [[गतिज ऊर्जा]] का उपयोग उत्तेजित में फ्यूज करने के लिए करता है <sup>12</sup>C (गतिज ऊर्जा उत्तेजित अवस्था तक पहुँचने के लिए आवश्यक अतिरिक्त 0.3193 MeV की आपूर्ति करती है), जो तब अपनी स्थिर जमीनी अवस्था में संक्रमण कर सकती है। एक गणना के अनुसार, जीवन के अस्तित्व के लिए पर्याप्त कार्बन का उत्पादन करने के लिए इस उत्तेजित अवस्था का ऊर्जा स्तर लगभग 7.3 मेव और 7.9 मेव के बीच होना चाहिए, और प्रचुर मात्रा में उत्पादन करने के लिए इसे 7.596 मेव और 7.716 मेव के बीच और फ़ाइन-ट्यून किया जाना चाहिए स्तर का <sup>12</sup>C प्रकृति में देखा गया।<ref>{{cite journal|last1=Livio|first1=M.|last2=Hollowell|first2=D.|last3=Weiss|first3=A.|last4=Truran|first4=J. W.|title=The anthropic significance of the existence of an excited state of <sup>12</sup>C|journal=Nature|date=27 July 1989|volume=340|issue=6231|pages=281–284|doi=10.1038/340281a0|bibcode = 1989Natur.340..281L |s2cid=4273737 }}</ref> हॉयल अवस्था को की जमीनी स्थिति से लगभग 7.65 MeV मापा गया है <sup>12</sup>सी.<ref>{{cite journal |last1=Freer |first1=M. |last2=Fynbo |first2=H. O. U. |title=The Hoyle state in <sup>12</sup>C |url=https://core.ac.uk/download/pdf/185481311.pdf |archive-url=https://web.archive.org/web/20220718214344/https://core.ac.uk/download/pdf/185481311.pdf |archive-date=2022-07-18 |url-status=live |journal=Progress in Particle and Nuclear Physics |date=2014 |volume=78 |pages=1–23 |doi=10.1016/j.ppnp.2014.06.001|bibcode=2014PrPNP..78....1F }}</ref> | ||
#प्रतिक्रिया में <sup>12</sup>सी++ <sup>4</sup>वह → | #प्रतिक्रिया में <sup>12</sup>सी++ <sup>4</sup>वह → <sup>16</sup>हे, ऑक्सीजन की एक उत्तेजित अवस्था है, जो अगर थोड़ी अधिक होती, तो एक प्रतिध्वनि प्रदान करती और प्रतिक्रिया को गति देती। उस स्थिति में, प्रकृति में अपर्याप्त कार्बन मौजूद होगा; लगभग यह सब ऑक्सीजन में परिवर्तित हो गया होगा।<ref name="uzan 2003"/> | ||
कुछ विद्वानों का तर्क है कि 7.656 MeV हॉयल प्रतिध्वनि, विशेष रूप से, केवल संयोग का उत्पाद होने की संभावना नहीं है। फ्रेड हॉयल ने 1982 में तर्क दिया कि हॉयल अनुनाद सुपरिन्टेलेक्ट का प्रमाण था;<ref name=Kragh/>[[लौकिक परिदृश्य]] में [[ लियोनार्ड सुस्किंड ]] हॉयल के [[बुद्धिमान डिजाइन]] तर्क को खारिज करते हैं।<ref>{{cite journal|last1=Peacock|first1=John|title=एक ब्रह्मांड जीवन के लिए ट्यून किया गया|journal=American Scientist|volume=94|issue=2|pages=168–170|jstor=27858743|year=2006|doi=10.1511/2006.58.168}}</ref> इसके बजाय, कुछ वैज्ञानिकों का मानना है कि अलग-अलग ब्रह्मांड, एक विशाल [[मल्टीवर्स]] के हिस्से, अलग-अलग मौलिक स्थिरांक हैं:<ref>{{cite news|title=अजीब तरह से जलने वाले तारे मल्टीवर्स में जीवन की संभावना को और अधिक बढ़ा देते हैं|url=https://www.newscientist.com/article/2104223-stars-burning-strangely-make-life-in-the-multiverse-more-likely/|access-date=15 January 2017|work=[[New Scientist]]|date=1 September 2016}}</ref> इस विवादास्पद फाइन-ट्यून्ड ब्रह्मांड|फाइन-ट्यूनिंग परिकल्पना के अनुसार, जीवन केवल ब्रह्मांडों के अल्पसंख्यक में विकसित हो सकता है जहां मौलिक स्थिरांक जीवन के अस्तित्व का समर्थन करने के लिए फाइन-ट्यून होते हैं। अन्य वैज्ञानिक स्वतंत्र साक्ष्य की कमी के कारण मल्टीवर्स की परिकल्पना को अस्वीकार करते हैं।<ref>{{cite journal | last1 = Barnes | first1 = Luke A | year = 2012 | title = बुद्धिमान जीवन के लिए ब्रह्मांड की फाइन-ट्यूनिंग| journal = Publications of the Astronomical Society of Australia | volume = 29 | issue = 4| pages = 529–564 | doi = 10.1071/as12015 | arxiv = 1112.4647 | bibcode = 2012PASA...29..529B | doi-access = free }}</ref> | कुछ विद्वानों का तर्क है कि 7.656 MeV हॉयल प्रतिध्वनि, विशेष रूप से, केवल संयोग का उत्पाद होने की संभावना नहीं है। फ्रेड हॉयल ने 1982 में तर्क दिया कि हॉयल अनुनाद सुपरिन्टेलेक्ट का प्रमाण था;<ref name=Kragh/>[[लौकिक परिदृश्य]] में [[ लियोनार्ड सुस्किंड |लियोनार्ड सुस्किंड]] हॉयल के [[बुद्धिमान डिजाइन]] तर्क को खारिज करते हैं।<ref>{{cite journal|last1=Peacock|first1=John|title=एक ब्रह्मांड जीवन के लिए ट्यून किया गया|journal=American Scientist|volume=94|issue=2|pages=168–170|jstor=27858743|year=2006|doi=10.1511/2006.58.168}}</ref> इसके बजाय, कुछ वैज्ञानिकों का मानना है कि अलग-अलग ब्रह्मांड, एक विशाल [[मल्टीवर्स]] के हिस्से, अलग-अलग मौलिक स्थिरांक हैं:<ref>{{cite news|title=अजीब तरह से जलने वाले तारे मल्टीवर्स में जीवन की संभावना को और अधिक बढ़ा देते हैं|url=https://www.newscientist.com/article/2104223-stars-burning-strangely-make-life-in-the-multiverse-more-likely/|access-date=15 January 2017|work=[[New Scientist]]|date=1 September 2016}}</ref> इस विवादास्पद फाइन-ट्यून्ड ब्रह्मांड|फाइन-ट्यूनिंग परिकल्पना के अनुसार, जीवन केवल ब्रह्मांडों के अल्पसंख्यक में विकसित हो सकता है जहां मौलिक स्थिरांक जीवन के अस्तित्व का समर्थन करने के लिए फाइन-ट्यून होते हैं। अन्य वैज्ञानिक स्वतंत्र साक्ष्य की कमी के कारण मल्टीवर्स की परिकल्पना को अस्वीकार करते हैं।<ref>{{cite journal | last1 = Barnes | first1 = Luke A | year = 2012 | title = बुद्धिमान जीवन के लिए ब्रह्मांड की फाइन-ट्यूनिंग| journal = Publications of the Astronomical Society of Australia | volume = 29 | issue = 4| pages = 529–564 | doi = 10.1071/as12015 | arxiv = 1112.4647 | bibcode = 2012PASA...29..529B | doi-access = free }}</ref> | ||
Revision as of 18:58, 4 May 2023
ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं का एक सेट है जिसके द्वारा तीन हीलियम -4 नाभिक (अल्फा कण) कार्बन में परिवर्तित हो जाते हैं।[1][2]
सितारों में ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया
प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला प्रतिक्रिया और सीएनओ चक्र | कार्बन-नाइट्रोजन-ऑक्सीजन चक्र के परिणामस्वरूप तारों के तारकीय कोर में हीलियम जमा होता है।
दो हीलियम-4 नाभिकों की नाभिकीय संलयन प्रतिक्रिया से बेरिलियम-8 उत्पन्न होता है, जो अत्यधिक अस्थिर होता है, और आधे जीवन के साथ छोटे नाभिकों में वापस क्षय होता है 8.19×10−17 s, जब तक कि उस समय के भीतर एक तीसरा अल्फा कण बेरिलियम -8 नाभिक के साथ फ़्यूज़ न हो जाए[3] कार्बन-12 की उत्तेजित अनुनाद (कण भौतिकी) अवस्था उत्पन्न करने के लिए,[4] को कार्बन-12#हॉयल अवस्था कहा जाता है, जो लगभग हमेशा तीन अल्फा कणों में वापस विघटित हो जाती है, लेकिन लगभग 2421.3 बार में एक बार ऊर्जा छोड़ती है और कार्बन-12 के स्थिर आधार रूप में परिवर्तित हो जाती है।[5] जब कोई तारा अपने कोर में फ्यूज करने के लिए हाइड्रोजन से बाहर निकलता है, तो वह सिकुड़ना और गर्म होना शुरू कर देता है। यदि केंद्रीय तापमान 10 तक बढ़ जाता है8 के,[6] सूर्य के कोर की तुलना में छह गुना अधिक गर्म, अल्फा कण इतनी तेजी से फ्यूज कर सकते हैं कि वे बेरिलियम-8 बैरियर को पार कर सकें और महत्वपूर्ण मात्रा में स्थिर कार्बन-12 का उत्पादन कर सकें।
प्रक्रिया की शुद्ध ऊर्जा रिलीज 7.275 MeV है।
प्रक्रिया के साइड इफेक्ट के रूप में, कुछ कार्बन नाभिक ऑक्सीजन और ऊर्जा के एक स्थिर आइसोटोप का उत्पादन करने के लिए अतिरिक्त हीलियम के साथ फ्यूज करते हैं:
हाइड्रोजन के साथ हीलियम की परमाणु संलयन प्रतिक्रिया लिथियम 5 -5 उत्पन्न करती है, जो अत्यधिक अस्थिर भी है, और आधे जीवन के साथ छोटे नाभिकों में वापस आती है। 3.7×10−22 s.
अतिरिक्त हीलियम नाभिक के साथ संलयन, तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस की एक श्रृंखला में भारी तत्व बना सकता है जिसे अल्फा प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है, लेकिन ये प्रतिक्रियाएं ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया से गुजरने वाले कोर की तुलना में उच्च तापमान और दबावों पर ही महत्वपूर्ण होती हैं। यह एक ऐसी स्थिति पैदा करता है जिसमें तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस बड़ी मात्रा में कार्बन और ऑक्सीजन पैदा करता है लेकिन उन तत्वों का केवल एक छोटा सा अंश नीयन और भारी तत्वों में परिवर्तित हो जाता है। हीलियम-4 के जलने की मुख्य राख ऑक्सीजन और कार्बन है।
मौलिक कार्बन
महा विस्फोट की शुरुआत में दबाव और तापमान पर ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया अप्रभावी होती है। इसका एक परिणाम यह है कि बिग बैंग में कोई महत्वपूर्ण मात्रा में कार्बन उत्पन्न नहीं हुआ था।
अनुनाद
आमतौर पर, ट्रिपल-अल्फ़ा प्रक्रिया की संभावना बहुत कम होती है। हालांकि, बेरिलियम-8 मूल अवस्था में लगभग बिल्कुल दो अल्फा कणों की ऊर्जा होती है। दूसरे चरण में, 8+ बनें 4उसके पास उत्तेजित अवस्था हॉयल अवस्था की ऊर्जा लगभग ठीक है| 12सी. यह अनुनाद (कण भौतिकी) इस संभावना को बहुत बढ़ा देता है कि एक आने वाला अल्फा कण कार्बन बनाने के लिए बेरिलियम -8 के साथ मिल जाएगा। इस प्रतिध्वनि के अस्तित्व की भविष्यवाणी फ्रेड हॉयल ने इसके वास्तविक अवलोकन से पहले की थी, जो इसके अस्तित्व की भौतिक आवश्यकता पर आधारित थी, ताकि तारों में कार्बन का निर्माण हो सके। भविष्यवाणी और फिर इस ऊर्जा प्रतिध्वनि और प्रक्रिया की खोज ने तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस की हॉयल की परिकल्पना को बहुत महत्वपूर्ण समर्थन दिया, जिसमें कहा गया था कि सभी रासायनिक तत्व मूल रूप से हाइड्रोजन से बने थे, जो कि वास्तविक आदिम पदार्थ है। इस तथ्य की व्याख्या करने के लिए मानवशास्त्रीय सिद्धांत का हवाला दिया गया है कि ब्रह्मांड में बड़ी मात्रा में कार्बन और ऑक्सीजन बनाने के लिए परमाणु अनुनादों को संवेदनशील रूप से व्यवस्थित किया जाता है।[7][8]
भारी तत्वों का न्यूक्लियोसिंथेसिस
तापमान और घनत्व में और वृद्धि के साथ, संलयन प्रक्रिया केवल निकल -56 -56 (जो बाद में लोहे में क्षय हो जाती है) तक न्यूक्लाइड का उत्पादन करती है; भारी तत्व (जो नी से परे हैं) मुख्य रूप से न्यूट्रॉन कैप्चर द्वारा बनाए जाते हैं। न्यूट्रॉन की धीमी पकड़, एस-प्रक्रिया, लोहे से परे लगभग आधे तत्वों का उत्पादन करती है। अन्य आधा तेजी से न्यूट्रॉन कैप्चर, आर-प्रक्रिया द्वारा निर्मित होता है, जो संभवतः कोर-पतन सुपरनोवा और न्यूट्रॉन स्टार विलय में होता है।[9]
प्रतिक्रिया दर और तारकीय विकास
ट्रिपल-अल्फा चरण तारकीय सामग्री के तापमान और घनत्व पर दृढ़ता से निर्भर हैं। प्रतिक्रिया द्वारा जारी की गई शक्ति लगभग 40 वीं शक्ति के तापमान और घनत्व के वर्ग के समानुपाती होती है।[10] इसके विपरीत, प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला प्रतिक्रिया तापमान की चौथी शक्ति के आनुपातिक दर पर ऊर्जा पैदा करती है, CNO चक्र तापमान की 17 वीं शक्ति के बारे में है, और दोनों घनत्व के रैखिक रूप से आनुपातिक हैं। इस मजबूत तापमान निर्भरता के तारकीय विकास के बाद के चरण, लाल विशाल | लाल-विशालकाय चरण के परिणाम हैं।
लाल-विशालकाय शाखा पर कम द्रव्यमान वाले सितारों के लिए, कोर में जमा होने वाली हीलियम को पतित पदार्थ के दबाव से ही आगे गिरने से रोका जाता है। संपूर्ण अध: पतन एक ही तापमान और दबाव पर होता है, इसलिए जब इसका घनत्व काफी अधिक हो जाता है, तो ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया दर के माध्यम से संलयन पूरे कोर में शुरू हो जाता है। बढ़े हुए ऊर्जा उत्पादन की प्रतिक्रिया में कोर तब तक विस्तार करने में असमर्थ है जब तक कि अध: पतन को उठाने के लिए दबाव काफी अधिक न हो। नतीजतन, तापमान बढ़ता है, सकारात्मक प्रतिक्रिया चक्र में प्रतिक्रिया की दर में वृद्धि होती है जो थर्मल भगोड़ा प्रतिक्रिया बन जाती है। हीलियम फ्लैश के रूप में जानी जाने वाली यह प्रक्रिया कुछ सेकंड तक चलती है लेकिन कोर में 60-80% हीलियम जलती है। कोर फ्लैश के दौरान, तारे की शक्ति (भौतिकी) लगभग 10 तक पहुंच सकती है11 सौर चमक जिसकी तुलना पूरी आकाशगंगा की चमक से की जा सकती है,[11] हालांकि सतह पर तुरंत कोई प्रभाव नहीं देखा जाएगा, क्योंकि पूरी ऊर्जा का उपयोग पतित से सामान्य, गैसीय अवस्था में कोर को ऊपर उठाने के लिए किया जाता है। चूंकि कोर अब पतित नहीं है, हाइड्रोस्टेटिक संतुलन एक बार फिर से स्थापित हो जाता है और तारा अपने कोर में हीलियम और कोर के ऊपर एक गोलाकार परत में हाइड्रोजन को जलाना शुरू कर देता है। तारा एक स्थिर हीलियम-बर्निंग चरण में प्रवेश करता है जो मुख्य अनुक्रम पर खर्च किए गए समय का लगभग 10% रहता है (हीलियम फ्लैश के बाद लगभग एक अरब वर्षों तक सूर्य अपने मूल में हीलियम को जलाने की उम्मीद करता है)।[12] उच्च द्रव्यमान वाले सितारों के लिए, कार्बन कोर में इकट्ठा होता है, हीलियम को आसपास के खोल में विस्थापित करता है जहां हीलियम जलती है। इस हीलियम खोल में, दबाव कम होते हैं और द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन अपघटन द्वारा समर्थित नहीं होता है। इस प्रकार, तारे के केंद्र के विपरीत, शेल हीलियम शेल में बढ़े हुए थर्मल दबाव की प्रतिक्रिया में विस्तार करने में सक्षम है। विस्तार इस परत को ठंडा करता है और प्रतिक्रिया को धीमा कर देता है, जिससे तारा फिर से सिकुड़ जाता है। यह प्रक्रिया चक्रीय रूप से जारी रहती है, और इस प्रक्रिया से गुजरने वाले सितारों की समय-समय पर परिवर्तनशील त्रिज्या और बिजली उत्पादन होगा। जैसे-जैसे ये फैलेंगे और सिकुड़ेंगे, ये तारे अपनी बाहरी परतों से सामग्री भी खो देंगे।[citation needed]
डिस्कवरी
ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया कार्बन-12 और बेरिलियम-8 पर अत्यधिक निर्भर है, जिसमें हीलियम-4 की तुलना में थोड़ी अधिक ऊर्जा होती है। ज्ञात अनुनादों के आधार पर, 1952 तक साधारण सितारों के लिए कार्बन के साथ-साथ किसी भी भारी तत्व का उत्पादन करना असंभव लगने लगा।[13] परमाणु भौतिक विज्ञानी विलियम अल्फ्रेड फाउलर ने बेरिलियम -8 प्रतिध्वनि का उल्लेख किया था, और एडविन सालपीटर ने इसके लिए प्रतिक्रिया दर की गणना की थी 8बहो, 12सी, और 16ओ न्यूक्लियोसिंथेसिस इस अनुनाद को ध्यान में रखते हुए।[14][15] हालांकि, सालपेटर ने गणना की कि लाल दिग्गज 2·10 के तापमान पर हीलियम को जलाते हैं8 K या उच्चतर, जबकि अन्य हाल के कार्य परिकल्पना तापमान 1.1·10 जितना कम है8 K लाल जायंट के कोर के लिए।
सालपेटर के पेपर ने उन प्रभावों को पारित करने में उल्लेख किया है जो कार्बन -12 में अज्ञात अनुनादों का उनकी गणनाओं पर होगा, लेकिन लेखक ने कभी उनका पालन नहीं किया। इसके बजाय खगोलशास्त्री फ्रेड हॉयल ने 1953 में कार्बन-12 अनुनाद के अस्तित्व के प्रमाण के रूप में ब्रह्मांड में कार्बन-12 की प्रचुरता का उपयोग किया। हॉयल को कार्बन और ऑक्सीजन दोनों की प्रचुरता का उत्पादन करने का एकमात्र तरीका 7.68 MeV के पास कार्बन-12 अनुनाद के साथ ट्रिपल-अल्फा प्रक्रिया के माध्यम से मिल सकता था, जो सालपेटर की गणना में विसंगति को भी समाप्त कर देगा।[13]
हॉयल कैलटेक में फाउलर की प्रयोगशाला में गए और कहा कि कार्बन-12 नाभिक में 7.68 MeV का अनुनाद होना चाहिए। (लगभग 7.5 MeV पर उत्तेजित अवस्था की रिपोर्टें मिली थीं।[13] ऐसा करने में फ्रेड हॉयल का दुस्साहस उल्लेखनीय है, और शुरू में प्रयोगशाला में परमाणु भौतिकविदों को संदेह था। अंत में, एक कनिष्ठ भौतिक विज्ञानी, वार्ड व्हेलिंग, जो राइस विश्वविद्यालय से ताजा थे, जो एक परियोजना की तलाश में थे, ने अनुनाद की तलाश करने का फैसला किया। फाउलर ने व्हेलिंग को एक पुराने वान डी ग्राफ जनरेटर का उपयोग करने की अनुमति दी जिसका उपयोग नहीं किया जा रहा था। हॉयल कैम्ब्रिज में वापस आ गया था जब फाउलर की प्रयोगशाला ने कुछ महीनों बाद 7.65 MeV के पास कार्बन-12 प्रतिध्वनि की खोज की, जिससे उसकी भविष्यवाणी की पुष्टि हुई। परमाणु भौतिकविदों ने अमेरिकन फिजिकल सोसायटी की ग्रीष्मकालीन बैठक में व्हेलिंग द्वारा दिए गए पेपर पर हॉयल को पहले लेखक के रूप में रखा। जल्द ही हॉयल और फाउलर के बीच एक लंबा और फलदायी सहयोग हुआ, फाउलर कैम्ब्रिज भी आ गया।[16] अंतिम प्रतिक्रिया उत्पाद 0+ राज्य (स्पिन 0 और सकारात्मक समता) में है। चूँकि हॉयल अवस्था को या तो 0+ या 2+ अवस्था होने की भविष्यवाणी की गई थी, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े या गामा किरणों को देखे जाने की उम्मीद थी। हालांकि, जब प्रयोग किए गए थे, गामा उत्सर्जन प्रतिक्रिया चैनल नहीं देखा गया था, और इसका मतलब था कि राज्य को 0+ राज्य होना चाहिए। यह स्थिति एकल गामा उत्सर्जन को पूरी तरह से दबा देती है, क्योंकि एकल गामा उत्सर्जन में कम से कम 1 कोणीय संवेग परिमाणीकरण होना चाहिए। एक उत्साहित 0+ राज्य से जोड़ी उत्पादन संभव है क्योंकि उनके संयुक्त स्पिन (0) एक प्रतिक्रिया के लिए जोड़े जा सकते हैं जिसमें 0 की कोणीय गति में परिवर्तन होता है।[17]
असंभावना और फाइन-ट्यूनिंग
कार्बन सभी ज्ञात जीवन का एक आवश्यक घटक है। 12C, कार्बन का एक स्थिर समस्थानिक है, जो तीन कारकों के कारण तारों में प्रचुर मात्रा में उत्पन्न होता है:
- बेरिलियम-8 का क्षय जीवनकाल|8बी न्यूक्लियस परिमाण के चार क्रम दो के लिए समय की तुलना में बड़ा है 4वह नाभिक (अल्फा कण) बिखरने के लिए।[18]
- की एक उत्साहित स्थिति 12C नाभिक के ऊर्जा स्तर से थोड़ा ऊपर (0.3193 MeV) मौजूद होता है 8+ बनें 4वह। यह आवश्यक है क्योंकि की जमीनी स्थिति 12C की ऊर्जा से 7.3367 MeV कम है 8+ बनें 4वह; ए 8केंद्रीय बनें और a 4वह नाभिक यथोचित रूप से जमीनी अवस्था में सीधे फ्यूज नहीं हो सकता 12सी नाभिक। हालाँकि, 8बी और 4वह उनकी टक्कर की गतिज ऊर्जा का उपयोग उत्तेजित में फ्यूज करने के लिए करता है 12C (गतिज ऊर्जा उत्तेजित अवस्था तक पहुँचने के लिए आवश्यक अतिरिक्त 0.3193 MeV की आपूर्ति करती है), जो तब अपनी स्थिर जमीनी अवस्था में संक्रमण कर सकती है। एक गणना के अनुसार, जीवन के अस्तित्व के लिए पर्याप्त कार्बन का उत्पादन करने के लिए इस उत्तेजित अवस्था का ऊर्जा स्तर लगभग 7.3 मेव और 7.9 मेव के बीच होना चाहिए, और प्रचुर मात्रा में उत्पादन करने के लिए इसे 7.596 मेव और 7.716 मेव के बीच और फ़ाइन-ट्यून किया जाना चाहिए स्तर का 12C प्रकृति में देखा गया।[19] हॉयल अवस्था को की जमीनी स्थिति से लगभग 7.65 MeV मापा गया है 12सी.[20]
- प्रतिक्रिया में 12सी++ 4वह → 16हे, ऑक्सीजन की एक उत्तेजित अवस्था है, जो अगर थोड़ी अधिक होती, तो एक प्रतिध्वनि प्रदान करती और प्रतिक्रिया को गति देती। उस स्थिति में, प्रकृति में अपर्याप्त कार्बन मौजूद होगा; लगभग यह सब ऑक्सीजन में परिवर्तित हो गया होगा।[18]
कुछ विद्वानों का तर्क है कि 7.656 MeV हॉयल प्रतिध्वनि, विशेष रूप से, केवल संयोग का उत्पाद होने की संभावना नहीं है। फ्रेड हॉयल ने 1982 में तर्क दिया कि हॉयल अनुनाद सुपरिन्टेलेक्ट का प्रमाण था;[13]लौकिक परिदृश्य में लियोनार्ड सुस्किंड हॉयल के बुद्धिमान डिजाइन तर्क को खारिज करते हैं।[21] इसके बजाय, कुछ वैज्ञानिकों का मानना है कि अलग-अलग ब्रह्मांड, एक विशाल मल्टीवर्स के हिस्से, अलग-अलग मौलिक स्थिरांक हैं:[22] इस विवादास्पद फाइन-ट्यून्ड ब्रह्मांड|फाइन-ट्यूनिंग परिकल्पना के अनुसार, जीवन केवल ब्रह्मांडों के अल्पसंख्यक में विकसित हो सकता है जहां मौलिक स्थिरांक जीवन के अस्तित्व का समर्थन करने के लिए फाइन-ट्यून होते हैं। अन्य वैज्ञानिक स्वतंत्र साक्ष्य की कमी के कारण मल्टीवर्स की परिकल्पना को अस्वीकार करते हैं।[23]
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