जब से 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में एंटीमैटर के अस्तित्व का प्रस्ताव दिया गया था, वैज्ञानिकों ने यह समझने की कोशिश की है कि सामान्य पदार्थ से कैसे संबंधित है, और ब्रह्मांड में दोनों के बीच एक स्पष्ट असंतुलन क्यों है। ऐसा करने के लिए, पिछले कुछ दशकों में कण भौतिकी अनुसंधान ने ब्रह्मांड में सबसे प्राथमिक और प्रचुर मात्रा में परमाणु के एंटी-पार्टिकल - एंटीहाइड्रोजन कण पर ध्यान केंद्रित किया है।
कुछ समय पहले तक, यह बहुत कठिन रहा है, क्योंकि वैज्ञानिक एंटीहाइड्रोजन का उत्पादन करने में सक्षम रहे हैं, लेकिन इसके नष्ट होने से पहले लंबे समय तक इसका अध्ययन करने में असमर्थ रहे हैं। लेकिन हाल ही में प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार प्रकृति ,का उपयोग कर एक टीम अल्फा प्रयोग एंटीहाइड्रोजन पर पहली वर्णक्रमीय जानकारी प्राप्त करने में सक्षम था। यह उपलब्धि, जिसे बनने में 20 साल लगे थे, एंटीमैटर में अनुसंधान के एक बिल्कुल नए युग की शुरुआत कर सकती है।
यह मापना कि तत्व कैसे प्रकाश को अवशोषित या उत्सर्जित करते हैं - यानी स्पेक्ट्रोस्कोपी - भौतिकी, रसायन विज्ञान और खगोल विज्ञान का एक प्रमुख पहलू है। यह न केवल वैज्ञानिकों को परमाणुओं और अणुओं को चिह्नित करने की अनुमति देता है, यह खगोल भौतिकीविदों को उनके द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के स्पेक्ट्रम का विश्लेषण करके दूर के सितारों की संरचना का निर्धारण करने की अनुमति देता है।
अल्फा प्रयोग जांच करता है कि क्या एंटीहाइड्रोजन स्पेक्ट्रम को उच्च-परिशुद्धता के साथ मापकर, मानक मॉडल की मजबूती का परीक्षण करके पदार्थ एंटीमैटर से अलग व्यवहार करता है। श्रेय: मैक्सिमिलियन ब्राइस/सर्न
अतीत में, हाइड्रोजन के स्पेक्ट्रम में कई अध्ययन किए गए हैं, जो ब्रह्मांड में सभी बेरियोनिक द्रव्यमान का लगभग 75% है। इन्होंने पदार्थ, ऊर्जा और कई वैज्ञानिक विषयों के विकास की हमारी समझ में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। लेकिन कुछ समय पहले तक, इसके एंटी-पार्टिकल के स्पेक्ट्रम का अध्ययन करना अविश्वसनीय रूप से कठिन रहा है।
शुरुआत के लिए, यह आवश्यक है कि एंटीहाइड्रोजन - एंटीप्रोटोन और पॉज़िट्रॉन (एंटी-इलेक्ट्रॉन) बनाने वाले कणों को पकड़ा और ठंडा किया जाए ताकि वे एक साथ आ सकें। इसके अलावा, इन कणों को उनके व्यवहार का निरीक्षण करने के लिए लंबे समय तक बनाए रखना आवश्यक है, इससे पहले कि वे अनिवार्य रूप से सामान्य पदार्थ से संपर्क करें और नष्ट हो जाएं।
सौभाग्य से, प्रौद्योगिकी पिछले कुछ दशकों में उस बिंदु तक आगे बढ़ी है जहां अब एंटीमैटर में अनुसंधान संभव है, इस प्रकार वैज्ञानिकों को यह पता लगाने का अवसर मिलता है कि क्या एंटीमैटर के पीछे की भौतिकी मानक मॉडल के अनुरूप है या इससे आगे जाती है। सीईआरएन शोध दल के रूप में - जिसका नेतृत्व लिवरपूल विश्वविद्यालय में भौतिकी विभाग के डॉ अहमदी ने किया था - ने अपने अध्ययन में संकेत दिया:
'मानक मॉडल भविष्यवाणी करता है कि बिग बैंग के बाद आदिम ब्रह्मांड में समान मात्रा में पदार्थ और एंटीमैटर होना चाहिए था, लेकिन आज के ब्रह्मांड में लगभग पूरी तरह से सामान्य पदार्थ शामिल हैं। यह भौतिकविदों को एंटीमैटर का सावधानीपूर्वक अध्ययन करने के लिए प्रेरित करता है, यह देखने के लिए कि क्या भौतिकी के नियमों में एक छोटी सी विषमता है जो दो प्रकार के पदार्थों को नियंत्रित करती है।'
अल्फा एंटीहाइड्रोजन के तटस्थ परमाणुओं को पकड़ने के लिए एक चुंबकीय जाल का उपयोग करता है और फिर उन्हें स्पेक्ट्रोग्राफिक विश्लेषण के अधीन करता है। श्रेय: सर्न
1996 से शुरू होकर, यह शोध का उपयोग करके आयोजित किया गया था एंटीहाइड्रोजन उपकरण (एथेना) प्रयोग, का एक हिस्सा सर्न एंटीप्रोटॉन डिसेलेरेटर सुविधा . यह प्रयोग एंटीप्रोटोन और पॉज़िट्रॉन को पकड़ने के लिए ज़िम्मेदार था, फिर उन्हें उस बिंदु तक ठंडा कर दिया जहां वे एनिहाइड्रोजन बनाने के लिए गठबंधन कर सकते थे। 2005 से, यह कार्य एथेना के उत्तराधिकारी, अल्फा प्रयोग की जिम्मेदारी बन गया है।
अद्यतन उपकरणों का उपयोग करते हुए, अल्फा तटस्थ एंटीहाइड्रोजन के परमाणुओं को पकड़ता है और उन्हें अनिवार्य रूप से नष्ट करने से पहले उन्हें लंबी अवधि के लिए रखता है इस समय के दौरान, अनुसंधान दल अल्फा के पराबैंगनी लेजर का उपयोग करके स्पेक्ट्रोग्राफिक विश्लेषण करते हैं ताकि यह देखा जा सके कि परमाणु हाइड्रोजन परमाणुओं के समान कानूनों का पालन करते हैं या नहीं। जैसा कि अल्फा सहयोग के प्रवक्ता जेफरी हैंगस्ट ने एक में समझाया सर्न अपडेट :
'एंटीहाइड्रोजन में एक संक्रमण का निरीक्षण करने के लिए एक लेजर का उपयोग करना और यह देखने के लिए हाइड्रोजन से तुलना करना कि क्या वे भौतिकी के समान नियमों का पालन करते हैं, हमेशा एंटीमैटर अनुसंधान का एक प्रमुख लक्ष्य रहा है ... एंटीप्रोटोन या पॉज़िट्रॉन को स्थानांतरित करना और फँसाना आसान है क्योंकि वे चार्ज कण हैं। लेकिन जब आप दोनों को मिलाते हैं तो आपको न्यूट्रल एंटीहाइड्रोजन मिलता है, जिसे फंसाना कहीं अधिक कठिन होता है, इसलिए हमने एक बहुत ही विशेष चुंबकीय जाल तैयार किया है जो इस तथ्य पर निर्भर करता है कि एंटीहाइड्रोजन थोड़ा चुंबकीय है। ”
ऐसा करने में, शोध दल प्रकाश की आवृत्ति को मापने में सक्षम था जो पॉज़िट्रॉन को अपने निम्नतम ऊर्जा स्तर से अगले तक संक्रमण करने के लिए आवश्यक था। उन्होंने जो पाया वह यह था कि (प्रयोगात्मक सीमाओं के भीतर) एंटीहाइड्रोजन वर्णक्रमीय डेटा और हाइड्रोजन के बीच कोई अंतर नहीं था। ये परिणाम पहले एक प्रयोगात्मक हैं, क्योंकि वे एंटीहाइड्रोजन परमाणु से बने पहले वर्णक्रमीय अवलोकन हैं।
पहली बार पदार्थ और एंटीमैटर के बीच तुलना की अनुमति देने के अलावा, इन परिणामों से पता चलता है कि एंटीमैटर का व्यवहार - इसकी स्पेक्ट्रोग्राफिक विशेषताओं की तुलना में - मानक मॉडल के अनुरूप है। विशेष रूप से, वे चार्ज-पैरिटी-टाइम (सीपीटी) समरूपता के रूप में जाने जाते हैं।
यह समरूपता सिद्धांत, जो स्थापित भौतिकी के लिए मौलिक है, भविष्यवाणी करता है कि पदार्थ और एंटीमैटर में ऊर्जा का स्तर समान होगा। जैसा कि टीम ने अपने अध्ययन में बताया:
'हमने एंटीमैटर के परमाणु पर पहला लेजर-स्पेक्ट्रोस्कोपिक मापन किया है। यह लंबे समय से कम-ऊर्जा एंटीमैटर भौतिकी में एक मांग वाली उपलब्धि रही है। यह एक एंटी-एटम के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम का उपयोग करके प्रूफ-ऑफ-सैद्धांतिक प्रयोगों से गंभीर मेट्रोलॉजी और सटीक सीपीटी तुलनाओं के लिए एक महत्वपूर्ण मोड़ का प्रतीक है। वर्तमान परिणाम ... प्रदर्शित करता है कि एडी में एंटीमैटर के साथ मौलिक समरूपता के परीक्षण तेजी से परिपक्व हो रहे हैं।'
दूसरे शब्दों में, इस बात की पुष्टि कि पदार्थ और एंटीमैटर में समान वर्णक्रमीय विशेषताएं हैं, एक और संकेत है कि मानक मॉडल कायम है - जैसा कि 2012 में हिग्स बोसोन की खोज ने किया था। इसने एंटीमैटर कणों को फंसाने में अल्फा प्रयोग की प्रभावशीलता का भी प्रदर्शन किया, जिससे अन्य एंटीहाइड्रोजन प्रयोगों को लाभ होगा।
स्वाभाविक रूप से, सर्न के शोधकर्ता इस खोज से बहुत उत्साहित थे, और इसके व्यापक प्रभाव होने की उम्मीद है। मानक मॉडल के परीक्षण के एक नए साधन की पेशकश के अलावा, वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद करने की दिशा में एक लंबा रास्ता तय करने की भी उम्मीद है कि ब्रह्मांड में पदार्थ-एंटीमैटर असंतुलन क्यों है। फिर भी यह पता लगाने में एक और महत्वपूर्ण कदम है कि ब्रह्मांड जैसा कि हम जानते हैं कि यह कैसे हुआ।
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