हाइपरन्यूक्लियस

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एक हाइपरन्यूक्लियस एक पारंपरिक परमाणु नाभिक के समान होता है, लेकिन इसमें सामान्य प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अलावा कम से कम एक हाइपरॉन होता है। हाइपरॉन्स बैरियन कणों की एक श्रेणी है जो गैर-शून्य विचित्रता क्वांटम संख्या को ले जाती है, जो कि मजबूत बातचीत और विद्युत चुम्बकीय बातचीत द्वारा संरक्षित है।

विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाएं एक नाभिक में एक या एक से अधिक इकाइयों की विचित्रता को जमा करने की सुविधा देती हैं। सबसे हल्का हाइपरॉन, लैम्ब्डा बेरोन (Λ) युक्त हाइपरन्यूक्लि, सामान्य नाभिक की तुलना में अधिक मजबूती से बंधे होते हैं, हालांकि वे लगभग औसत जीवनकाल के साथ कमजोर बल के माध्यम से क्षय कर सकते हैं। 200 ps. सिग्मा बेरियन (Σ) हाइपरन्यूक्लि की मांग की गई है, क्योंकि इसमें xi बेरियन (Ξ) या दो Λ's वाले दोहरे-अजीब नाभिक हैं।

नामकरण

Diagram of the eight possible baryons with spin 1/2
Diagram of the ten possible baryons with spin 1/2
The combinations of three up, down, and strange quarks with total spin 1⁄2 (left) and with total spin 3⁄2 (right).

हाइपरन्यूक्लिओ को उनके परमाणु संख्या और बेरोन संख्या के संदर्भ में नामित किया जाता है, जैसा कि सामान्य नाभिक में होता है, साथ ही हाइपरॉन (एस) जो प्रतीक के बाएं सबस्क्रिप्ट में सूचीबद्ध होते हैं, इस चेतावनी के साथ कि परमाणु संख्या को हाइपरन्यूक्लियस के कुल चार्ज के रूप में व्याख्या किया जाता है। , चार्ज किए गए हाइपरॉन्स जैसे कि xi माइनस (Ξ−) और साथ ही प्रोटॉन। उदाहरण के लिए, हाइपरन्यूक्लियस 16
ΛO
 में 8 प्रोटॉन, 7 न्यूट्रॉन और एक Λ (जिस पर कोई आवेश नहीं है) होता है।[1]

इतिहास

पहली बार 1952 में मैरियन डेनिज़ और जेरज़ी प्निव्स्की द्वारा खोजा गया था, जो उनके ऊर्जावान लेकिन विलंबित क्षय के आधार पर ब्रह्मांडीय किरणों के संपर्क में आने वाली परमाणु पायस प्लेट का उपयोग करते थे। यह घटना Λ बेरोन युक्त परमाणु खंड के कारण होने का अनुमान लगाया गया था।[2] 1970 के दशक तक प्रयोग ब्रह्मांडीय किरणों का उपयोग करके इमल्शन में उत्पादित हाइपरन्यूक्लि का अध्ययन करना जारी रखेंगे, और बाद में कण त्वरक से पिओन (π) और खाना (के) बीम का उपयोग करेंगे।[1]

1980 के दशक से, पिओन और काओन बीम का उपयोग करने वाली अधिक कुशल उत्पादन विधियों ने CERN, ब्रुकहैवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला, KEK, DAφNE, और JPARC सहित विभिन्न त्वरक सुविधाओं पर आगे की जांच की अनुमति दी है।[3][4] 2010 के दशक में, एलिस प्रयोग और स्टार प्रयोग जैसे भारी आयन प्रयोगों ने सबसे पहले क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा से haronization के माध्यम से बनने वाले प्रकाश हाइपरन्यूक्लि के उत्पादन और माप की अनुमति दी।[5]

गुण

हाइपरन्यूक्लियर भौतिकी सामान्य नाभिक से भिन्न होती है क्योंकि एक हाइपरॉन चार न्यूक्लियॉन स्पिन (भौतिकी) और समभारिक प्रचक्रण से भिन्न होता है। अर्थात्, एक एकल हाइपरॉन पाउली बहिष्करण सिद्धांत द्वारा प्रतिबंधित नहीं है, और निम्नतम ऊर्जा स्तर तक डूब सकता है।[6]जैसे, हाइपरन्यूक्लि अक्सर सामान्य नाभिक की तुलना में छोटे और अधिक मजबूती से बंधे होते हैं;[7] उदाहरण के लिए, लिथियम हाइपरन्यूक्लियस 7
ΛLi
 सामान्य नाभिक से 19% छोटा है 6 ली.[8][9] हालाँकि, हाइपरॉन्स कमजोर बल के माध्यम से क्षय कर सकते हैं; एक मुक्त Λ का औसत जीवनकाल है 263±2 ps, और Λ हाइपरन्यूक्लियस का आकार आमतौर पर थोड़ा छोटा होता है।[10]

गैर-अजीब सामान्य नाभिक और अजीब हाइपरन्यूक्लि दोनों के लिए एक सामान्यीकृत द्रव्यमान सूत्र विकसित किया गया है, जो Λ, ΛΛ, Σ, और Ξ हाइपरॉन (एस) वाले हाइपरन्यूक्लि के द्रव्यमान का अनुमान लगा सकता है।[11][12] हाइपरन्यूक्लियर के लिए न्यूट्रॉन और प्रोटॉन परमाणु ड्रिप लाइन की भविष्यवाणी की जाती है और सामान्य न्यूट्रॉन और प्रोटॉन ड्रिपलाइन से परे कुछ विदेशी हाइपरन्यूक्लि के अस्तित्व का सुझाव दिया जाता है।[7]इस सामान्यीकृत द्रव्यमान सूत्र को बोटविना और पोचोडज़ल्ला द्वारा सामंता सूत्र का नाम दिया गया था और भारी-आयन टकरावों में हाइपरन्यूक्लि की सापेक्ष पैदावार की भविष्यवाणी करने के लिए इस्तेमाल किया गया था।[13]


प्रकार

Λ हाइपरन्यूक्लि

सबसे सरल, और सबसे अच्छी तरह से समझे जाने वाले, हाइपरन्यूक्लियस के प्रकार में केवल सबसे हल्का हाइपरॉन, Λ शामिल है।[6]

जबकि दो न्यूक्लियॉन एक आभासी कण पियोन द्वारा मध्यस्थता वाले परमाणु बल के माध्यम से बातचीत कर सकते हैं, Λ एक Σ बैरियन बन जाता है, जो एक पियोन उत्सर्जित करता है,[lower-alpha 1] इसलिए Λ-नाभिकीय अन्योन्यक्रिया केवल अधिक विशाल मेसॉनों जैसे कि एटा मेसन|η और ओमेगा मेसन|ω मेसॉन, या दो या दो से अधिक मेसॉनों के एक साथ आदान-प्रदान के माध्यम से मध्यस्थ है।[15] इसका मतलब है कि Λ-न्यूक्लियॉन इंटरैक्शन कमजोर है और मानक परमाणु बल की तुलना में कम रेंज है, और न्यूक्लियस में Λ का संभावित कुआं न्यूक्लियॉन की तुलना में उथला है;[16] हाइपरन्यूक्लि में, Λ विभव की गहराई लगभग 30 MeV है।[17] हालांकि, Λ-न्यूक्लियॉन इंटरेक्शन में वन-पियन एक्सचेंज हाइपरन्यूक्लि में Λ और Σ बेरिऑन के क्वांटम-मैकेनिकल मिश्रण का कारण बनता है (जो मुक्त स्थान में नहीं होता है), विशेष रूप से न्यूट्रॉन-समृद्ध हाइपरन्यूक्लि में।[18][19][20] इसके अतिरिक्त, एक Λ और दो न्यूक्लियंस के बीच तीन-निकाय बल नाभिक में तीन-निकाय अंतःक्रिया से अधिक महत्वपूर्ण होने की उम्मीद है, क्योंकि Λ एक आभासी Σ मध्यवर्ती के साथ दो पियोनों का आदान-प्रदान कर सकता है, जबकि न्यूक्लियंस में समतुल्य प्रक्रिया के लिए अपेक्षाकृत आवश्यकता होती है। भारी डी एल अन्य फील्ड रियान (Δ) मध्यवर्ती।[15]

सभी हाइपरॉन्स की तरह, Λ हाइपरन्यूक्लिआई कमजोर अंतःक्रिया के माध्यम से क्षय कर सकता है, जो इसे लाइटर बेरोन में बदल देता है और एक मेसन या लेप्टान-एंटीलेपटोन जोड़ी का उत्सर्जन करता है। मुक्त स्थान में, Λ आमतौर पर कमजोर बल के माध्यम से एक प्रोटॉन और एक π में क्षय होता है- मेसन, या एक न्यूट्रॉन और एक π0, के कुल आधे जीवन के साथ 263±2 ps.[21] हाइपरन्यूक्लियस में एक न्यूक्लियॉन Λ को कमजोर बल के माध्यम से एक पिओन उत्सर्जित किए बिना क्षय का कारण बन सकता है; पिओन उत्सर्जक क्षय मोड के दमन के कारण यह प्रक्रिया भारी हाइपरन्यूक्लि में प्रभावी हो जाती है।[22] हाइपरन्यूक्लियस में Λ का आधा जीवन काफी छोटा होता है, जो लगभग स्थिर होता है 215±14 ps पास में 56
ΛFe
,[23] लेकिन कुछ अनुभवजन्य माप एक दूसरे से या सैद्धांतिक भविष्यवाणियों से काफी हद तक असहमत हैं।[24]

हाइपरट्रिटोन

सबसे सरल हाइपरन्यूक्लियस hypertriton है (3
ΛH
), जिसमें एक प्रोटॉन, एक न्यूट्रॉन और एक Λ हाइपरॉन होता है। इस प्रणाली में Λ बहुत शिथिल रूप से बंधा हुआ है, जिसमें 130 केवी की पृथक्करण ऊर्जा और 10.6 फेमटोमीटर का बड़ा दायरा है,[25] की तुलना में 2.13 fm दूसरे के लिए।[26] यह ढीला बंधन जीवन भर मुक्त Λ के समान होगा। हालाँकि, मापा गया हाइपरट्रिटन जीवनकाल सभी प्रयोगों में औसत रहा (लगभग 206+15
−13 ps) सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की तुलना में काफी कम है, क्योंकि गैर-मेसोनिक क्षय मोड अपेक्षाकृत मामूली होने की उम्मीद है; कुछ प्रायोगिक परिणाम इस औसत से काफी कम या अधिक लंबे हैं।[27][28]


Σ हाइपरन्यूक्लि

Σ बेरोन युक्त हाइपरन्यूक्लि का अस्तित्व कम स्पष्ट है। 1980 के दशक की शुरुआत में कई प्रयोगों ने Λ पृथक्करण ऊर्जा के ऊपर बाध्य हाइपरन्यूक्लियर राज्यों की सूचना दी और माना कि उनमें से एक थोड़ा भारी Σ बेरोन है, लेकिन दशक के बाद के प्रयोगों ने ऐसे राज्यों के अस्तित्व को खारिज कर दिया।[6]एक Σ युक्त विदेशी परमाणुओं से परिणाम− विद्युत चुम्बकीय बल द्वारा एक नाभिक से बंधे हुए ने मध्यम आकार और बड़े हाइपरन्यूक्लिओ में शुद्ध प्रतिकारक Σ–न्यूक्लियॉन इंटरैक्शन पाया है, जिसका अर्थ है कि इस तरह के द्रव्यमान रेंज में कोई Σ हाइपरन्यूक्लिओ मौजूद नहीं है।[6]हालांकि, 1998 में एक प्रयोग ने निश्चित रूप से प्रकाश Σ हाइपरन्यूक्लियस को देखा 4
ΣHe
.[6]


ΛΛ और Ξ हाइपरन्यूक्लि

दो Λ बेरिऑन युक्त हाइपरन्यूक्लि बनाए गए हैं। हालांकि, दो अजीब क्वार्क होने के कारण इस तरह के हाइपरन्यूक्लिओ का उत्पादन करना बहुत कठिन होता है, और As of 2016, केवल सात उम्मीदवार ΛΛ हाइपरन्यूक्लि देखे गए हैं।{{sfn|Gal et al.|2016|p=41}Λ-नाभिकीय अन्योन्य क्रिया की तरह, अनुभवजन्य और सैद्धांतिक मॉडल भविष्यवाणी करते हैं कि Λ-Λ अन्योन्यक्रिया हल्का रूप से आकर्षक है।[29][30] Ξ बेरिऑन युक्त हाइपरन्यूक्लिओ ज्ञात हैं। अनुभवजन्य अध्ययन और सैद्धांतिक मॉडल इंगित करते हैं कि Ξ––प्रोटोन अन्योन्य क्रिया आकर्षक है, लेकिन Λ–न्यूक्लियॉन अन्योन्य क्रिया से कमजोर है।[29] Σ की तरह- और अन्य ऋणावेशित कण, Ξ- एक विदेशी परमाणु भी बना सकता है। जब एक ओ- एक विदेशी परमाणु या एक हाइपरन्यूक्लियस में बंधा हुआ है, यह एक प्रोटॉन के साथ एक अजीब क्वार्क का आदान-प्रदान करके जल्दी से एक ΛΛ हाइपरन्यूक्लियस या दो Λ हाइपरन्यूक्लिओ में क्षय हो जाता है, जो मुक्त स्थान में लगभग 29 MeV ऊर्जा जारी करता है:[lower-alpha 2]

एक्स− + p → Λ + Λ[32][33][25]

Ω हाइपरन्यूक्लि

2018 में जाली क्यूसीडी का उपयोग करके ओमेगा क्षेत्र (Ω) युक्त हाइपरन्यूक्लि की भविष्यवाणी की गई थी; विशेष रूप से, प्रोटॉन-Ω और Ω-Ω dibaryons (दो बेरिऑन युक्त बाउंड सिस्टम) के स्थिर होने की उम्मीद है।[34][35] As of 2022, किसी भी परिस्थिति में ऐसा कोई हाइपरन्यूक्लि नहीं देखा गया है, लेकिन भारी-आयन टकरावों में ऐसी सबसे हल्की प्रजाति का उत्पादन किया जा सकता है,[36] और STAR प्रयोग द्वारा माप प्रोटॉन-Ω dibaryon के अस्तित्व के अनुरूप हैं।[37]


उच्च विचित्रता के साथ हाइपरन्यूक्लि

चूंकि Λ विद्युत रूप से तटस्थ है और इसकी परमाणु बल की बातचीत आकर्षक है, इसलिए उच्च विचित्रता और छोटे शुद्ध आवेश के साथ मनमाने ढंग से बड़े हाइपरन्यूक्लि होने की भविष्यवाणी की जाती है, जिसमें बिना न्यूक्लियंस वाली प्रजातियां शामिल हैं। बहु-अजीब हाइपरन्यूक्लिओ में प्रति बैरियन परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा कुछ शर्तों के तहत 21 MeV/A तक पहुंच सकती है,[7]सामान्य निकेल-62| के लिए 8.80 MeV/A की तुलना में62यह।[38] इसके अतिरिक्त, Ξ बेरिऑन का गठन तेजी से ऊर्जावान रूप से अनुकूल होना चाहिए, इसके विपरीत जब कोई Λ नहीं है, क्योंकि पाउली अपवर्जन सिद्धांत के कारण एक न्यूक्लिऑन के साथ विचित्रता का आदान-प्रदान असंभव होगा।[39]

उत्पादन

सामान्य नाभिकों की बमबारी के माध्यम से हाइपरन्यूक्लियस बनाने के लिए उत्पादन के कई तरीके तैयार किए गए हैं।

विचित्रता विनिमय और उत्पादन

K बनाने की एक विधि− मेसन एक विचित्र क्वार्क का एक न्यूक्लियॉन से आदान-प्रदान करता है और इसे Λ में बदल देता है:[40]

पी + के− → Λ + π0</उप>
एन + के− → Λ + π-</सुप>

हाइपरन्यूक्लियस के गठन के लिए क्रॉस सेक्शन (भौतिकी) अधिकतम होता है जब काओन बीम की गति लगभग 500 MeV/c होती है।[41] इस सेटअप के कई रूप मौजूद हैं, जिनमें वे भी शामिल हैं जहां घटना केऑन को या तो एक नाभिक से टकराने से पहले आराम में लाया जाता है।[40]

दुर्लभ मामलों में, आने वाले K− इसके बजाय प्रतिक्रिया के माध्यम से Ξ हाइपरन्यूक्लियस का उत्पादन कर सकता है:

पी + के− → एक्स− + के+[42]

समतुल्य विचित्रता उत्पादन प्रतिक्रिया में एक π शामिल होता है+ मेसन एक न्यूट्रॉन के साथ प्रतिक्रिया करके इसे Λ में बदल देता है:[43]

एन + पी+ → Λ + के+

इस प्रतिक्रिया का 1.05 GeV/c के बीम संवेग पर अधिकतम अनुप्रस्थ काट है, और Λ हाइपरन्यूक्लिआई के लिए सबसे कुशल उत्पादन मार्ग है, लेकिन इसके लिए विचित्रता विनिमय विधियों की तुलना में बड़े लक्ष्यों की आवश्यकता होती है।[43]

लोचदार बिखरने

एक प्रोटॉन का इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णन इसे Λ में बदल सकता है और एक K उत्पन्न कर सकता है+:[44]

पी + ई− → Λ + ई-</सुप>′ + के+

जहां प्रधान प्रतीक एक बिखरे हुए इलेक्ट्रॉन को दर्शाता है। एक इलेक्ट्रॉन बीम की ऊर्जा को पियोन या काओन बीम की तुलना में अधिक आसानी से ट्यून किया जा सकता है, जिससे हाइपरन्यूक्लियर एनर्जी लेवल को मापना और कैलिब्रेट करना आसान हो जाता है।[44] शुरुआत में सैद्धांतिक रूप से 1980 के दशक में भविष्यवाणी की गई थी, इस पद्धति का पहली बार 2000 के दशक की शुरुआत में प्रयोगात्मक रूप से उपयोग किया गया था।[45]


हाइपरॉन कैप्चर

एक ओ का कब्जा− एक नाभिक द्वारा बेरिऑन एक Ξ बना सकता है− विदेशी परमाणु या हाइपरन्यूक्लियस।[32]कब्जा करने पर, यह एक ΛΛ हाइपरन्यूक्लियस या दो Λ हाइपरन्यूक्लिअस में बदल जाता है।[46] नुकसान यह है कि Ξ− अकेले अजीब हैड्रोन की तुलना में बेरिऑन को बीम में बनाना कठिन होता है।[47] हालांकि, 2020 में शुरू हुआ J-PARC का प्रयोग Ξ और ΛΛ हाइपरन्यूक्लिओ पर एक समान, गैर-बीम सेटअप का उपयोग करके डेटा संकलित करेगा जहां बिखरे हुए Ξ− बेरियन्स पायस लक्ष्य पर बरसते हैं।[32]


भारी-आयन टक्कर

समान प्रजातियाँ

काओनिक नाभिक

कश्मीर- मेसन एक विदेशी परमाणु में एक नाभिक की परिक्रमा कर सकता है, जैसे कि काओनिक हाइड्रोजन में।[48] हालांकि के--काओनिक हाइड्रोजन में प्रोटॉन प्रबल अन्योन्यक्रिया प्रतिकारक है,[49] कश्मीर--न्यूक्लियस इंटरेक्शन बड़ी प्रणालियों के लिए आकर्षक है, इसलिए यह मेसन हाइपरन्यूक्लियस से निकटता से जुड़ी एक दृढ़ता से बंधी हुई स्थिति में प्रवेश कर सकता है;[6]विशेष रूप से, के--प्रोटॉन-प्रोटॉन प्रणाली प्रयोगात्मक रूप से ज्ञात है और एक सामान्य नाभिक की तुलना में अधिक मजबूती से बंधी हुई है।[50]


मंत्रमुग्ध हाइपरन्यूक्लिआई

1977 से एक आकर्षण क्वार्क वाले नाभिक की सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की गई है,[51] और अजीब क्वार्कों की संभावित अनुपस्थिति के बावजूद मंत्रमुग्ध हाइपरन्यूक्लि के रूप में वर्णित हैं।[52] विशेष रूप से, सबसे हल्का मंत्रमुग्ध बेरियन, Λc और एसc बेरियन,[lower-alpha 3] मंत्रमुग्ध हाइपरन्यूक्लि में बाध्य अवस्थाओं में मौजूद होने की भविष्यवाणी की जाती है, और उन प्रक्रियाओं के अनुरूप बनाई जा सकती है जो हाइपरन्यूक्लि बनाने के लिए उपयोग की जाती हैं।[52]एल की गहराईc परमाणु पदार्थ में क्षमता 58 MeV होने का अनुमान लगाया गया है,[52]लेकिन Λ हाइपरन्यूक्लि के विपरीत, बड़े हाइपरन्यूक्लि में धनावेशित Λ होता हैc कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण संबंधित Λ हाइपरन्यूक्लि की तुलना में कम स्थिर होगा।[53] Λ के बीच द्रव्यमान अंतरc और यह {{physics particle|Σ|TR=+|BR=c}हाइपरन्यूक्लि में होने के लिए इन बेरोनों के प्रशंसनीय मिश्रण के लिए } बहुत बड़ा है।[54] सम्मोहक हाइपरन्यूक्लिओ के कमजोर क्षय में साधारण हाइपरन्यूक्लिओ की तुलना में मजबूत विशेष सापेक्षता सुधार होते हैं, क्योंकि क्षय प्रक्रिया में जारी ऊर्जा Λ बेरोन के द्रव्यमान के बराबर होती है।[55]


यह भी देखें

  • स्ट्रेंजलेट, पदार्थ का एक काल्पनिक रूप जिसमें विचित्र क्वार्क भी होते हैं

टिप्पणियाँ

  1. ↑ Isospin (I), a number describing the up and down quark content of the system, is preserved in the strong interaction. Since the isospin of a pion is 1, the Λ baryon (I = 0) must become a Σ (I = 1) upon emitting a pion.[14]
  2. ↑ The initial proton and Ξ– have respective masses of approximately 938.3 and 1321.7 MeV, while the outgoing Λ's are each about 1115.7 MeV;[31] the energy that is released is equal to the amount of mass that is lost (times c2).
  3. ↑ The subscript c in the symbols for charmed baryons indicate that a strange quark in a hyperon is replaced with a charm quark; the superscript, if present, still represents the total charge of the baryon.


संदर्भ

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  2. ↑ Danysz, M.; Pniewski, J. (March 1953). "Delayed disintegration of a heavy nuclear fragment: I". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 44 (350): 348–350. doi:10.1080/14786440308520318.
  3. ↑ Gal et al. 2016, p. 4.
  4. ↑ Tolos & Fabbietti 2020, p. 29.
  5. ↑ Tolos & Fabbietti 2020, pp. 53–54.
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 Feliciello, A; Nagae, T (1 September 2015). "Experimental review of hypernuclear physics: recent achievements and future perspectives". Reports on Progress in Physics. 78 (9): 096301. Bibcode:2015RPPh...78i6301F. doi:10.1088/0034-4885/78/9/096301. PMID 26317857. S2CID 25818699.
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