काओन

अन्य प्रयोगों के लिए, कान (बहुविकल्पी) देखें।

काओन के साथ भ्रमित नहीं होना।कण भौतिकी में, काओन (/keɪ.ɒn/), जिसे K मेसन भी कहा जाता है और K को चिह्नित किया जाता है, चार मेसन के समूह में से कोई भी होता है जिसे विलक्षणता (कण भौतिकी) नामक क्वांटम संख्या से अलग किया जाता है। क्वार्क मॉडल में उन्हें एक स्ट्रेंज क्वार्क (असामान्य क्वार्क) या प्रतिक्वार्क और एक ऊपर या नीचे प्रतिक्वार्क (या क्वार्क) की बाध्य अवस्थाओं के रूप में समझा जाता है।

1947 में ब्रह्मांडीय किरणों में उनकी खोज के बाद से काओन मूलभूत अंतःक्रियाओं की प्रकृति पर जानकारी का एक प्रचुर स्रोत प्रमाणित हुए हैं। वे कण भौतिकी के मानक मॉडल की नींव स्थापित करने में आवश्यक थे, जैसे हैड्रॉन का क्वार्क मॉडल और क्वार्क मिश्रण का सिद्धांत (उत्तरार्द्ध को 2008 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार द्वारा स्वीकार किया गया था) है। मौलिक संरक्षण नियम (भौतिकी) की हमारी समझ में काओन ने एक विशिष्ट भूमिका निभाई है: आवेश संयुग्मन समरूपता, ब्रह्मांड के देखे गए पदार्थ-प्रतिपदार्थ विषमता को उत्पन्न करने वाली एक घटना, 1964 में काओन प्रणाली में (जिसे 1980 में नोबेल पुरस्कार द्वारा स्वीकार किया गया था) खोजी गई थी। इसके अतिरिक्त, परमाणु अनुसंधान के लिए यूरोपीय परिषद में NA48 प्रयोग और फर्मी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला में केटीवी प्रयोग द्वारा 2000 के दशक के प्रारंभ में काओन क्षय में प्रत्यक्ष आवेश संयुग्मन समरूपता की खोज की गई थी।

मूल गुण
चार काओन हैं:
 * , ऋणात्मक आवेशित (एक स्ट्रेंज क्वार्क एक अप क्वार्क युक्त) का द्रव्यमान $493.677 MeV/c2$ और औसत जीवनकाल $497.611 MeV/c2$ है।
 * 1) (उपर्युक्त का प्रतिकण) धनात्मक आवेशित रूप से आवेशित (एक अप क्वार्क और एक स्ट्रेंज क्वार्क युक्त) (सीपीटी व्युत्क्रम द्वारा) द्रव्यमान और जीवनकाल के बराबर होना चाहिए। प्रायोगिक रूप से, द्रव्यमान अंतर $1.238 s$, जो शून्य के अनुरूप है; जीवनकाल में अंतर $8.954 s$ है, जो शून्य के अनुरूप भी है।
 * , उदासीन रूप से आवेशित ( डाउन क्वार्क और एक असामान्य क्वार्क युक्त) में द्रव्यमान $5.116 s$ होता है। इसमें $1/2$ का औसत वर्गाकार त्रिज्या है।
 * , उदासीन रूप से आवेशित (ऊपर का प्रतिकण) (जिसमें एक असामान्य क्वार्क और डाउन क्वार्क होता है) का द्रव्यमान समान होता है।

जैसा कि क्वार्क मॉडल दिखाता है, समनुदेशन कि काओन समभारिक प्रचक्रण के दो द्विक बनाते हैं; अर्थात्, वे SU(2) के मौलिक प्रतिनिधित्व से संबंधित हैं जिसे 2 कहा जाता है। विलक्षणता के एक द्विक +1 मे और यह  में समाहित है। प्रति-कण अन्य युग्मक (विलक्षणता -1) का निर्माण करते हैं।

[*] लेख में उदासीन काओन पर नोट्स देखें मेसन्स की सूची, और उदासीन काओन मिश्रण, नीचे। [§]^ प्रबल ईजेनअवस्था कोई निश्चित जीवनकाल नहीं (देखें उदासीन काओन मिश्रण) है।

[†]^ दुर्बल ईजेनअवस्था स्वरूप में छोटा सीपी-उल्लंघन करने वाला शब्द नहीं है (उदासीन काओन मिश्रण देखें)।

[‡]^ और  का द्रव्यमान  के समान दिया गया है। हालांकि, यह ज्ञात है कि 3.5×10−6 eV/c2 के क्रम में  और  के द्रव्यमान के बीच एक अपेक्षाकृत सूक्ष्म अंतर सम्मिलित है।  हालांकि  और इसके प्रतिकण  सामान्य रूप से प्रबल बल के माध्यम से उत्पन्न होते हैं, वे दुर्बल बल का क्षय करते हैं। इस प्रकार, एक बार निर्मित होने के बाद दोनों को दो दुर्बल दुर्बल आइजेनअवस्थाओ के अध्यारोपण के रूप में अधिकतम माना जाता है, जिनके जीवन काल बहुत भिन्न होते हैं:


 * लंबे समय तक रहने वाले उदासीन काओन को ("K-दीर्घ") कहा जाता है, मुख्य रूप से तीन पायन में क्षय होता है, और इसका औसत जीवनकाल 5.18×10−8 सेकेंड होता है।
 * अल्पकालिक उदासीन काओन को (K-लघु), मुख्य रूप से दो पायन में क्षय होता है, और इसका औसत जीवनकाल होता है $1/2$ होता है।Quark structure antikaon.svg(नीचे उदासीन काओन मिश्रण की चर्चा देखें।)

1964 में किया गया एक प्रायोगिक अवलोकन कि K-lदीर्घ संभव्यता ही कभी दो पायन में क्षय होता है, आवेश संयुग्मन समरूपता की खोज थी (नीचे देखें)।

के लिए मुख्य क्षय मोड:
 * Quark structure neutral kaon.svg

के लिए क्षय मोड उपरोक्त वाले के आवेश संयुग्मी हैं।

समता उल्लंघन
आवेशित असामान्य मेसन के लिए दो अलग-अलग क्षय पाए गए:
 * {| border=0

पायन की आंतरिक समता P = -1 है, और समता एक गुणात्मक क्वांटम संख्या है। इसलिए, दो मौलिक अवस्थाओ में अलग-अलग ( क्रमशः P = +1 और P = -1,) समता है। यह सोचा गया था कि प्रारंभिक अवस्थाओं में भी अलग-अलग समानताएँ होनी चाहिए, और इसलिए दो अलग-अलग कण होने चाहिए। हालांकि, तेजी से परिशुद्ध माप के साथ, द्रव्यमान और प्रत्येक के जीवन काल के बीच क्रमशः कोई अंतर नहीं पाया गया, यह दर्शाता है कि वे एक ही कण हैं। इसे τ-θ समस्या के रूप में जाना जाता था। दुर्बल अंतःक्रियाओं में समता उल्लंघन की खोज से ही इसे संशोधित किया गया था। चूंकि दुर्बल अंतःक्रियाओं के माध्यम से मेसॉन का क्षय होता है, समता संरक्षित नहीं होती है, और दो क्षय वास्तव में एक ही कण के क्षय होते हैं, जिसे अब कहा जाता है।
 * - style="height: 2em;"
 * - style="height: 2em;"
 * }
 * }
 * }

इतिहास
"आंतरिक क्वांटम संख्या विलक्षणता के साथ हैड्रोन की खोज कण भौतिकी में एक सबसे रोमांचक युग के प्रारंभ को चिह्नित करती है, जो अब भी, पचास साल बाद भी, अभी तक इसका निष्कर्ष नहीं निकला है ... और बड़े प्रयोगों ने विकास को संचालित किया है, और वह प्रमुख खोजें अप्रत्याशित रूप से या सिद्धांतकारों द्वारा व्यक्त की गई अपेक्षाओं के विरुद्ध भी हुईं। — बिगी और सांडा (2016)"काल्पनिक परमाणु मेसन की खोज करते समय, लुई लेप्रिन्स-रिंगुएट को 1944 में धनात्मक रूप से आवेशित भारी कण के अस्तित्व का प्रमाण मिला।

1947 में, जी.डी. रोचेस्टर और सी.सी. मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के बटलर ने ब्रह्मांडीय किरण-प्रेरित घटनाओं की दो अभ्रकोष्ठ तस्वीरें प्रकाशित कीं, जिनमें से एक में दिखाया गया है कि एक उदासीन कण दो आवेशित पायन में क्षय हो रहा है, और एक आवेशित कण एक आवेशित पियॉन में क्षय हो रहा है और कुछ उदासीन दिखाई दे रहा है। नए कणों का अनुमानित द्रव्यमान बहुत स्थूल होता था, प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग आधा होता है। इन V-कणों के और उदाहरण आने में मंद थे।

1949 में, सीएफ पॉवेल के ब्रिस्टल समूह में एक शोध छात्र रोज़मेरी ब्राउन (बाद में रोज़मेरी फाउलर) ने अपने 'K' पदांक को बहुत समान द्रव्यमान के एक कण द्वारा बनाया गया था जो तीन पियोनों में क्षय हो गया था। इसके कारण तथाकथित 'टाऊ-थीटा' समस्या उत्पन्न हुई: जो समान कण प्रतीत होते थे (अब ) दो अलग-अलग तरीकों से क्षय हो गया, थीटा से दो पायन (समता +1) टाऊ से तीन पायन (समता −1) है। इस समस्या का हल यह निकला कि दुर्बल अंतःक्रिया समता का उल्लंघन करती है।

पहली सफलता कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान में प्राप्त की गई, जहां अधिक ब्रह्मांडीय किरणों के संपर्क के लिए माउंट विल्सन (कैलिफोर्निया) में एक अभ्र-कोष्ठ लिया गया था। 1950 में, 30 आवेशित और 4 उदासीन V-कण प्रकाशित किए गए थे। इससे प्रेरित होकर, अगले कई वर्षों में पर्वत के शीर्ष पर कई प्रेक्षण किए गए, और 1953 तक निम्नलिखित शब्दावली का उपयोग किया जा रहा था: L मेसन या तो म्यूऑन या आवेशित पायन के लिए;  मेसन का तात्पर्य पायन और न्यूक्लियॉन के बीच द्रव्यमान में मध्यवर्ती कण था।

लेप्रिन्स-रिंकेट ने स्टिल-यूज्ड शब्द हाइपरॉन को न्यूक्लियॉन से भारी किसी भी कण के अर्थ के लिए निर्मित किया। और लेप्रिन्स-रिंगुएट कण K$493.677 MeV$ मेसन निकला।

क्षय अत्यंत धीमी गति से हुआ; विशिष्ट जीवनकाल 10−10 सेकंड के क्रम के होते हैं। हालांकि, पिओन-प्रोटॉन प्रतिक्रियाओं में उत्पादन 10−23 एस के समय के पैमाने के साथ बहुत तेजी से आगे बढ़ता है। इस बेमेल की समस्या को अब्राहम पेस द्वारा हल किया गया था जिन्होंने "विचित्रता" नामक नई क्वांटम संख्या को अभिगृहीत किया था जिसे प्रबल अंतःक्रियाओं में संरक्षित किया जाता है लेकिन दुर्बल अंतःक्रियाओं द्वारा उल्लंघन किया जाता है। एक साथ एक असामान्य और एक प्रति-स्ट्रेंज कण के "संबद्ध उत्पादन" के कारण असामान्य कण प्रचुर मात्रा में दिखाई देते हैं। शीघ्र ही यह दिखाया गया कि यह गुणनात्मक क्वांटम संख्या नहीं हो सकती है, क्योंकि इससे ऐसी प्रतिक्रियाएँ होंगी जो नए सिंक्रोट्रॉन में कभी नहीं देखी गई थीं जिन्हें 1953 में ब्रुकहैवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला में और 1955 में लॉरेंस बर्कले प्रयोगशाला में आयुक्त किया गया था।

उदासीन मेसन दोलनों में आवेश संयुग्मन समरूपता
प्रारंभ में यह सोचा गया था कि हालांकि समानता (भौतिकी) का उल्लंघन किया गया था, सीपी (आवेश समता) समरूपता संरक्षित थी। आवेश संयुग्मन समरूपता की खोज को समझने के लिए, उदासीन काओन के मिश्रण को समझना आवश्यक है; इस घटना के लिए आवेश संयुग्मन समरूपता की आवश्यकता नहीं है, लेकिन यह वह संदर्भ है जिसमें आवेश संयुग्मन समरूपता पहली बार देखा गया था।

उदासीन काओन मिश्रण
चूंकि उदासीन काओं में विलक्षणता होती है, इसलिए वे अपने स्वयं के प्रतिकण नहीं हो सकते। तब दो अलग-अलग उदासीन काओन होने चाहिए, जो दो इकाइयों के विलक्षणता से भिन्न हों। तब प्रश्न यह था कि इन दोनों मेसनों की उपस्थिति को कैसे स्थापित किया जाए। समाधान ने उदासीन कण दोलन नामक एक घटना का उपयोग किया, जिसके द्वारा ये दो प्रकार के मेसॉन दुर्बल अंतःक्रियाओं के माध्यम से एक से दूसरे में बदल सकते हैं, जिससे वे पियॉन में क्षय (आसन्न आकृति देखें) हो जाते हैं।

इन दोलनों की सबसे पहले मुरैना गेल-मान और अब्राहम पेस ने मिलकर जांच की थी। उन्होंने विपरीत विलक्षणता वाले अवस्थाओ के आवेश संयुग्मन-अपरिवर्तनीय समय विकास पर विचार किया। आव्यूह संकेतन में कोई लिख सकता है
 * $$ \psi(t) = U(t)\psi(0) = {\rm e}^{iHt} \begin{pmatrix}a \\ b\end{pmatrix}, \qquad H =\begin{pmatrix}M & \Delta\\ \Delta & M\end{pmatrix} ,$$

जहां ψ प्रणाली की एक क्वांटम अवस्था है जो दो क्वांटम जो दो आधार अवस्थाओं में से प्रत्येक में होने के (जो समय t = 0 पर a और b हैं) आयाम द्वारा निर्दिष्ट है। हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) के विकर्ण तत्व (M) प्रबल अंतःक्रियात्मक भौतिकी के कारण होते हैं जो विलक्षणता का संरक्षण करते हैं। दो विकर्ण तत्वों को समान होना चाहिए, चूंकि दुर्बल अंतःक्रियाओं की अनुपस्थिति में कण और प्रतिकण का द्रव्यमान समान होता है। अप विकर्ण अवयव, जो विपरीत विलक्षणता वाले कणों को मिलाते हैं, दुर्बल अंतःक्रियाओं के कारण होते हैं; आवेश संयुग्मन समरूपता के लिए उन्हें वास्तविक होना आवश्यक है।

आव्यूह H के वास्तविक होने का परिणाम यह है कि दोअवस्थाओ की संभावनाएँ सदैव आगे और पीछे दोलन करती रहेंगी। हालांकि, यदि आव्यूह का कोई हिस्सा काल्पनिक था, जैसा कि आवेश संयुग्मन समरूपता द्वारा मना किया गया है, तो संयोजन का भाग समय के साथ कम हो जाएगा। ह्रासमान भाग या तो एक घटक (A) या दूसरा (B), या दोनों का मिश्रण हो सकता है।

मिश्रण
इस आव्यूह को विकर्ण करके ईजेनअवस्था प्राप्त किए जाते हैं। यह नए आइगेन वेक्टर देता है, जिसे हम K1 कह सकते हैं जो विपरीत विचित्रता की दो अवस्थाओं का अंतर है, और K2, जो योग है। दो विपरीत आइगेनमान ​​के साथ आवेश संयुग्मन के ईजेनअवस्था हैं; K1 में CP = +1 है, और K2 में CP = -1 है क्योंकि दो-पियन अंतिम अवस्था में भी CP = +1 है, केवल K1 ही इस तरह क्षय कर सकता है। K2 को तीन पायन में क्षय होना चाहिए।

K2 के द्रव्यमान के बाद से तीन पियोनों के द्रव्यमान के योग से आंशिक ही बड़ा है, यह क्षय बहुत धीमी गति से आगे बढ़ता है, K1 के क्षय से लगभग 600 गुना धीमा दो पायन में है। 1956 में लियोन लेडरमैन और उनके सहकर्मियों द्वारा क्षय के इन दो अलग-अलग तरीकों को देखा गया, उदासीन काओन के दो दुर्बल अंतःक्रियात्मक ईजेनअवस्था (दुर्बल बल के माध्यम से क्षय के अंतर्गत निश्चित औसत जीवनकाल वाले अवस्था) के अस्तित्व की स्थापना की।

इन दो दुर्बल आइजेनअवस्था को (K-दीर्घ, τ) और  (K-लघु, θ) कहा जाता है। सीपी समरूपता, जो उस समय ग्रहण की गई थी, जिसका तात्पर्य  = K1और  = K2 है।

प्रदोलन
मुख्य लेख: उदासीन कण दोलन

का आरंभिक शुद्ध पुँज प्रसार के दौरान अपने प्रतिकण में बदल जाएगा, जो वापस मूल कण और इसी तरह वापस आ जाएगा। इसे कण दोलन कहते हैं। दुर्बल क्षय को लेप्टान में देखने पर, यह पाया गया कि  हमेशा एक पॉज़िट्रॉन में क्षय होता है, जबकि प्रतिकण  इलेक्ट्रॉन में क्षय हो गया। पहले के विश्लेषण ने शुद्ध स्रोतों से इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन उत्पादन की दर  के बीच एक संबंध प्राप्त किया। और इसके प्रतिकण  इस सेमीलेप्टोनिक क्षय की समय निर्भरता के विश्लेषण ने दोलन की घटना को दिखाया  और के बीच बड़े पैमाने पर विभाजन के निष्कर्षण की स्वीकृति दी। चूंकि यह दुर्बल अंतःक्रियाओं के कारण है, यह बहुत छोटा है, प्रत्येक अवस्था के द्रव्यमान का 10−15होता है, अर्थात् $+$होता है।

पुनर्जनन
उदासीन काओन का एक किरणपुंज निर्धारित की गई दूरी में क्षय हो जाता है ताकि अल्पकालिक नष्ट हो जाता है, शुद्ध दीर्घजीवी  की किरण छोड़ता है। यदि इस किरणपुंज को पदार्थ में गणना की जाती है, तो  और इसके प्रतिकण  नाभिक के साथ अलग तरह से परस्पर क्रिया करते हैं। वह  न्यूक्लियंस के साथ अर्ध-नम्य प्रकीर्णन से गुजरता है, जबकि इसके प्रतिकण हाइपरॉन्स बना सकते हैं। दो घटकों की अलग-अलग परस्पर क्रियाओं के कारण, दो कणों के बीच क्वांटम सुसंगतता नष्ट हो जाती है। प्रदर्शित हुई किरणपुंज  और  में तब के विभिन्न रैखिक अधिस्थापन होते हैं ऐसा अध्यारोपण  और  मिश्रण है; पदार्थ के माध्यम से एक उदासीन काओन किरणपुंज पारित पारित करके पुन: उत्पन्न किया जाता है। लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला में ऑरेस्टे पिकिओनी और उनके सहयोगियों द्वारा पुनर्जनन देखा गया। इसके तुरंत बाद, रॉबर्ट अडायर और उनके सहकर्मियों ने अतिरिक्त  पुनर्जनन की सूचना दी, इस प्रकार इस इतिहास में एक नया अध्याय प्रारंभ हुआ।

आवेश संयुग्मन उल्लंघन
अड़ाइर के परिणामों को सत्यापित करने की कोशिश करते हुए, प्रिंसटन विश्वविद्यालय के जे. क्रिस्टेंसन, जेम्स क्रोनिन, वैल फिच और रेने टर्ले ने 1964 में ब्रुकहैवन प्रयोगशाला में अल्टरनेटिंग ग्रेडिएंट सिंक्रोट्रॉन में किए गए एक प्रयोग में के क्षय को दो पियोन (CP = +1) में पाया। जैसा कि पहले के एक खंड में बताया गया है, इसके लिए कल्पित प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं में आवेश संयुग्मन के अलग-अलग मूल्य होने चाहिए, और इसलिए तुरंत सीपी उल्लंघन का सुझाव दिया। गैर-रैखिक क्वांटम यांत्रिकी और एक नए अप्रमाणित कण (हाइपरफोटोन) जैसे वैकल्पिक स्पष्टीकरणों को जल्द ही स्वीकृत कर दिया गया, जिससे सीपी उल्लंघन की एकमात्र संभावना हो गई। इस खोज के लिए क्रोनिन और फिच को 1980 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार मिला।

यह पता चला है कि हालांकि और  दुर्बल अंतःक्रियात्मक हैं (क्योंकि उनके पास दुर्बल बल के माध्यम से क्षय के लिए निश्चित औसत जीवनकाल है), वे अधिकतम सीपी ईजेनअवस्था नहीं हैं। इसके अतिरिक्त, छोटे ε (और सामान्यीकरण तक) के लिए


 * = K2 + εK1
 * और इसी तरह के लिए इस प्रकार कभी-कभी, CP = +1 के साथ K 1 के रूप में क्षय होता है, और इसी प्रकार , CP = -1 के साथ क्षय हो सकता है। इसे  और इसके प्रतिकण के मिश्रण के कारण अप्रत्यक्ष सीपी उल्लंघन, आवेश संयुग्मन समता समरूपता के रूप में जाना जाता है। एक सीधा सीपी उल्लंघन प्रभाव भी है, जिसमें सीपी का उल्लंघन क्षय के समय ही होता है। दोनों सम्मिलित हैं, क्योंकि W बोसोन के साथ समान परस्पर क्रिया से मिश्रण और क्षय दोनों उत्पन्न होते हैं और इस प्रकार सीकेएम मैट्रिक्स द्वारा आवेश संयुग्मन समता समरूपता की भविष्यवाणी की जाती है। परमाणु अनुसंधान के लिए यूरोपीय परिषद और फर्मी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला में NA48 और केटीवी प्रयोगों द्वारा 2000 के दशक के प्रारंभ में काओंन क्षय में प्रत्यक्ष आवेश संयुग्मन समता समरूपता की खोज की गई थी।

यह भी देखें
फुटनोट्स संदर्भ
 * हैड्रोन, मेसॉन, हाइपरॉन और फ्लेवर (कण भौतिकी)
 * असामान्य क्वार्क और क्वार्क मॉडल
 * समता (भौतिकी), आवेश संयुग्मन, T-समरूपता, सीपीटी व्युत्क्रम और आवेश संयुग्मन समरूपता
 * न्यूट्रिनो दोलन
 * उदासीन कण दोलन

ग्रन्थसूची
 * The qua           rk model, by J.J.J. Kokkedee
 * The qua           rk model, by J.J.J. Kokkedee
 * The qua           rk model, by J.J.J. Kokkedee

बाहरी संबंध