हाइपरन्यूक्लियस

हाइपरन्यूक्लियस पारंपरिक परमाणु नाभिक के समान होता है, लेकिन इसमें सामान्य प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अतिरिक्त कम से कम हाइपरॉन होता है। हाइपरॉन्स बैरियन कणों की श्रेणी है जो गैर-शून्य विलक्षणता क्वांटम संख्या को ले जाती है, जो कि प्रबल और विद्युत चुम्बकीय परस्पर क्रिया द्वारा संरक्षित है।

विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाएं नाभिक में या एक से अधिक इकाइयों की विलक्षणता को संचय करने की सुविधा देती हैं। सबसे हल्का हाइपरॉन, लैम्ब्डा बेरोन (Λ) युक्त हाइपेरानी नाभिक, सामान्य नाभिक की तुलना में अधिक दृढ बद्ध होते हैं, हालांकि वे लगभग 200 पीएस के औसत जीवनकाल के साथ प्रभावहीन बल के माध्यम से क्षय कर सकते हैं। सिग्मा (Σ) हाइपेरानी नाभिक की मांग की गई है, क्योंकि इसमें xi बेरियन (Ξ) या दो Λ's वाले दोहरे-असामान्य नाभिक हैं।

नामकरण
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 संकेत के साथ कि परमाणु संख्या को हाइपरन्यूक्लियस के कुल आवेश के रूप में व्याख्या किया जाता है। आवेशित किए गए हाइपरॉन जैसे xi ऋणात्मक (Ξ−) के साथ-साथ प्रोटॉन भी सम्मिलित हैं। उदाहरण के लिए, हाइपरन्यूक्लियस में 8 प्रोटॉन, 7 न्यूट्रॉन और एक Λ (जिसमें कोई आवेश नहीं होता) होता है।

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। 1970 के दशक तक प्रयोग ब्रह्मांडीय किरणों का उपयोग करके पायस में उत्पादित हाइपेरानी नाभिक का अध्ययन करना जारी रखेंगे, और बाद में कण त्वरक से पिओन (π) और काओन (K) किरणपुंज का उपयोग करेंगे।

1980 के दशक से, पिओन और काओन किरणपुंज का उपयोग करने वाली अधिक कुशल उत्पादन विधियों ने परमाणु अनुसंधान के लिए यूरोपीय परिषद, ब्रुकहैवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला, कोसोवो की ऊर्जा निगम, DAφNE, और जेपीएआरसी सहित विभिन्न त्वरक सुविधाओं पर आगे की जांच की स्वीकृति दी है। 2010 के दशक में, एक विशाल आयन कोलाइडर प्रयोग और एसटीएआर प्रयोग जैसे भारी आयन प्रयोगों ने सबसे पहले क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा से हैड्रोनीकरण के माध्यम से बनने वाले प्रकाश हाइपेरानी नाभिक के उत्पादन और माप की स्वीकृति दी।

गुण
हाइपरन्यूक्लियर भौतिकी सामान्य नाभिक से भिन्न होती है क्योंकि हाइपरॉन चार न्यूक्लियॉन प्रचक्रण (भौतिकी) और समभारिक प्रचक्रण से भिन्न होता है। अर्थात्, एकल हाइपरॉन पाउली अपवर्जन सिद्धांत द्वारा प्रतिबंधित नहीं है, और निम्नतम ऊर्जा स्तर तक मंद हो सकता है। जैसे, हाइपेरानी नाभिक प्रायः सामान्य नाभिक की तुलना में छोटे और अधिक दृढ बद्ध होते हैं; उदाहरण के लिए, लिथियम हाइपरन्यूक्लियस सामान्य नाभिक से 19% 6 Li छोटा है।  हालाँकि, हाइपरॉन्स प्रभावहीन बल के माध्यम से क्षय कर सकते हैं; मुक्त Λ का औसत जीवनकाल है $1/2$, और Λ हाइपरन्यूक्लियस का आकार सामान्य रूप से आंशिक छोटा होता है।

गैर-अद्वितीय सामान्य नाभिक और असामान्य हाइपेरानी नाभिक दोनों के लिए सामान्यीकृत द्रव्यमान सूत्र विकसित किया गया है, जो Λ, ΛΛ, Σ, और Ξ हाइपरॉन (एस) वाले हाइपेरानी नाभिक के द्रव्यमान का अनुमान लगा सकता है। हाइपरन्यूक्लियर के लिए न्यूट्रॉन और प्रोटॉन ड्रिप लाइन की भविष्यवाणी की जाती है और सामान्य न्यूट्रॉन और प्रोटॉन ड्रिपलाइन से अधिक कुछ असामान्य हाइपेरानी नाभिक के अस्तित्व का सुझाव दिया जाता है। इस सामान्यीकृत द्रव्यमान सूत्र को बोटविना और पोचोडज़ल्ला द्वारा सामंता सूत्र का नाम दिया गया था और भारी-आयन संघट्‍टन में हाइपेरानी नाभिक की सापेक्ष उत्पादन की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग किया गया था।

Λ हाइपेरानी नाभिक
सबसे सरल, और सबसे अच्छी तरह से समझे जाने वाले, हाइपरन्यूक्लियस के प्रकार में केवल सबसे हल्का हाइपरॉन, Λ सम्मिलित है।

जबकि दो न्यूक्लियॉन आभासी कण पियोन द्वारा मध्यस्थता वाले परमाणु बल के माध्यम से परस्पर क्रिया कर सकते हैं, Λ एक पिओन उत्सर्जित करने पर Σ बैरियन बन जाता है इसलिए Λ-नाभिकीय अन्योन्यक्रिया केवल अधिक विशाल मेसॉनों जैसे कि η और ω मेसॉन, या दो या दो से अधिक मेसॉनों के साथ आदान-प्रदान के माध्यम से मध्यस्थ है। इसका तात्पर्य है कि Λ-न्यूक्लियॉन परस्पर क्रिया दुर्बल है और मानक परमाणु बल की तुलना में छोटी सीमा है, और न्यूक्लियस में Λ की विभव कूप न्यूक्लियॉन की तुलना में सामान्य है; हाइपेरानी नाभिक में, Λ विभव की गहनता लगभग 30 मेगावाट है। हालांकि, Λ-न्यूक्लियॉन अन्तः क्रिया में एक-पियन विनिमय हाइपेरानी नाभिक में Λ और Σ बेरिऑन के क्वांटम-यांत्रिक मिश्रण का कारण बनता है (जो मुक्त आकाश में नहीं होता है), विशेष रूप से न्यूट्रॉन-समृद्ध हाइपेरानी नाभिक में होता है। इसके अतिरिक्त, Λ और दो न्यूक्लियंस के बीच तीन-निकाय बल नाभिक में तीन-निकाय अंतःक्रिया से अधिक महत्वपूर्ण होने की अपेक्षा है, क्योंकि Λ आभासी Σ मध्यवर्ती के साथ दो पियोनों का विनिमय कर सकता है, जबकि न्यूक्लियंस में समतुल्य प्रक्रिया के लिए अपेक्षाकृत भारी डेल्टा बेरियन (Δ) मध्यवर्ती की आवश्यकता होती है।

सभी हाइपरॉन्स की तरह, Λ हाइपेरानी नाभिक दुर्बल अंतःक्रिया के माध्यम से क्षय कर सकता है, जो इसे हल्का बैरिऑन में बदल देता है और मेसन या लेप्टान-प्रति लेपटोन युग्म का उत्सर्जन करता है। मुक्त आकाश में, Λ सामान्य रूप से 263±2 पीएस के कुल आधे जीवन के साथ एक प्रोटॉन और एक π-मेसन, या एक न्यूट्रॉन और एक π0 में प्रभावहीन बल के माध्यम से क्षय होता है। हाइपरन्यूक्लियस में न्यूक्लियॉन Λ को प्रभावहीन बल के माध्यम से पिओन उत्सर्जित किए बिना क्षय का कारण बन सकता है; पिओन उत्सर्जक क्षय मोड के दमन के कारण यह प्रक्रिया भारी हाइपेरानी नाभिक में प्रभावी हो जाती है। हाइपरन्यूक्लियस में Λ का आधा जीवन अधिकतम कम होता है, जो ,के पास लगभग 215±14 पीएस तक स्थिर होता है, लेकिन कुछ अनुभवजन्य माप एक दूसरे से या सैद्धांतिक भविष्यवाणियों से अपेक्षाकृत अधिक सीमा तक असहमत होते हैं।

हाइपरट्रिटोन
सबसे सरल हाइपरन्यूक्लियस हाइपरट्रिटोन है, जिसमें प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और Λ हाइपरॉन होता है। इस प्रणाली में Λ अधिक शिथिलत: बद्ध है, जिसमें 130 किलोवाट की पृथक्करण ऊर्जा और 10.6 फेमटोमीटर की एक बड़ी त्रिज्या है, जबकि ड्यूटेरॉन के लिए यह लगभग 2.13 फेमटोमीटर है।

यह शिथिल बंधन जीवन-काल मुक्त Λ के समान होगा। हालाँकि, मापा गया हाइपरट्रिटन जीवनकाल सभी प्रयोगों में औसत रहा (लगभग $3/2$) सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक कम है, क्योंकि गैर-मेसोनिक क्षय मोड अपेक्षाकृत सामान्य होने की अपेक्षा है; कुछ प्रायोगिक परिणाम इस औसत से अपेक्षाकृत अधिक कम या अधिक लंबे हैं।

Σ हाइपेरानी नाभिक
Σ बेरोन युक्त हाइपेरानी नाभिक का अस्तित्व कम स्पष्ट है। 1980 के दशक के प्रारंभ में कई प्रयोगों ने Λ पृथक्करण ऊर्जा के ऊपर बाध्य हाइपरन्यूक्लियर अवस्थाओ की सूचना दी और माना कि उनमें से अल्प भारी Σ बेरोन है, लेकिन दशक के बाद के प्रयोगों ने ऐसे अवस्थाओ के अस्तित्व को अस्वीकृत कर दिया। विद्युतचुंबकीय बल द्वारा एक नाभिक से जुड़े Σ− वाले असामान्य परमाणुओं के परिणाम ने मध्यम आकार और बड़े हाइपरन्यूक्लिओ में शुद्ध प्रतिकारक Σ-न्यूक्लियॉन परस्पर क्रिया पायी है, जिसका अर्थ है कि इस तरह की द्रव्यमान सीमा में कोई Σ हाइपरन्यूक्लियर सम्मिलित नहीं है। हालांकि 1998 में एक प्रयोग ने निश्चित रूप से प्रकाश Σ हाइपरन्यूक्लियस देखा।

ΛΛ और Ξ हाइपेरानी नाभिक
दो Λ बेरिऑन युक्त हाइपरन्यूक्लि बनाए गए हैं। हालांकि, दो असामान्य क्वार्क होने के कारण इस तरह के हाइपरन्यूक्लिओ का उत्पादन करना बहुत कठिन होता है, और 2016 तक, केवल सात पदान्वेषी ΛΛ हाइपरन्यूक्लिओ देखे गए हैं। Λ-न्यूक्लियॉन पारस्परिक क्रिया की तरह, अनुभवजन्य और सैद्धांतिक मॉडल भविष्यवाणी करते हैं कि Λ-Λ पारस्परिक क्रिया कम आकर्षक है।

Ξ बेरिऑन युक्त हाइपरन्यूक्लिओ ज्ञात हैं। अनुभवजन्य अध्ययन और सैद्धांतिक मॉडल संकेत देते हैं कि Ξ––प्रोटॉन अन्योन्य क्रिया आकर्षक है, लेकिन Λ–न्यूक्लियॉन अन्योन्य क्रिया से दुर्बल है, Σ– और अन्य ऋणावेशित कणों की तरह, Ξ– भी एक विजातीय परमाणु बना सकता है। जब एक Ξ– एक विदेशी परमाणु या एक हाइपरन्यूक्लियस में बंधा होता है, तो यह एक प्रोटॉन के साथ एक असामान्य क्वार्क (स्ट्रेंज क्वार्क) का आदान-प्रदान करके एक ΛΛ हाइपरन्यूक्लियस या दो Λ हाइपरन्यूक्लिओ में शीघ्रता से क्षय हो जाता है, जो मुक्त आकाश में लगभग 29 मेगावाट ऊर्जा जारी करता है:
 * Ξ− + p → Λ + Λ

Ω हाइपेरानी नाभिक
2018 में लैटिस क्यूसीडी का उपयोग करके ओमेगा क्षेत्र (Ω) युक्त हाइपेरानी नाभिक की प्रागुक्त की गई थी; विशेष रूप से, प्रोटॉन-Ω और Ω-Ω डि-बैरियन (दो बेरिऑन युक्त बंध प्रणाली) के स्थिर होने की अपेक्षा है। 2022 तक, किसी भी परिस्थिति में ऐसा कोई हाइपेरानी नाभिक नहीं देखा गया है, लेकिन भारी-आयन संघट्‍टन में ऐसी सबसे हल्की प्रजाति का उत्पादन किया जा सकता है, और एसटीएआर प्रयोग द्वारा माप प्रोटॉन-Ω डि-बैरियन के अस्तित्व के अनुरूप हैं।

उच्च विलक्षणता के साथ हाइपेरानी नाभिक
चूंकि Λ विद्युत रूप से उदासीन है और इसकी परमाणु बल की परस्पर क्रिया आकर्षक है, इसलिए उच्च विलक्षणता और छोटे शुद्ध आवेश के साथ अव्यवस्थित रूप से बड़े हाइपेरानी नाभिक होने की प्रागुक्त की जाती है, जिसमें बिना न्यूक्लियंस वाली प्रजातियां सम्मिलित हैं। सामान्य नाभिक 62Ni के लिए 8.80 MeV/A की तुलना में बहु-असामान्य हाइपरन्यूक्लिओ में प्रति बैरियन परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा कुछ शर्तों के अंतर्गत 21 MeV/A तक पहुंच सकती है, इसके अतिरिक्त, Ξ बेरिऑन का निर्माण तेजी से ऊर्जावान रूप से अनुकूल होना चाहिए, इसके विपरीत जब कोई Λ नहीं है, क्योंकि पाउली अपवर्जन सिद्धांत के कारण न्यूक्लिऑन के साथ विलक्षणता का आदान-प्रदान असंभव होगा।

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

विलक्षणता विनिमय और उत्पादन
K− मेसन के उत्पादन की एक विधि एक असामान्य क्वार्क को एक न्यूक्लियॉन से बदल देती है और इसे एक Λ में बदल देती है:
 * p + K− → Λ + π0
 * n + K− → Λ + π−

हाइपरन्यूक्लियस के गठन के लिए अनुप्रस्थ परिच्छेद (भौतिकी) अधिकतम होता है जब काओन किरण-पुंज की गति लगभग 500 MeV/c होती है। इस व्यवस्थापन के कई रूप सम्मिलित हैं, जिनमें वे भी सम्मिलित हैं जहां आपतित केऑन को या तो नाभिक से संघट्टन से पहले स्थिर कर दिया जाता है।

दुर्लभ स्थितियों में, आने वाले K− प्रतिक्रिया के माध्यम से एक Ξ हाइपरन्यूक्लियस का उत्पादन कर सकते हैं:
 * p + K− → Ξ− + K+

समतुल्य विलक्षणता उत्पादन प्रतिक्रिया में π+ मेसन सम्मिलित होता है, जो न्यूट्रॉन के साथ प्रतिक्रिया करके इसे Λ में बदल देता है:
 * n + π+ → Λ + K+

इस प्रतिक्रिया का 1.05 GeV/c के किरणपुंज संवेग पर अधिकतम अनुप्रस्थ परिच्छेद है, और Λ हाइपेरानी नाभिक के लिए सबसे दक्ष उत्पादन मार्ग है, लेकिन इसके लिए विलक्षणता विनिमय विधियों की तुलना में बड़े लक्ष्यों की आवश्यकता होती है।

प्रत्यास्थ प्रकीर्णन
प्रोटॉन का इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णन इसे Λ में बदल सकता है और K+ उत्पन्न कर सकता है:
 * p + e− → Λ + e−′ + K+

जहां पहला प्रतीक प्रकीर्णन इलेक्ट्रॉन को दर्शाता है। इलेक्ट्रॉन किरणपुंज की ऊर्जा को पियोन या काओन किरणपुंज की तुलना में अधिक आसानी से समस्वरित किया जा सकता है, जिससे हाइपरन्यूक्लियर ऊर्जा स्तर को मापना और अंशशोधन करना आसान हो जाता है। प्रारंभ में सैद्धांतिक रूप से 1980 के दशक में प्रागुक्त की गई थी, इस पद्धति का पहली बार 2000 के दशक के प्रारंभ में प्रयोगात्मक रूप से उपयोग किया गया था।

हाइपरॉन प्रग्रहण
एक Ξ- बेरिऑन को एक नाभिक द्वारा प्रग्रहण कर लेने से एक Ξ- अद्वितीय परमाणु या हाइपरन्यूक्लियस बन सकता है। प्रग्रहण करने पर, यह ΛΛ हाइपरन्यूक्लियस या दो Λ हाइपरन्यूक्लिअस में बदल जाता है। दोष यह है कि Ξ− बेरिऑन को किरणपुंज में बदलना एकल असामान्य हैड्रोन की तुलना में कठिन है। हालांकि, 2020 में प्रारंभ हुआ जे-पीएआरसी का एक प्रयोग एक समान, गैर-किरणपुंज प्रतिस्थापन का उपयोग करके Ξ और ΛΛ हाइपरन्यूक्लि पर डेटा संकलित करेगा, जहां प्रकीर्णन Ξ- बेरिऑन एक पायस लक्ष्य पर निरंतर होते हैं।

काओनिक नाभिक
K– मेसन असामान्य परमाणु में नाभिक की परिक्रमा कर सकता है, जैसे कि काओनिक हाइड्रोजन में करता है। हालांकि K–-काओनिक हाइड्रोजन में प्रोटॉन प्रबल अन्योन्यक्रिया प्रतिकारक है, K–-न्यूक्लियस अन्तः क्रिया बड़ी प्रणालियों के लिए आकर्षक है, इसलिए यह मेसन हाइपरन्यूक्लियस से निकटता से जुड़ी दृढ़ता से परिबद्ध स्थिति में प्रवेश कर सकता है; विशेष रूप से, K–-प्रोटॉन-प्रोटॉन प्रणाली प्रयोगात्मक रूप से ज्ञात है और सामान्य नाभिक की तुलना में अधिक दृढ बद्ध हुई है।

चार्मित हाइपेरानी नाभिक
1977 से चार्मित क्वार्क वाले नाभिक की सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की गई है, और असामान्य क्वार्कों की संभावित अनुपस्थिति के होने के बाद भी चार्मित हाइपेरानी नाभिक के रूप में वर्णित हैं। विशेष रूप से, सबसे हल्का चार्मित बेरियन, Λc और Σc बेरियन, चार्मित हाइपेरानी नाभिक में बाध्य अवस्थाओं में सम्मिलित होने की भविष्यवाणी की जाती है, और उन प्रक्रियाओं के अनुरूप बनाई जा सकती है जो हाइपेरानी नाभिक बनाने के लिए उपयोग की जाती हैं। परमाणु पदार्थ में Λc विभव की गहनता 58 मेगावाट होने की भविष्यवाणी की गई है, लेकिन Λ हाइपेरानी नाभिक के विपरीत, बड़े हाइपेरानी नाभिक में धनावेशित Λc होता है कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण संबंधित Λ हाइपेरानी नाभिक की तुलना में कम स्थिर होगा। Λc और Σ+c के बीच का द्रव्यमान अंतर हाइपरन्यूक्लियर में होने के लिए इन बेरोनों के पर्याप्त मिश्रण के लिए बहुत बड़ा है। चार्मित हाइपरन्यूक्लिओ के दुर्बल क्षय में साधारण हाइपरन्यूक्लिओ की तुलना में प्रबल विशेष सापेक्षता सुधार होते हैं, क्योंकि क्षय प्रक्रिया में जारी ऊर्जा Λ बेरोन के द्रव्यमान के बराबर होती है।

यह भी देखें

 * स्ट्रेंजलेट (असामान्य), पदार्थ का काल्पनिक रूप जिसमें असामान्य क्वार्क भी होते हैं।