एस्ट्रोपार्टिकल भौतिकी

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खगोलकण भौतिकी, जिसे कण खगोल भौतिकी भी कहा जाता है, कण भौतिकी की एक शाखा है जो खगोलीय मूल के प्राथमिक कणों और खगोल भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान से उनके संबंध का अध्ययन करती है। यह कण भौतिकी, खगोल विज्ञान, खगोल भौतिकी, संसूचक भौतिकी, सापेक्षता, ठोस अवस्था भौतिकी और ब्रह्माण्ड विज्ञान के प्रतिच्छेदन पर आविर्भावी हो रहे अनुसंधान का एक अपेक्षाकृत नया क्षेत्र है। आंशिक रूप से न्यूट्रिनो दोलन की खोज से प्रेरित होकर, 2000 के दशक के प्रारंभ से, इस क्षेत्र में सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक दोनों तरह से तेजी से विकास हुआ है।

इतिहास
खगोलकण भौतिकी का क्षेत्र प्रकाशीय खगोल-विज्ञान से विकसित हुआ है। संसूचक तकनीक के विकास के साथ अधिक विकसित खगोल भौतिकी आई, जिसमें यांत्रिकी, विद्युतगतिकी, ऊष्मप्रवैगिकी, प्लाज्मा भौतिकी, परमाणु भौतिकी, सापेक्षता और कण भौतिकी जैसे कई भौतिकी उपविषय सम्मिलित थे। कण भौतिकविदों ने अंतरिक्ष में पाए जाने वाले तुलनीय ऊर्जा वाले कणों के उत्पादन में कठिनाई के कारण खगोल भौतिकी को आवश्यक पाया। उदाहरण के लिए, ब्रह्मांडीय किरण स्पेक्ट्रम में 1020 eV जितनी उच्च ऊर्जा वाले कण होते हैं, जहां बड़े हैड्रॉन कोलाइडर में एक प्रोटॉन-प्रोटॉन संघट्टन ~1020 eV की ऊर्जा पर होती है।

कहा जा सकता है कि यह क्षेत्र 1910 में प्रारंभ हुआ था, जब थिओडोर वुल्फ नाम के एक जर्मन भौतिक विज्ञानी ने एफिल टॉवर के नीचे और ऊपर वायु में गामा विकिरण के एक संकेतक, आयनीकरण को मापा था। उन्होंने पाया कि यदि इस विकिरण के लिए केवल स्थलीय स्रोतों को अधीन किया जाता है तो अपेक्षा से कहीं अधिक आयनीकरण शीर्ष पर होगी।

ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी विक्टर फ्रांसिस हेस ने परिकल्पना की थी कि कुछ आयनीकरण आकाश से विकिरण के कारण हुआ था। इस परिकल्पना की सुरक्षा के लिए, हेस ने उच्च ऊंचाई पर काम करने में सक्षम उपकरणों को डिजाइन किया और 5.3 किमी की ऊंचाई तक आयनीकरण पर अवलोकन किया। 1911 से 1913 तक, हेस ने आयनीकरण स्तरों को सावधानीपूर्वक मापने के लिए दस उड़ानें भरीं। पूर्व गणनाओं के माध्यम से, यदि स्थलीय स्रोत विकिरण का एकमात्र कारण थे, तो उन्हें 500 मीटर की ऊंचाई से ऊपर कोई आयनीकरण होने की अपेक्षा नहीं थी। हालांकि, उनके मापन से पता चला कि यद्यपि आयनीकरण का स्तर प्रारंभ में ऊंचाई के साथ कम हो गया था, लेकिन वे किसी बिंदु पर तेजी से बढ़ने लगे। अपनी उड़ानों के अंतिम स्तर पर, उन्होंने पाया कि आयनीकरण का स्तर सतह की तुलना में बहुत अधिक था। हेस तब यह निष्कर्ष निकालने में सक्षम थे कि "बहुत उच्च मर्मज्ञ शक्ति का विकिरण ऊपर से हमारे वायुमंडल में प्रवेश करता है"। इसके अतिरिक्त, हेस की उड़ानों में से एक सूर्य के लगभग पूर्ण ग्रहण के समय थी। चूंकि उन्होंने आयनीकरण स्तरों में गिरावट नहीं देखी, हेस ने तर्क दिया कि स्रोत को अंतरिक्ष में और दूर होना चाहिए। इस खोज के लिए, हेस उन लोगों में से एक थे जिन्हें 1936 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। 1925 में, रॉबर्ट मिलिकन ने हेस के निष्कर्षों की पुष्टि की और बाद में 'ब्रह्मांडीय किरणें' शब्द दिया था।

खगोलकण भौतिकी के क्षेत्र की उत्पत्ति के बारे में जानकार कई भौतिक विज्ञानी हेस द्वारा ब्रह्मांडीय किरणों की इस 'खोज' को क्षेत्र के प्रारम्भिक बिंदु के रूप में श्रेय देना पसंद करते हैं।

शोध के विषय
हालांकि खगोलकण भौतिकी के क्षेत्र के एक मानक 'पाठ्यपुस्तक' विवरण पर निर्णय लेना मुश्किल हो सकता है, क्षेत्र को अनुसंधान के विषयों द्वारा चित्रित किया जा सकता है जो सक्रिय रूप से स्वीकृत किए जा रहे हैं। पत्रिका खगोलकण भौतिकी (पत्रिका) उन पत्रों को स्वीकार करता है जो निम्नलिखित क्षेत्रों में नए विकास पर केंद्रित हैं:
 * उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांडीय किरण भौतिकी और खगोल भौतिकी;
 * कण ब्रह्मांड विज्ञान;
 * कण खगोल भौतिकी;
 * संबंधित खगोल भौतिकी: सुपरनोवा, सक्रिय गांगेय नाभिक, ब्रह्मांडीय अधिकता, काले द्रव्य आदि;
 * उच्च-ऊर्जा, वीएचई और यूएचई गामा-किरण खगोल विज्ञान;
 * उच्च- और निम्न-ऊर्जा न्यूट्रिनो खगोल विज्ञान;
 * उपर्युक्त क्षेत्रों से संबंधित यंत्रीकरण और संसूचक विकास।

खुले प्रश्न
क्षेत्र के भविष्य के लिए एक मुख्य कार्य केवल कार्य परिभाषाओं से अधिक स्वयं को पूरी तरह से परिभाषित करना और स्वयं को खगोल भौतिकी और अन्य संबंधित विषयों से स्पष्ट रूप से अलग करना है।

खगोलकण भौतिकी के क्षेत्र की वर्तमान अनिर्णीत समस्याओं में काला पदार्थ और काली ऊर्जा का लक्षण वर्णन सम्मिलित है। 1930 के दशक में आकाशगंगा और अन्य आकाशगंगाओं में तारों के कक्षीय वेगों का अवलोकन, 1930 के दशक में वाल्टर बैड और फ़्रिट्ज़ ज़्विकी के साथ प्रारंभ हुआ, साथ ही गांगेय समूहों में आकाशगंगाओं के देखे गए वेगों को उनकी गतिशीलता के लिए आवश्यक दृश्य पदार्थ के ऊर्जा घनत्व से कहीं अधिक पाया गया। नब्बे के दशक के प्रारंभ से कुछ अनुवेषकों को अज्ञात काले पदार्थ के कुछ भागों को आंशिक रूप से समझाने के लिए पाया गया है, लेकिन वे पूर्ण स्पष्टीकरण देने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। एक त्वरित ब्रह्मांड की खोज से पता चलता है कि अज्ञात काले पदार्थ का एक बड़ा भाग एक गतिशील निर्वात में काली ऊर्जा के रूप में संग्रहीत है।

खगोलकण भौतिकविदों के लिए एक और सवाल यह है कि आज ब्रह्मांड में प्रतिपदार्थ की तुलना में इतना अधिक पदार्थ क्यों है। बैरियोजेनेसिस उन काल्पनिक प्रक्रियाओं के लिए शब्द है जो प्रारंभिक ब्रह्मांड में असमान संख्या में बेरोन और बैरियन विरोधी का उत्पादन करते थे, यही कारण है कि ब्रह्मांड आज पदार्थ से बना है, न कि प्रतिपदार्थ से बना है।

प्रायोगिक सुविधाएं
इस क्षेत्र के तेजी से विकास ने नए प्रकार के मौलिक संरचना के डिजाइन को उत्पन्न करता है। भूमिगत प्रयोगशालाओं में या विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए दूरदर्शी, एंटेना और उपग्रह प्रयोगों के साथ, खगोलकण भौतिक विज्ञानी उच्चतम ऊर्जा पर न्यूट्रिनो, गामा किरणों और ब्रह्मांडीय किरणों सहित ब्रह्मांडीय कणों की एक विस्तृत श्रृंखला का निरीक्षण करने के लिए नई पहचान विधियों का उपयोग करते हैं। वे काले पदार्थ और गुरुत्वाकर्षण तरंगों की भी खोज कर रहे हैं। प्रायोगिक कण भौतिक विज्ञानी अपने स्थलीय त्वरक की तकनीक द्वारा सीमित हैं, जो प्रकृति में पाई जाने वाली ऊर्जा का केवल एक छोटा अंश उत्पन्न करने में सक्षम हैं।

खगोलकण भौतिकी में सम्मिलित सुविधाओं, प्रयोगों और प्रयोगशालाओं में सम्मिलित हैं:
 * बर्फ़ के छोटे टुकड़े (अंटार्कटिका)- दुनिया का सबसे लंबा कण संसूचक, दिसंबर 2010 में पूरा हुआ था। संसूचक का उद्देश्य उच्च ऊर्जा न्यूट्रिनो की जांच करना, काले पदार्थ की खोज करना, सुपरनोवा विस्फोटों का निरीक्षण करना और चुंबकीय एकध्रुव जैसे विदेशी कणों की खोज करना है।
 * एंटारेस (दूरबीन) (टॉलन, फ्रांस)- फ़्रांस के टूलॉन तट के पास भूमध्य सागर के नीचे 2.5 किमी पर एक न्यूट्रिनो संसूचक है। दक्षिणी गोलार्ध की दिशा में न्यूट्रिनो फ्लक्स का पता लगाने और निरीक्षण करने के लिए डिज़ाइन किया गया।
 * क्सीननट, ज़ेनॉन1टी का सुधार, ग्रैन सैसो राष्ट्रीय प्रयोगशालाएँ में स्थित एक काला पदार्थ प्रत्यक्ष सर्च प्रयोग है और 10−48 cm2 के SI परिक्षेत्र वाले विम्प्स के प्रति संवेदनशील होगा
 * बोरेक्सिनो, एक वास्तविक समय संसूचक, प्रयोगशाला नाज़ियोनाली डेल ग्रान सासो में स्थापित किया गया है, जिसे जैविक तरल प्रस्फुरक लक्ष्य के साथ सूर्य से न्यूट्रिनो का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
 * पियरे ऑगर वेधशाला (मलारग्यू, अर्जेंटीना)- दो तकनीकों का उपयोग करके उच्च ऊर्जा ब्रह्मांडीय किरणों का पता लगाता है और जांच करता है। एक सतह संसूचक टैंक में रखे पानी के साथ कणों की परस्पर क्रिया का अध्ययन करना है। दूसरी तकनीक पृथ्वी के वायुमंडल में उच्च उत्सर्जित पराबैंगनी प्रकाश के अवलोकन के माध्यम से वायु वर्षण के विकास को जांच करना है।
 * सर्न एक्सियन सौर दूरदर्शी (सर्न, स्विट्जरलैंड)- सूर्य से उत्पन्न अक्षों की खोज करता है।
 * नेस्टर परियोजना (पायलोस, ग्रीस)- अंतर्राष्ट्रीय सहयोग का लक्ष्य पाइलोस, ग्रीस के समुद्री तल पर एक न्यूट्रिनो दूरदर्शी का परिनियोजन है।
 * कामिओका वेधशाला एक न्यूट्रिनो और गुरुत्वाकर्षण तरंगों की प्रयोगशाला है जो जापान के गिफू प्रान्त में हिडा शहर के कामीओका खंड के पास मोज़ुमी खदान में भूमिगत स्थित है।
 * प्रयोगशाला नाज़ियोनाली डेल ग्रान सासो एक ऐसी प्रयोगशाला है जो ऐसे प्रयोग आयोजित करती है जिनमें कम रव परिप्रेक्ष्य वाले वातावरण की आवश्यकता होती है। एल'अक्विला (इटली) के पास, ग्रैन सासो पर्वत के अंदर स्थित है। इसके प्रायोगिक हॉल 1400 मीटर चट्टान से आवरण हुए हैं, जो ब्रह्माण्डीय किरणों से प्रयोगों की रक्षा करता है।
 * स्नोलैब
 * एस्पेरा यूरोपियन खगोलकण नेटवर्क जुलाई 2006 में प्रारंभ हुआ और खगोलकण भौतिकी में राष्ट्रीय अनुसंधान प्रयासों के समन्वय और वित्त पोषण के लिए अधीन है।
 * दूरदर्शी प्रदर्शन परियोजना (डेल्टा, यूटा) पश्चिम यूटा के रेगिस्तान में भूतल प्रदर्शन और प्रतिदीप्ति तकनीकों का उपयोग करके अति उच्च ऊर्जा ब्रह्माण्डीय किरणों (यूएचईसीआर) का पता लगाने के लिए एक प्रयोग होता है।

यह भी देखें

 * खगोलकण भौतिकी (पत्रिका)
 * उर्का प्रक्रिया
 * भौतिकी में अनिर्णीत समस्याएं

बाहरी संबंध

 * Aspera European network portal
 * www.astroparticle.org: all about astroparticle physics...
 * Aspera news
 * Astroparticle physics news on Twitter
 * Virtual Institute of Astroparticle Physics
 * Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics
 * UCLA Astro-Particle Physics at UCLA
 * Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
 * Astroparticle Physics in the Netherlands
 * Astroparticle and High Energy Physics
 * ASD: Astroparticle Physics Laboratory at NASA
 * Teaching Astroparticle Physics