एस्ट्रोपार्टिकल भौतिकी

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एस्ट्रोपार्टिकल भौतिकी, जिसे कण [[खगोल भौतिकी]] भी कहा जाता है, कण भौतिकी की एक शाखा है जो खगोलीय मूल के प्राथमिक कणों और खगोल भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान से उनके संबंध का अध्ययन करती है। यह कण भौतिकी, खगोल विज्ञान, खगोल भौतिकी, कण डिटेक्टर, सापेक्षता के सिद्धांत, ठोस अवस्था भौतिकी और ब्रह्माण्ड विज्ञान के चौराहे पर उभर रहे अनुसंधान का एक अपेक्षाकृत नया क्षेत्र है। आंशिक रूप से न्यूट्रिनो दोलन की खोज से प्रेरित होकर, 2000 के दशक की शुरुआत से, सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक रूप से, इस क्षेत्र में तेजी से विकास हुआ है।

इतिहास

एस्ट्रोपार्टिकल भौतिकी का क्षेत्र ऑप्टिकल एस्ट्रोनॉमी से विकसित हुआ है। डिटेक्टर तकनीक के विकास के साथ अधिक परिपक्व खगोल भौतिकी आई, जिसमें यांत्रिकी, विद्युतगतिकी, ऊष्मप्रवैगिकी, प्लाज्मा भौतिकी, परमाणु भौतिकी, सापेक्षता और कण भौतिकी जैसे कई भौतिकी उपविषय शामिल थे। कण भौतिकविदों ने अंतरिक्ष में पाए जाने वाले तुलनीय ऊर्जा वाले कणों के उत्पादन में कठिनाई के कारण खगोल भौतिकी को आवश्यक पाया। उदाहरण के लिए, कॉस्मिक किरण स्पेक्ट्रम में 10 से अधिक ऊर्जा वाले कण होते हैं²⁰ इलेक्ट्रॉन वोल्ट , जहां ~10 की ऊर्जा पर लार्ज हैड्रान कोलाइडर में एक प्रोटॉन-प्रोटॉन टक्कर होती है¹² ईवी.

कहा जा सकता है कि यह क्षेत्र 1910 में शुरू हुआ था, जब थिओडोर वुल्फ नाम के एक जर्मन भौतिक विज्ञानी ने एफिल टॉवर के नीचे और ऊपर हवा में गामा विकिरण के एक संकेतक, आयनीकरण को मापा था। उन्होंने पाया कि यदि इस विकिरण के लिए केवल स्थलीय स्रोतों को जिम्मेदार ठहराया जाता है तो अपेक्षा से कहीं अधिक आयनीकरण शीर्ष पर था। ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी विक्टर फ्रांसिस हेस ने परिकल्पना की थी कि कुछ आयनीकरण आकाश से विकिरण के कारण हुआ था। इस परिकल्पना का बचाव करने के लिए, हेस ने उच्च ऊंचाई पर संचालन करने में सक्षम उपकरणों को डिजाइन किया और 5.3 किमी की ऊंचाई तक आयनीकरण पर अवलोकन किया। 1911 से 1913 तक, हेस ने आयनीकरण स्तरों को सावधानीपूर्वक मापने के लिए दस उड़ानें भरीं। पूर्व गणनाओं के माध्यम से, यदि स्थलीय स्रोत विकिरण का एकमात्र कारण थे, तो उन्हें 500 मीटर की ऊंचाई से ऊपर कोई आयनीकरण होने की उम्मीद नहीं थी। हालांकि, उनके मापन से पता चला कि यद्यपि आयनीकरण का स्तर शुरू में ऊंचाई के साथ कम हो गया था, लेकिन वे किसी बिंदु पर तेजी से बढ़ने लगे। अपनी उड़ानों के चरम पर, उन्होंने पाया कि आयनीकरण का स्तर सतह की तुलना में बहुत अधिक था। हेस तब यह निष्कर्ष निकालने में सक्षम थे कि बहुत उच्च मर्मज्ञ शक्ति का विकिरण ऊपर से हमारे वायुमंडल में प्रवेश करता है। इसके अलावा, हेस की उड़ानों में से एक सूर्य के लगभग पूर्ण ग्रहण के दौरान थी। चूंकि उन्होंने आयनीकरण स्तरों में गिरावट नहीं देखी, हेस ने तर्क दिया कि स्रोत को अंतरिक्ष में और दूर होना चाहिए। इस खोज के लिए, हेस उन लोगों में से एक थे जिन्हें 1936 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। 1925 में, रॉबर्ट मिलिकन ने हेस के निष्कर्षों की पुष्टि की और बाद में 'ब्रह्मांडीय किरणें' शब्द गढ़ा। एस्ट्रोपार्टिकल भौतिकी के क्षेत्र की उत्पत्ति के बारे में जानकार कई भौतिक विज्ञानी हेस द्वारा ब्रह्मांडीय किरणों की इस 'खोज' को क्षेत्र के शुरुआती बिंदु के रूप में श्रेय देना पसंद करते हैं।

शोध के विषय

हालांकि एस्ट्रोपार्टिकल भौतिकी के क्षेत्र के एक मानक 'पाठ्यपुस्तक' विवरण पर निर्णय लेना मुश्किल हो सकता है, क्षेत्र को अनुसंधान के विषयों द्वारा चित्रित किया जा सकता है जो सक्रिय रूप से अपनाए जा रहे हैं। जर्नल एस्ट्रोपार्टिकल फिजिक्स (जर्नल) उन पेपरों को स्वीकार करता है जो निम्नलिखित क्षेत्रों में नए विकास पर केंद्रित हैं:

• उच्च-ऊर्जा कॉस्मिक-रे भौतिकी और खगोल भौतिकी;
• कण ब्रह्मांड विज्ञान;
• कण खगोल भौतिकी;
• संबंधित खगोल भौतिकी: सुपरनोवा, सक्रिय गांगेय नाभिक, ब्रह्मांडीय प्रचुरता, गहरे द्रव्य आदि;
• उच्च-ऊर्जा, वीएचई और यूएचई गामा-रे खगोल विज्ञान;
• उच्च- और निम्न-ऊर्जा न्यूट्रिनो खगोल विज्ञान;
• उपर्युक्त क्षेत्रों से संबंधित यंत्रीकरण और संसूचक विकास।

खुले प्रश्न

क्षेत्र के भविष्य के लिए एक मुख्य कार्य केवल कार्य परिभाषाओं से परे खुद को पूरी तरह से परिभाषित करना और खुद को खगोल भौतिकी और अन्य संबंधित विषयों से स्पष्ट रूप से अलग करना है।

एस्ट्रोपार्टिकल भौतिकी के क्षेत्र की वर्तमान अनसुलझी समस्याओं में डार्क मैटर और काली ऊर्जा का लक्षण वर्णन शामिल है। 1930 के दशक में मिल्की वे और अन्य आकाशगंगाओं में तारों के कक्षीय वेगों का अवलोकन, 1930 के दशक में वाल्टर बैड और फ़्रिट्ज़ ज़्विकी के साथ शुरू हुआ, साथ ही गांगेय समूहों में आकाशगंगाओं के देखे गए वेगों को ध्यान में रखते हुए दृश्यमान पदार्थ के ऊर्जा घनत्व से कहीं अधिक गति मिली। उनकी गतिशीलता। नब्बे के दशक की शुरुआत से कुछ उम्मीदवारों को लापता डार्क मैटर के कुछ हिस्सों को आंशिक रूप से समझाने के लिए पाया गया है, लेकिन वे पूर्ण स्पष्टीकरण देने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। एक त्वरित ब्रह्मांड की खोज से पता चलता है कि गायब डार्क मैटर का एक बड़ा हिस्सा एक गतिशील निर्वात में डार्क एनर्जी के रूप में संग्रहीत है। एस्ट्रोपार्टिकल भौतिकविदों के लिए एक और सवाल यह है कि आज ब्रह्मांड में एंटीमैटर की तुलना में इतना अधिक पदार्थ क्यों है। बैरियोजेनेसिस उन काल्पनिक प्रक्रियाओं के लिए शब्द है जो प्रारंभिक ब्रह्मांड में असमान संख्या में बेरोन और एंटीबार्यॉन का उत्पादन करते थे, यही कारण है कि ब्रह्मांड आज पदार्थ से बना है, न कि एंटीमैटर से।

प्रायोगिक सुविधाएं

इस क्षेत्र के तेजी से विकास ने नए प्रकार के बुनियादी ढांचे के डिजाइन को जन्म दिया है। भूमिगत प्रयोगशालाओं में या विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए टेलीस्कोप, एंटेना और उपग्रह प्रयोगों के साथ, एस्ट्रोपार्टिकल भौतिक विज्ञानी उच्चतम ऊर्जा पर न्यूट्रिनो, गामा किरणों और ब्रह्मांडीय किरणों सहित ब्रह्मांडीय कणों की एक विस्तृत श्रृंखला का निरीक्षण करने के लिए नई पहचान विधियों का उपयोग करते हैं। वे डार्क मैटर और गुरुत्वाकर्षण तरंगों की भी खोज कर रहे हैं। प्रायोगिक कण भौतिक विज्ञानी अपने स्थलीय त्वरक की तकनीक द्वारा सीमित हैं, जो प्रकृति में पाई जाने वाली ऊर्जा का केवल एक छोटा अंश उत्पन्न करने में सक्षम हैं।

एस्ट्रोपार्टिकल भौतिकी में शामिल सुविधाओं, प्रयोगों और प्रयोगशालाओं में शामिल हैं:

• बर्फ़ के छोटे टुकड़े (अंटार्कटिका)। दुनिया का सबसे लंबा कण डिटेक्टर, दिसंबर 2010 में पूरा हुआ था। डिटेक्टर का उद्देश्य उच्च ऊर्जा न्यूट्रिनो की जांच करना, डार्क मैटर की खोज करना, सुपरनोवा विस्फोटों का निरीक्षण करना और चुंबकीय मोनोपोल जैसे विदेशी कणों की खोज करना है।
• अंतरा (दूरबीन)। (टॉलन, फ्रांस)। फ़्रांस के टूलॉन तट के पास भूमध्य सागर के नीचे 2.5 किमी पर एक न्यूट्रिनो डिटेक्टर। दक्षिणी गोलार्ध की दिशा में न्यूट्रिनो फ्लक्स का पता लगाने और निरीक्षण करने के लिए डिज़ाइन किया गया।
• XENONnT, XENON1T का अपग्रेड, ग्रैन सैसो नेशनल लेबोरेटरीज में स्थित एक डार्क मैटर डायरेक्ट सर्च प्रयोग है और 10 के SI क्रॉस सेक्शन वाले WIMPs के प्रति संवेदनशील होगा।⁻⁴⁸ सेमी^{2</उप>।}
• बोरेक्सिनो, एक रीयल-टाइम डिटेक्टर, ग्रैन सासो नेशनल लेबोरेटरीज में स्थापित किया गया है, जिसे जैविक तरल सिंटिलेटर लक्ष्य के साथ सूर्य से न्यूट्रिनो का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
• पियरे ऑगर वेधशाला (मलारग्यू, अर्जेंटीना)। दो तकनीकों का उपयोग करके उच्च ऊर्जा ब्रह्मांडीय किरणों का पता लगाता है और जांच करता है। एक सतह डिटेक्टर टैंक में रखे पानी के साथ कणों की बातचीत का अध्ययन करना है। दूसरी तकनीक पृथ्वी के वायुमंडल में उच्च उत्सर्जित पराबैंगनी प्रकाश के अवलोकन के माध्यम से वायु वर्षा के विकास को ट्रैक करना है।
• CERN Axion सोलर टेलीस्कोप (CERN, स्विट्ज़रलैंड)। सूर्य से उत्पन्न अक्षों की खोज करता है।
• नेस्टर परियोजना (धन , यूनान )। अंतर्राष्ट्रीय सहयोग का लक्ष्य पाइलोस, ग्रीस के समुद्री तल पर एक न्यूट्रिनो टेलीस्कोप की तैनाती है।
• कामिओका वेधशाला एक न्यूट्रिनो और गुरुत्वाकर्षण तरंगों की प्रयोगशाला है जो जापान के गिफू प्रान्त में हिडा शहर के कामीओका खंड के पास मोज़ुमी खदान में भूमिगत स्थित है।
• Laboratori Nazionali del Gran Sasso एक ऐसी प्रयोगशाला है जो ऐसे प्रयोगों की मेजबानी करती है जिनके लिए कम शोर पृष्ठभूमि वाले वातावरण की आवश्यकता होती है। L'Aquila (इटली) के पास, Gran Sasso पर्वत के भीतर स्थित है। इसके प्रायोगिक हॉल 1400 मीटर चट्टान से ढके हैं, जो प्रयोगों को कॉस्मिक किरणों से बचाता है।
• स्नोलैब
• एस्पेरा यूरोपियन एस्ट्रोपार्टिकल नेटवर्क जुलाई 2006 में शुरू हुआ और एस्ट्रोपार्टिकल फिजिक्स में राष्ट्रीय अनुसंधान प्रयासों के समन्वय और वित्त पोषण के लिए जिम्मेदार है।
• टेलीस्कोप ऐरे प्रोजेक्ट (डेल्टा, यूटा) पश्चिम यूटा के रेगिस्तान में ग्राउंड ऐरे और फ्लोरेसेंस तकनीकों का उपयोग करके अल्ट्रा हाई एनर्जी कॉस्मिक किरणों (यूएचईसीआर) का पता लगाने के लिए एक प्रयोग।

यह भी देखें

• एस्ट्रोपार्टिकल भौतिकी (जर्नल)
• उर्का प्रक्रिया
• भौतिकी में अनसुलझी समस्याएं

संदर्भ

• Perkins, D.H. (2009). Particle Astrophysics (2nd ed.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-954546-9.

बाहरी संबंध

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