RSS

Daily Archives: ഫെബ്രുവരി 16, 2008

കണ-പ്രതികണ-നശീകരണം

(Matter-antimatter annihilation)

താരാപഥത്തിനു് ഒരു മറുപടി എന്ന എന്റെ പോസ്റ്റിലെ കമന്റുകളില്‍ matter-antimatter annihilation പരാമര്‍ശിക്കപ്പെട്ടിരുന്നു. അതിനൊരു ചെറിയ വിശദീകരണമാണിതു്.

ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ സമവാക്യപ്രകാരം ഒരു elementary particle-ന്റെ energy എന്നതു്:
E² = m²c*4 + p²c² ആണു്. (c*4 എന്നതു്, c raised to 4 എന്നു് വായിക്കുക)
(E = energy, m = mass, c= velocity of light, p = impulse)

ഈ സമവാക്യത്തില്‍ impulse പൂജ്യം ആകുന്ന അവസ്ഥയില്‍, p²c² = 0 ആവുന്നതിനാല്‍, ഈ സമവാക്യം E²=m²c*4 ആയി ചുരുങ്ങും. ഇതിനെ വീണ്ടും രണ്ടുവശത്തും വര്‍ഗ്ഗമൂലമായി ചുരുക്കുന്നതാണു് E = mc² എന്ന ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ പ്രസിദ്ധമായ സമവാക്യം. പക്ഷേ ഇവിടെ ഒരു പ്രശ്നമുണ്ടു്. 2 x 2 മാത്രമല്ല, (-2)x(-2) എന്നതിന്റെയും ഫലം 4 തന്നെയാണു്. അതായതു്, 2² = 4; (-2)² = 4. സാധാരണ ജീവിതത്തിലെ പ്രതിഭാസങ്ങളില്‍ ഈ രണ്ടാമത്തെ സാദ്ധ്യതയെ ‘അര്‍ത്ഥശൂന്യം’ എന്നു് അവഗണിച്ചു്, നമുക്കു് വേണ്ടതായ ആദ്യത്തേതിനെ സ്വീകരിക്കുകയാണു് പതിവു്.

elementary particles-ന്റെ ലോകത്തിലെ മാനദണ്ഡം മറ്റൊന്നായതിനാല്‍, E = mc² മാത്രമല്ല, E = (-mc²) എന്നതും അവിടെ അര്‍ത്ഥപൂര്‍ണ്ണമാണു്. 1933-ല്‍ Erwin Schroedinger-നോടൊപ്പം ഫിസിക്‍സില്‍ നോബല്‍ പ്രൈസ്‌ പങ്കുവച്ച Paul Dirac ഈ രണ്ടാമത്തെ സാദ്ധ്യതയെ തള്ളിക്കളയാതെ, അതേപറ്റി ചിന്തിക്കാന്‍ തയ്യാറായി. റിലേറ്റിവിറ്റിയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിലെ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സില്‍ രണ്ടു് energy level ഉണ്ടു്. ഒന്നു്, positive ആയ mc² മറ്റൊന്നു്, negative ആയ, അഥവാ -mc². എന്താണിതിന്റെ അര്‍ത്ഥം? ഏറ്റവും ‘കൂടിയ’ negative energy level പോലും ഏറ്റവും ‘കുറഞ്ഞ’ positive energy level-നെക്കാള്‍ കുറഞ്ഞതാണെന്നിരിക്കെ, എന്തുകൊണ്ടു് പ്രപഞ്ചത്തിലെ electrons മുഴുവന്‍ ഈ താഴ്‌ന്ന ലെവലിലേക്കു് വീണു് മറയുന്നില്ല?

Dirac-ന്റെ അഭിപ്രായത്തില്‍, അതു് സംഭവിക്കാത്തതിന്റെ കാരണം, ഈ negative energy levels occupied ആയതിനാലാണു്. നമ്മള്‍ ‘ശൂന്യത’ എന്നു് പറയുന്ന ഇടം അതുപോലുള്ള antiparticles-ന്റെ ഒരു സമുദ്രമാണു്. ഈ particles-നു് വേണ്ടത്ര energy നല്‍കാന്‍ കഴിഞ്ഞാല്‍, അവ real particles ആയി പ്രത്യക്ഷപ്പെടും. (-mc²)-നെ (+mc²) ആക്കാന്‍, (2mc²) energy ആവശ്യമാണു്. ഒരു electron-ന്റെ കാര്യത്തില്‍ ഏകദേശം ഒരു MeV (= 1 Million electron Volt). ഇങ്ങനെ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന electron പക്ഷേ, negative energy-യുടെ ലോകത്തില്‍ ഒരു ‘വിടവു്’ ഉപേക്ഷിക്കുന്നു. ഈ വിടവു്, തത്വത്തില്‍, ഒരു positively charged particle-നു് തുല്യമാണു്. electron-ന്റെ antiparticle ആണു് positron. (ഈ hypothesis രൂപീകരിക്കുന്ന സമയത്തു് positron കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടിട്ടില്ലാതിരുന്നതിനാല്‍, Dirac അതു് proton ആയിരിക്കാമെന്ന തെറ്റായ നിഗമനം പുലര്‍ത്തിയിരുന്നു!)

ഈവിധം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന പുതിയ particles അവയുടെ antiparticles-നെ ‘കണ്ടുമുട്ടുമ്പോള്‍’ സ്വന്തം രൂപീകരണത്തിനു് വേണ്ടിവന്ന energy (= 2mc²)സ്വതന്ത്രമാക്കിക്കൊണ്ടു് അവയോടു് കൂടിച്ചേര്‍ന്നു് അപ്രത്യക്ഷമാവുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയാണു് matter-antimatter annihilation എന്നറിയപ്പെടുന്നതു്.

 
 

മുദ്രകള്‍: , ,