काओन

अन्य प्रयोगों के लिए, कान (बहुविकल्पी) देखें।

काओन के साथ भ्रमित नहीं होना।कण भौतिकी में, एक 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: सीपी उल्लंघन, 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 सीपी उल्लंघन 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।

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

हालांकि और इसके प्रतिकण  आमतौर पर 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 स्वदेशी राज्यों के सुपरपोज़िशन के रूप में बेहतर माना जाता है, जिनके जीवन काल बहुत भिन्न होते हैं:


 * दीर्घजीवी तटस्थ काँव कहलाते हैं (के-लॉन्ग), मुख्य रूप से तीन पाइनों में क्षय होता है, और इसका औसत जीवनकाल होता है $1/2$.
 * अल्पकालिक तटस्थ काँव कहलाते हैं (के-शॉर्ट), मुख्य रूप से दो पियोन में क्षय होता है, और इसका औसत जीवनकाल होता है $493.677 MeV$.Quark structure antikaon.svg(नीचे #तटस्थ काओन मिश्रण की चर्चा देखें।)

1964 में किया गया एक प्रायोगिक अवलोकन कि K-longs शायद ही कभी दो प्याज़ों में क्षय होता है, सीपी उल्लंघन 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

एक चपरासी की आंतरिक समता P= −1 है, और समता एक गुणात्मक क्वांटम संख्या है। इसलिए, दो अंतिम अवस्थाओं में भिन्न समता (भौतिकी) है (क्रमशः P=+1 और P=−1)। 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 सटीक 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 पहेली के रूप में जाना जाता था। यह समता (भौतिकी) की खोज से ही हल हो गया था # दुर्बल अंतःक्रियाओं में समता उल्लंघन। 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, अब कहा जाता है.
 * - style="height: 2em;"
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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 मेसन # इतिहास की खोज करते समय, लुई लेप्रिंस-रिंगुएट को 1944 में एक धनात्मक आवेशित भारी कण के अस्तित्व का प्रमाण मिला। 1947 में, जॉर्ज रोचेस्टर|जी.डी. रोचेस्टर और क्लिफोर्ड चार्ल्स बटलर|सी.सी. मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के बटलर ने ब्रह्मांडीय किरण-प्रेरित घटनाओं की दो बादल कक्ष तस्वीरें प्रकाशित कीं, जिनमें से एक में दिखाया गया है कि एक तटस्थ कण दो आवेशित चबूतरे में क्षय हो रहा है, और एक आवेशित कण एक आवेशित पियॉन में क्षय हो रहा है और कुछ तटस्थ दिखाई दे रहा है।. नए कणों का अनुमानित द्रव्यमान बहुत मोटा था, प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग आधा। इन वी-कणों के और उदाहरण आने में धीमे थे।

1949 में, रोज़मेरी ब्राउन (बाद में रोज़मेरी फाउलर), सी.एफ. में एक शोध छात्र। पावेल के ब्रिस्टल समूह ने उसके 'के' ट्रैक को देखा, जो बहुत समान द्रव्यमान के एक कण द्वारा बनाया गया था जो तीन पियोन में क्षय हो गया। इसके कारण तथाकथित 'ताऊ-थीटा' समस्या उत्पन्न हुई: जो समान कण प्रतीत होते थे (अब ) दो अलग-अलग मोड में क्षय हुआ, थीटा टू टू टू पीयन्स (पैरिटी +1), ताऊ टू थ्री पाइन्स (पैरिटी −1)। इस पहेली 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 क्लाउड कक्ष लिया गया था। 1950 में, 30 आवेशित और 4 तटस्थ वी-कण रिपोर्ट किए गए थे। इससे प्रेरित होकर, अगले कई वर्षों में पर्वत के शीर्ष पर कई अवलोकन किए गए, और 1953 तक, निम्नलिखित शब्दावली का उपयोग किया जा रहा था: एल मेसन या तो म्यूऑन या आवेशित चपरासी के लिए; के मेसन का मतलब पियोन 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 गढ़ा। लेप्रिन्स-रिंगुएट कण K निकला$1.238 s$ मेसन।

क्षय बेहद धीमा था; विशिष्ट जीवनकाल के क्रम के होते हैं $0.032 MeV$. हालांकि, पियॉन-प्रोटॉन प्रतिक्रियाओं में उत्पादन समय के पैमाने के साथ बहुत तेजी से आगे बढ़ता है $0.11 s$. इस बेमेल की समस्या को अब्राहम पेस द्वारा हल किया गया था, जिन्होंने स्ट्रेंजनेस (कण भौतिकी) नामक नए क्वांटम नंबर को पोस्ट किया था, जो प्रबल इंटरैक्शन में संरक्षित है लेकिन दुर्बल इंटरैक्शन द्वारा उल्लंघन किया गया है। एक असामान्य और एक असामान्य विरोधी कण के एक साथ उत्पादन के कारण असामान्य कण प्रचुर मात्रा में दिखाई देते हैं। जल्द ही यह दिखाया गया कि यह गुणनात्मक क्वांटम संख्या नहीं हो सकती है, क्योंकि इससे ऐसी प्रतिक्रियाएँ होंगी जो नए सिंक्रोटॉन  में कभी नहीं देखी गई थीं जिन्हें 1953 में ब्रुकहैवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला में और 1955 में लॉरेंस बर्कले प्रयोगशाला में कमीशन किया गया था।

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

उदासीन काओन मिश्रण
चूंकि तटस्थ काओं में विलक्षणता होती है, इसलिए वे अपने स्वयं के प्रतिकण नहीं हो सकते। तब दो अलग-अलग तटस्थ 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 तटस्थ कण दोलनों 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 हो जाते हैं (आसन्न आकृति देखें)।

इन दोलनों की सबसे पहले मुरैना गेल-मान और अब्राहम पेस ने मिलकर जांच की थी। उन्होंने विपरीत विलक्षणता वाले राज्यों के सीपी-इनवेरिएंट समय विकास पर विचार किया। मैट्रिक्स नोटेशन 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 कितना राज्य है जो दो क्वांटम यांत्रिकी#आधार अवस्थाओं में से प्रत्येक में होने के आयाम द्वारा निर्दिष्ट है (जो समय t = 0 पर a और b हैं)। हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) के विकर्ण तत्व (एम) 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। ऑफ-डायगोनल तत्व, जो विपरीत विलक्षणता वाले कणों को मिलाते हैं, दुर्बल अंतःक्रियाओं के कारण होते हैं; सीपी समरूपता के लिए उन्हें वास्तविक होना आवश्यक है।

मैट्रिक्स H के वास्तविक होने का परिणाम यह है कि दो राज्यों की संभावनाएँ हमेशा आगे और पीछे दोलन करती रहेंगी। हालांकि, अगर मैट्रिक्स का कोई हिस्सा काल्पनिक था, जैसा कि सीपी समरूपता द्वारा मना किया गया है, तो संयोजन का हिस्सा समय के साथ कम हो जाएगा। ह्रासमान भाग या तो एक घटक (ए) या दूसरा (बी), या दोनों का मिश्रण हो सकता है।

मिश्रण
मैट्रिक्स को विकर्ण करके ईजेनस्टेट्स प्राप्त किए जाते हैं। यह नए ईजेनवेक्टर देता है, जिसे हम K कह सकते हैं1जो विपरीत विलक्षणता की दो अवस्थाओं का अंतर है, और K2, जो योग है। दो विपरीत eigenvalues ​​​​के साथ सीपी के eigenstates हैं; क1CP = +1 है, और K2सीपी = -1 है चूंकि दो-पियन अंतिम स्थिति में सीपी = +1 भी है, केवल के2इस प्रकार क्षय हो सकता है। कश्मीर2तीन पाइनों में क्षय होना चाहिए। K के द्रव्यमान के बाद से2तीन पियोनों के द्रव्यमान के योग से थोड़ा ही बड़ा है, यह क्षय बहुत धीमी गति से आगे बढ़ता है, K के क्षय से लगभग 600 गुना धीमा1दो प्याज़ में। 1956 में लियोन लेडरमैन और उनके सहकर्मियों द्वारा क्षय के इन दो अलग-अलग तरीकों को देखा गया, तटस्थ काओन के दो दुर्बल अंतःक्रियात्मक ईजेनस्टेट्स (दुर्बल बल के माध्यम से क्षय के तहत निश्चित औसत जीवनकाल वाले राज्य) के अस्तित्व की स्थापना की।

इन दो दुर्बल आइजेनस्टेट्स कहलाते हैं (कश्मीर-लंबी, τ) और  (के-लघु, θ)। सीपी समरूपता, जो उस समय ग्रहण की गई थी, का तात्पर्य है  = के1और  = के2.

दोलन
की एक प्रारंभिक शुद्ध किरण अपने प्रतिकण में बदल जाएगा,, प्रचार करते समय, जो वापस मूल कण में बदल जाएगा, , और इसी तरह। इसे कण दोलन कहते हैं। दुर्बल क्षय को लेप्टान में देखने पर, यह पाया गया कि a  हमेशा एक पॉज़िट्रॉन में क्षय होता है, जबकि एंटीपार्टिकल  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 द्रव्यमान के बीच विभाजन के निष्कर्षण की अनुमति दी और. चूंकि यह दुर्बल अंतःक्रियाओं के कारण है, यह बहुत छोटा है, 10−15 प्रत्येक राज्य के द्रव्यमान का गुणा, अर्थात् $+$.

पुनर्जनन
तटस्थ काओन का एक बीम उड़ान में क्षय हो जाता है ताकि अल्पकालिक हो गायब हो जाता है, शुद्ध दीर्घजीवी की किरण छोड़ता है. यदि इस बीम को पदार्थ में गोली मार दी जाती है, तो और इसके प्रतिकण  नाभिक के साथ अलग तरह से बातचीत करते हैं। वह  न्यूक्लियंस के साथ अर्ध-लोचदार प्रकीर्णन से गुजरता है, जबकि इसके एंटीपार्टिकल हाइपरॉन्स बना सकते हैं। दो घटकों की अलग-अलग परस्पर क्रियाओं के कारण, दो कणों के बीच क्वांटम सुसंगतता खो जाती है। उभरती हुई बीम में तब के विभिन्न रैखिक सुपरपोज़िशन होते हैं  और. ऐसा अध्यारोपण किसका मिश्रण है और ; {{SubatomicParticle|K-short}पदार्थ के माध्यम से एक तटस्थ काओन बीम पारित करके } को 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 अधिकता की सूचना दी  उत्थान, इस प्रकार इस इतिहास में एक नया अध्याय खोल रहा है।

सीपी उल्लंघन
अडायर के परिणामों को सत्यापित करने का प्रयास करते हुए, प्रिंसटन विश्वविद्यालय के जे. क्रिस्टेनसन, जेम्स क्रोनिन, वैल फिच और रेने टर्ले ने निम्न का क्षय पाया दो प्याज़ में (सीपी = +1) ब्रुकहैवन नेशनल लेबोरेटरी में वैकल्पिक ढाल सिंक्रोट्रॉन  में एक फिच-क्रोनिन प्रयोग में। जैसा कि #Mixing में समझाया गया है, इसके लिए कल्पित प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं में सीपी के अलग-अलग मान होने चाहिए, और इसलिए तुरंत सीपी उल्लंघन का सुझाव दिया। गैर-रैखिक क्वांटम यांत्रिकी और एक नए अप्रमाणित कण (hyperphoton) जैसे वैकल्पिक स्पष्टीकरणों को जल्द ही खारिज 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 खुद के राज्यों हैं (क्योंकि उनके पास दुर्बल बल के माध्यम से क्षय के लिए निश्चित औसत जीवनकाल है), वे काफी सीपी ईजेनस्टेट्स नहीं हैं। इसके बजाय, छोटे ε (और सामान्यीकरण तक) के लिए,


 * = के2+ ईके1और इसी तरह के लिए . इस प्रकार कभी-कभी K के रूप में क्षय होता है1सीपी = +1 के साथ, और इसी तरह  सीपी = −1 के साथ क्षय हो सकता है। इसे अप्रत्यक्ष सीपी उल्लंघन, सीपी उल्लंघन के मिश्रण के कारण जाना जाता है  और इसके प्रतिकण। एक सीधा सीपी उल्लंघन प्रभाव भी है, जिसमें सीपी का उल्लंघन क्षय के दौरान ही होता है। दोनों मौजूद हैं, क्योंकि डब्ल्यू बोसोन के साथ एक ही बातचीत से मिश्रण और क्षय दोनों उत्पन्न होते हैं और इस प्रकार सीकेएम मैट्रिक्स द्वारा सीपी उल्लंघन 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 काओन क्षय में प्रत्यक्ष सीपी उल्लंघन की खोज की गई थी।

यह भी देखें

 * हैड्रोन, मेसॉन, हाइपरॉन और फ्लेवर (कण भौतिकी)
 * असामान्य क्वार्क और क्वार्क मॉडल
 * समता (भौतिकी), आवेश संयुग्मन, टी-समरूपता, सीपीटी व्युत्क्रम और सीपी उल्लंघन
 * न्यूट्रिनो दोलन
 * तटस्थ 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