प्रीओन

कण भौतिकी में, प्रिओन्स बिंदु कण होते हैं, जिन्हें क्वार्क और लेप्टान के उप-घटक के रूप में माना जाता है। यह शब्द 1974 में जोगेश पति और अब्दुस सलाम द्वारा अंकित किया गया था। 1980 के दशक में प्रीओन मॉडल में रुचि चरम पर थी, लेकिन धीमी हो गई, क्योंकि कण भौतिकी के मानक मॉडल ने अधिकतर सफलतापूर्वक भौतिकी का वर्णन करना जारी रखा है, और लेप्टान और क्वार्क सम्मिश्रता के लिए कोई प्रत्यक्ष प्रायोगिक साक्ष्य नहीं मिला है। प्रिओन्स चार प्रकारों जैसे प्लस, एंटी-प्लस, जीरो और एंटी-जीरो में आते हैं। डब्ल्यू बोसॉन में छह प्रीओन होते हैं, और क्वार्क और लेप्टॉन में केवल तीन होते हैं।

हैड्रोनिक क्षेत्र में, मानक मॉडल के अंदर कुछ प्रभावों को विसंगतियों के रूप में माना जाता है। उदाहरण के लिए, प्रोटॉन स्पिन समस्या (पज़ल), EMC प्रभाव, न्यूक्लियॉन के अंदर विद्युत आवेशों का वितरण, जैसा कि 1956 में होफस्टैड्टर द्वारा, और हॉक सीकेएम मैट्रिक्स सिद्धांत द्वारा पाया गया था।

जब  प्रिओन  शब्द अंकित किया गया था, तो यह मुख्य रूप से स्पिन-$1⁄2$ फ़र्मियन के दो वर्गों की व्याख्या करने के लिए था: क्वार्क और लेप्टान थे। अभी हाल ही के प्रीओन मॉडल भी स्पिन-1 बोसॉन के लिए स्पष्टीकरण (अकाउन्ट) हैं, और अभी भी "प्रीओन" कहलाते हैं। प्रीओन मॉडल में से प्रत्येक मानक मॉडल की तुलना में कम मौलिक कणों के एक सेट को एक साथ रखता है, साथ ही यह नियंत्रित करने वाले नियम कि वे मौलिक कणों को कैसे संयोजित और अंत:क्रिया (इंटरैक्ट) करते है| इन नियमों के आधार पर, प्रीओन मॉडल मानक मॉडल की व्याख्या करने की कोशिश करते हैं, अक्सर इस मॉडल के साथ छोटी विसंगतियों का पूर्वानुमान करते हैं और नए कणों तथा कुछ घटनाओं को उत्पन्न करते हैं, जो मानक मॉडल से संबंधित नहीं होते हैं।

प्रीओन मॉडल के उद्देश्य
प्रीओन शोध निम्नलिखित की इच्छा से प्रेरित है:
 * बड़ी संख्या में कणों को कम करें, बहुत से जो केवल आवेश में भिन्न होते हैं, अधिक मौलिक कणों की एक छोटी संख्या के लिए। उदाहरण के लिए,आवेश को छोड़कर डाउन क्वार्क और अप क्वार्क लगभग समान हैं, और द्रव्यमान में मामूली अंतर है; प्रीओन शोध यह वर्णन करने से प्रेरित है कि क्वार्क समान प्रिओन्स से बने होते हैं|आशा है कि तत्वों की आवर्त सारणी और मेसन और बैरियन के क्वार्क मॉडल के लिए काम करने वाली न्यूनकारी युक्ति को पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है।
 * फ़र्मियन्स की तीन पीढ़ियाँ होने का कारण स्पष्ट कीजिए।
 * उन पैरामीटरों की गणना करें जो वर्तमान में मानक मॉडल द्वारा अस्पष्टीकृत हैं, जैसे कि एस.एम. मौलिक फर्मन, उनके विद्युत आवेश और रंग आवेश; वास्तव में, मानक मॉडल द्वारा आवश्यक संख्या से मॉडल आवश्यक प्रयोगात्मक इनपुट पैरामीटर की संख्या कम करें।
 * इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो से लेकर शीर्ष क्वार्क तक कथित रूप से मौलिक कणों में देखी गई द्रव्यमान-ऊर्जा की बहुत बड़ी श्रेणी (रेंज) के लिए कारण प्रदान करें।
 * हिग्स क्षेत्र को लागू किए बिना वैद्यत्-दुर्बल समरूपता को तोड़ने के लिए वैकल्पिक स्पष्टीकरण प्रदान करें, जिसे संभवतः हिग्स क्षेत्र से जुड़ी सैद्धांतिक समस्याओं को ठीक करने के लिए सुपरसिमेट्री की जरूरत है; (इसके अलावा, अब तक प्रस्तावित सुपरसिमेट्रिक सिद्धांतों की अपनी स्वयं की सैद्धांतिक और अवलोकन संबंधी समस्याएं हैं)|
 * न्यूट्रिनो दोलन और स्पष्ट रूप से अद्वितीय द्रव्यमान तंत्र के लिए स्पष्टीकरण।
 * नए, गैर-दोहराव वाले पूर्वानुमान करें, जैसे ठंडे काले भौतिक द्रव्य वाले कैन्डिडेट को प्रदान करना।
 * व्याख्या करें कि केवल देखे गए कण प्रकारों की भिन्नता क्यों उपस्थित है, और केवल इन देखे गए कणों के उत्पादन के कारणों के साथ एक मॉडल दें (चूंकि गैर-प्रेक्षित कणों का पूर्वानुमान कई प्रस्तुत मॉडलों के साथ एक समस्या है, जैसे कि सुपरसिमेट्री है)।

पृष्ठभूमि
1970 के दशक में मानक मॉडल विकसित होने से पहले (मानक मॉडल के प्रमुख तत्व जिन्हें क्वार्क के रूप में जाना जाता है, 1964 में मुरै गेल-मान और जॉर्ज ज़्विग द्वारा प्रस्तावित किए गए थे), भौतिकविदों ने कण त्वरक में सैकड़ों विभिन्न प्रकार के कणों का अवलोकन किया था। बड़े पैमाने पर पदानुक्रम की तदर्थ प्रणाली में उनके भौतिक गुणों पर संबंधों में व्यवस्थित किए गए थे, पूरी तरह से भिन्न नहीं थे जिस तरह से वर्गीकरण जानवरों को उनकी भौतिक विशेषताओं के आधार पर वर्गीकृत किया गया था। आश्चर्य की बात नहीं, कणों की बहुत बड़ी संख्या को कण ज़ू  कहा जाता था।

मानक मॉडल, जो अब कण भौतिकी का प्रचलित मॉडल है, ने नाटकीय रूप से इस चित्र को यह दिखाते हुए सरल बना दिया कि देखे गए अधिकांश कण मेसन थे, जो दो क्वार्कों या बेरिऑन जो तीन क्वार्कों के संयोजन हैं, साथ ही कुछ अल्पमात्रा में अन्य कण हैं। सिद्धांत के अनुसार, हमेशा से अधिक प्रबल त्वरक में देखे जा रहे कण आमतौर पर इन क्वार्कों के संयोजन से अधिक कुछ नहीं थे।

क्वार्क, लेप्टान और बोसॉन की तुलना
मानक मॉडल के अंदर, कणों के कई वर्ग होते हैं। इनमें से एक, क्वार्क के छह प्रकार के हैं, जिनमें से प्रत्येक में तीन प्रकार हैं (डब "रंग", लाल, हरा और नीला, क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स का विकास करते हैं)।

इसके अतिरिक्त, छह अलग-अलग प्रकार हैं जिन्हें लेप्टान के रूप में जाना जाता है। इन छह लेप्टानों में से तीन आवेशित कण हैं: इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन और ताऊ हैं। न्युट्रीनो में अन्य तीन लेप्टान होते हैं, और प्रत्येक न्यूट्रिनो युग्मों में तीन आवेशित लेप्टान होते हैं।

मानक मॉडल में, फोटॉन और ग्लून्स सहित बोसॉन भी होते हैं; W+, W− तथा Z बोसॉन; और हिग्स बोसॉन; और गुरुत्वाकर्षण के लिए एक खुला स्थान छोड़ दिया है। इनमें से लगभग सभी कण बाएं हाथ और दाएं हाथ के संस्करणों में आते हैं (दाहिनी ओर (किरेलिटी) देखें)। क्वार्क, लेप्टान और डब्ल्यू बोसॉन सभी में विपरीत विद्युत आवेश वाले प्रति-कण होते हैं (या न्यूट्रिनो की स्थिति में, निर्बल आइसोस्पिन के विपरीत)।

मानक मॉडल के साथ अनसुलझी समस्याएं
मानक मॉडल में भी कई समस्याएं हैं जो पूरी तरह से हल नहीं हुई हैं। विशेष रूप से, कण सिद्धांत पर आधारित गुरुत्वाकर्षण का कोई सफल सिद्धांत अभी तक प्रस्तावित नहीं किया गया है। हालांकि मॉडल एक गुरुत्वाकर्षण के अस्तित्व को मानता है, उनके आधार पर एक सुसंगत सिद्धांत तैयार करने के सभी प्रयास विफल रहे हैं।

कलमन दावा करता है कि, परमाणुवाद की अवधारणा के अनुसार, प्रकृति के मौलिक निर्माण खंड पदार्थ के अविभाज्य टुकड़े हैं जो अनिर्मित और अविनाशी हैं। न तो लेप्टान और न ही क्वार्क वास्तव में अविनाशी हैं, क्योंकि कुछ लेप्टान अन्य लेप्टान में तथा कुछ क्वार्क अन्य क्वार्क में क्षय कर सकते हैं। इस प्रकार, मौलिक आधारों पर, क्वार्क स्वयं मूलभूत निर्माण खंड नहीं हैं, बल्कि अन्य, मौलिक मात्राओं - प्रिओन्स से बना होना चाहिए। हालांकि प्रत्येक क्रमिक कण का द्रव्यमान कुछ पैटर्न का पालन करता है, अधिकांश कणों के शेष द्रव्यमान का पूर्वानुमान सटीक रूप से नहीं किया जा सकता है, लगभग सभी बैरियन के द्रव्यमान को छोड़कर जिन्हें डी सूजा (2010) द्वारा अच्छी तरह से तैयार किया गया है।

मानक मॉडल में ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना का पूर्वानुमान करने में भी समस्याएँ हैं। उदाहरण के लिए, एसएम आमतौर पर ब्रह्मांड में समान मात्रा में पदार्थ और प्रतिद्रव्य का पूर्वानुमान करता है। विभिन्न तंत्रों के माध्यम से इसे निर्धारित करने के लिए कई प्रयास किए गए हैं, लेकिन आज तक किसी को भी व्यापक समर्थन नहीं मिला है। इसी तरह, मॉडल के बुनियादी अनुकूलन प्रोटॉन क्षय की उपस्थिति का सुझाव देते हैं, जो अभी तक नहीं देखा गया है।

प्रीओनमॉडल के लिए प्रेरणा
काल्पनिक मूल कण घटकों के लिए पार्टन (कण भौतिकी) या प्रीओनजैसे नामों का उपयोग करके प्रायोगिक और सैद्धांतिक कण भौतिकी में परिणामों की अधिक मौलिक व्याख्या प्रदान करने के प्रयास में कई मॉडल प्रस्तावित किए गए हैं।

प्रीओन सिद्धांत रसायन विज्ञान में आवर्त सारणी की उपलब्धियों को कण भौतिकी में दोहराने की इच्छा से प्रेरित है, जिसने 94 प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तत्वों को केवल तीन बिल्डिंग-ब्लॉक (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन) के संयोजन में घटा दिया। इसी तरह, मानक मॉडल ने बाद में कई दर्जन कणों को संयोजन के लिए (पहले) सिर्फ तीन क्वार्क के एक अधिक मौलिक स्तर पर कम करके हैड्रोन के कण चिड़ियाघर का आयोजन किया, जिसके परिणामस्वरूप बीसवीं सदी के मध्य कण भौतिकी में बड़ी संख्या में मनमाना स्थिरांक कम हो गए। मानक मॉडल और क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स के लिए।

हालांकि, नीचे चर्चा किए गए विशेष प्रीओनमॉडल ने कण भौतिकी समुदाय के बीच आज तक तुलनात्मक रूप से बहुत कम रुचि को आकर्षित किया है, क्योंकि कोलाइडर प्रयोगों में अब तक कोई सबूत प्राप्त नहीं हुआ है, यह दिखाने के लिए कि मानक मॉडल के फर्मन समग्र हैं।

प्रयास
कई भौतिकविदों ने मानक मॉडल के कई हिस्सों को सैद्धांतिक रूप से न्यायोचित ठहराने के प्रयास में प्री-क्वार्क (जिससे नाम प्रीओननिकला है) के सिद्धांत को विकसित करने का प्रयास किया है, जो केवल प्रयोगात्मक डेटा के माध्यम से जाना जाता है। अन्य नाम जिनका उपयोग इन प्रस्तावित मौलिक कणों (या सबसे मौलिक कणों और मानक मॉडल में देखे गए कणों के बीच मध्यवर्ती) के लिए किया गया है, उनमें प्रीक्वार्क्स, सबक्वार्क्स, मेन्स, शामिल हैं। अल्फोंस, क्विंक्स, ली सुंग मोड, ट्वीडल्स, हेलन्स, हैप्लॉन्स, वाई-पार्टिकल्स, और प्राइमन्स। भौतिकी समुदाय में प्रीओनअग्रणी नाम है।

भौतिक समीक्षा में पति और सलाम के पेपर के साथ कम से कम 1974 तक एक सबस्ट्रक्चर डेट विकसित करने का प्रयास। अन्य प्रयासों में टेराज़वा, चिकाशिगे और अकामा द्वारा 1977 का एक पेपर शामिल है, समान, लेकिन स्वतंत्र, 1979 पेपर नीमैन द्वारा, हरारी, और शुपे, 1981 में फ्रिट्ज और मैंडेलबौम का एक पेपर, और 1992 में डिसूजा और कलमन की एक किताब। इनमें से किसी को भी भौतिकी की दुनिया में व्यापक स्वीकृति नहीं मिली है। हालाँकि, हाल के एक काम में डी सूजा ने दिखाया है कि उनका मॉडल हैड्रॉन के सभी कमजोर क्षयों का अच्छी तरह से वर्णन करता है, चयन नियमों के अनुसार उनके समग्रता मॉडल से प्राप्त क्वांटम संख्या द्वारा निर्धारित होता है। उनके मॉडल में लेप्टान प्राथमिक कण होते हैं और प्रत्येक क्वार्क दो प्राइमोन से बना होता है, और इस प्रकार, सभी क्वार्क चार प्राइमॉन द्वारा वर्णित होते हैं। इसलिए, मानक मॉडल हिग्स बोसोन की कोई आवश्यकता नहीं है और प्रत्येक क्वार्क द्रव्यमान तीन हिग्स-जैसे बोसोन के माध्यम से प्रत्येक जोड़ी प्राइमॉन के बीच की बातचीत से प्राप्त होता है।

अपने 1989 के नोबेल पुरस्कार स्वीकृति व्याख्यान में, हंस जॉर्ज डेहमेल्ट ने निश्चित गुणों के साथ एक सबसे मौलिक प्राथमिक कण का वर्णन किया, जिसे उन्होंने तेजी से अधिक प्राथमिक कणों की एक लंबी लेकिन परिमित श्रृंखला के संभावित परिणाम के रूप में ब्रह्मांड कहा।

समग्र हिग्स
कई प्रीओनमॉडल या तो हिग्स बोसोन के लिए जिम्मेदार नहीं हैं या इसे खारिज करते हैं, और प्रस्तावित करते हैं कि इलेक्ट्रो-कमजोर समरूपता स्केलर हिग्स क्षेत्र से नहीं बल्कि समग्र प्रीओनद्वारा तोड़ी जाती है। उदाहरण के लिए, फ्रेडरिकसन प्रीओनसिद्धांत को हिग्स बोसोन की आवश्यकता नहीं है, और इलेक्ट्रो-कमजोर ब्रेकिंग को हिग्स-मध्यस्थ क्षेत्र के बजाय प्रिओन्स की पुनर्व्यवस्था के रूप में समझाता है। वास्तव में, फ्रेडरिकसन प्रीओनमॉडल और डी सूजा मॉडल पूर्वानुमानकरते हैं कि मानक मॉडल हिग्स बोसॉन मौजूद नहीं है।

रिशोन भी l
रिशोन मॉडल (आरएम) कण भौतिकी के मानक मॉडल (एसएम) में दिखाई देने वाली घटना की व्याख्या करने के लिए प्रीओनमॉडल विकसित करने का सबसे पहला प्रयास (1979) है। यह पहली बार हैं हरारी  और माइकल ए शुपे (एक दूसरे से स्वतंत्र) द्वारा विकसित किया गया था, और बाद में हरारी और उनके तत्कालीन छात्र नाथन सीबर्ग द्वारा विस्तारित किया गया था। मॉडल में दो प्रकार के मूलभूत कण होते हैं जिन्हें रिशोन (ראשונים) कहा जाता है (जिसका अर्थ यहूदी में सबसे पहले होता है)। वे हैं टी (तीसरा चूंकि इसमें ⅓ प्रारंभिक आवेश|e, या तोहू (תוהו) का विद्युत आवेश होता है जिसका अर्थ है तोहू वा बोहु| कैओस) और वी (गायब हो जाता है, क्योंकि यह विद्युत रूप से तटस्थ है, या वोहू जिसका अर्थ है खालीपन )। क्वार्क के सभी लेप्टान और सभी स्वाद (कण भौतिकी) तीन-रिशॉन आदेशित त्रिक हैं। तीन रिशों के इन समूहों में स्पिन-आधा है।

रिशोन मॉडल इस क्षेत्र में कुछ विशिष्ट प्रयासों को दिखाता है। कई प्रीओनमॉडल सिद्धांत देते हैं कि ब्रह्मांड में पदार्थ और एंटीमैटर का स्पष्ट असंतुलन वास्तव में भ्रामक है, बड़ी मात्रा में प्रीऑन-स्तर एंटीमैटर अधिक जटिल संरचनाओं के भीतर सीमित है।

द्रव्यमान विरोधाभास
एक प्रीओनमॉडल 1994 के आसपास फर्मिलैब (सीडीएफ) में कोलाइडर डिटेक्टर में एक आंतरिक पेपर के रूप में शुरू हुआ था। 1992-1993 की रनिंग अवधि में 200  इलेक्ट्रॉन वोल्ट से अधिक ऊर्जा वाले जेट के अप्रत्याशित और अकथनीय अतिरिक्त होने के बाद पेपर लिखा गया था। हालांकि, प्रकीर्णन प्रयोगों से पता चला है कि क्वार्क और लेप्टान, से कम की दूरी के पैमानों पर बिंदु की तरह हैं  मी (या $1/1000$ एक प्रोटॉन व्यास का)। इस आकार के एक बॉक्स तक सीमित एक प्रीओन(जो भी द्रव्यमान हो) की गति अनिश्चितता लगभग 200 GeV/c है, जो अप-क्वार्क के बाकी द्रव्यमान (मॉडल पर निर्भर) से 50,000 गुना बड़ा है, और 400,000 गुना बड़ा है। एक इलेक्ट्रॉन का शेष द्रव्यमान।

हाइजेनबर्ग का अनिश्चितता सिद्धांत कहता है कि $$\operatorname{\Delta} x \cdot \operatorname{\Delta} p \ge \tfrac{1}{2}\hbar$$ और इस प्रकार कुछ भी एक बॉक्स से छोटे तक ही सीमित है $$\operatorname{\Delta} x$$ एक गति अनिश्चितता आनुपातिक रूप से अधिक होगी। इस प्रकार, गति अनिश्चितता के बाद से प्रीओनमॉडल ने प्राथमिक कणों की तुलना में छोटे कणों को प्रस्तावित किया $$\operatorname{\Delta} p$$ स्वयं कणों से बड़ा होना चाहिए।

तो प्रीओनमॉडल एक बड़े पैमाने पर विरोधाभास का प्रतिनिधित्व करता है: क्वार्क या इलेक्ट्रॉन छोटे कणों से कैसे बने हो सकते हैं जिनके विशाल गति से उत्पन्न होने वाली अधिक द्रव्यमान-ऊर्जा के परिमाण के कई आदेश होंगे? इस विरोधाभास को हल करने का एक तरीका यह है कि प्रीओन्स के बीच एक बड़ी बाध्यकारी शक्ति का अनुमान लगाया जाए जो उनकी द्रव्यमान-ऊर्जा को रद्द कर दे।

देखी गई भौतिकी के साथ संघर्ष
Preon मॉडल प्राथमिक कणों के देखे गए गुणों के लिए अतिरिक्त अनदेखे बलों या गतिकी का प्रस्ताव करते हैं, जो अवलोकन के साथ संघर्ष में निहितार्थ हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, अब जबकि हिग्स बोसोन के लार्ज हैड्रान कोलाइडर के अवलोकन की पुष्टि हो गई है, अवलोकन कई प्रीओनमॉडलों की भविष्यवाणियों का खंडन करता है जिन्होंने इसे बाहर रखा था।

प्रीओन सिद्धांतों के लिए क्वार्क और लेप्टॉन का एक परिमित आकार होना आवश्यक है। यह संभव है कि लार्ज हैड्रोन कोलाइडर उच्च ऊर्जा में अपग्रेड होने के बाद इसका निरीक्षण करेगा।

लोकप्रिय संस्कृति में

 * 1948 में अपने 1930 के उपन्यास स्काईलार्क थ्री के पुनर्मुद्रण/संपादन में, ई. ई. स्मिथ ने 'पहले और दूसरे प्रकार के उपइलेक्ट्रॉन' की एक श्रृंखला की परिकल्पना की, जिसमें बाद वाले मौलिक कण थे जो गुरुत्वाकर्षण बल से जुड़े थे। हालांकि यह मूल उपन्यास का एक तत्व नहीं हो सकता है (श्रृंखला के कुछ अन्य उपन्यासों का वैज्ञानिक आधार अतिरिक्त अठारह वर्षों के वैज्ञानिक विकास के कारण बड़े पैमाने पर संशोधित किया गया था), यहां तक ​​कि संपादित प्रकाशन भी पहला या पहला हो सकता है, इस संभावना का उल्लेख करता है कि इलेक्ट्रॉन मौलिक कण नहीं हैं।
 * 1982 के चलचित्र स्टार ट्रेक II के उपन्यास संस्करण में: द रैथ ऑफ खान, वोंडा मैकइंटायर द्वारा लिखित, डॉ. कैरल मार्कस की जेनेसिस प्रोजेक्ट टीम के दो सदस्य, वेंस मैडिसन और डेल्विन मार्च ने उप-प्राथमिक कणों का अध्ययन किया है जिसे उन्होंने "बूजम्स" और "स्नार्क्स" नाम दिया है, एक क्षेत्र में वे मजाक में "किंडरगार्टन भौतिकी" कहते हैं क्योंकि यह "प्राथमिक" (स्कूल स्तर के अनुरूप) से कम है।
 * जेम्स पी. होगन के 1982 के उपन्यास वॉयेज फ्रॉम येस्टरियर में प्रिओन्स (जिन्हें ट्वीडल्स कहा जाता है) पर चर्चा की गई, जो भौतिकी कथानक (प्लाट) का केंद्र बन गया है।

यह भी देखें

 * टेक्नीकलर (भौतिकी)
 * प्रीओन तारा
 * प्रीओन-अपभ्रष्ट द्रव्य
 * रिशोन मॉडल

अग्रिम पठन

 * — an editorial about preons
 * — an editorial about preons