काओन

Kaon-Decay.svg और मजबूत अंतःक्रिया दोनों शामिल हैं।

कमजोर अंतःक्रियाएं : विचित्र एंटीक्वार्क  काओन एक अप एंटीक्वार्क में परिवर्तित होता है  W और Z बोसोन के उत्सर्जन से | बोसॉन; बोसोन बाद में एक  नीचे एंटीक्वार्क  में क्षय हो जाता है

और एक ऊपर क्वार्क .

मजबूत इंटरैक्शन: एक अप क्वार्क  एक ग्लूऑन उत्सर्जित करता है जो एक डाउन क्वार्क में क्षय होता है  और एक डाउन एंटीक्वार्क .]]कण भौतिकी में, एक काओन, जिसे K मेसन भी कहा जाता है और निरूपित किया जाता है , स्ट्रेंजनेस (कण भौतिकी) नामक क्वांटम संख्या द्वारा प्रतिष्ठित चार मेसन के समूह में से कोई है। क्वार्क मॉडल में उन्हें एक अजीब क्वार्क (या एंटीक्वार्क) और एक अप क्वार्क या डाउन क्वार्क एंटीक्वार्क (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 साबित हुए हैं। वे कण भौतिकी के मानक मॉडल की नींव स्थापित करने में आवश्यक थे, जैसे हैड्रान  के क्वार्क मॉडल और सिद्धांत कैबिबो-कोबायाशी-मस्कावा मैट्रिक्स (उत्तरार्द्ध को 2008 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार द्वारा स्वीकार किया गया था)। मौलिक संरक्षण कानून (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 खोजी गई थी (जिसे नोबेल पुरस्कार द्वारा स्वीकार किया गया था) 1980 में)। इसके अलावा, CERN में NA48 प्रयोग और Fermilab में KTeV प्रयोग द्वारा 2000 के दशक की शुरुआत में kaon क्षय में प्रत्यक्ष CP उल्लंघन की खोज की गई थी।

मूल गुण
चार काओन हैं:
 * , ऋणावेशित (एक अजीब क्वार्क और एक अप क्वार्क युक्त) में द्रव्यमान होता है $493.677 MeV/c2$ और औसत जीवनकाल $497.611 MeV/c2$.
 * 1) (उपर्युक्त का प्रतिकण) सकारात्मक रूप से आवेशित (एक अप क्वार्क और एक स्ट्रेंज क्वार्क युक्त) (सीपीटी इनवेरिएंस द्वारा) द्रव्यमान और जीवनकाल के बराबर होना चाहिए . प्रायोगिक रूप से, द्रव्यमान अंतर है $1.238 s$, शून्य के अनुरूप; जीवन काल में अंतर है $8.954 s$, शून्य के अनुरूप भी।
 * , उदासीन रूप से चार्ज (एक डाउन क्वार्क और एक अजीब क्वार्क युक्त) में द्रव्यमान होता है $5.116 s$. इसका माध्य वर्गाकार आवेश त्रिज्या है $1/2$.
 * , तटस्थ रूप से आवेशित (ऊपर का प्रतिकण) (जिसमें एक अजीब क्वार्क और एक डाउन क्वार्क होता है) का द्रव्यमान समान होता है।

जैसा कि क्वार्क मॉडल दिखाता है, असाइनमेंट्स कि काओन समभारिक प्रचक्रण  के दो द्विक बनाते हैं; अर्थात्, वे SU(2) के मौलिक प्रतिनिधित्व से संबंधित हैं जिसे 2 कहा जाता है। विचित्रता के एक द्विक +1 में समाहित है  और यह. एंटीपार्टिकल्स अन्य डबलट (विचित्रता -1) का निर्माण करते हैं।

[*] लेख में मेसन की सूची देखें#न्यूट्रल काओन पर नोट्स मेसॉन की सूची, और #न्यूट्रल काओन मिक्सिंग, नीचे [§]मजबूत बल eigenstate। कोई निश्चित जीवनकाल नहीं (देखें #तटस्थ काओन मिश्रण)। [†]कमजोर बल eigenstate। मेकअप में छोटा CP उल्लंघन नहीं है|CP–उल्लंघन करने वाला शब्द (देखें #न्यूट्रल काओन मिक्सिंग). [‡] का द्रव्यमान और  के रूप में दिए गए हैं. हालांकि, यह ज्ञात है कि द्रव्यमान के बीच अपेक्षाकृत सूक्ष्म अंतर है और  के आदेश पर $1/2$ मौजूद।

हालांकि और इसके प्रतिकण  आमतौर पर मजबूत बल के माध्यम से उत्पन्न होते हैं, वे कमजोर बल का क्षय करते हैं। इस प्रकार, एक बार निर्मित होने के बाद दोनों को दो कमजोर 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 $493.677 MeV$.
 * अल्पकालिक तटस्थ काँव कहलाते हैं (के-शॉर्ट), मुख्य रूप से दो पियोन में क्षय होता है, और इसका औसत जीवनकाल होता है $1.238 s$.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, CP 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 अजीब 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 # कमजोर अंतःक्रियाओं में समता उल्लंघन। चूंकि कमजोर 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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 * }
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इतिहास
आंतरिक क्वांटम संख्या विचित्रता के साथ हैड्रोन की खोज कण भौतिकी में एक सबसे रोमांचक युग की शुरुआत 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 सकारात्मक रूप से 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 कमजोर 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$0.032 MeV$ मेसन।

क्षय बेहद धीमा था; विशिष्ट जीवनकाल के क्रम के होते हैं $0.11 s$. हालांकि, पियॉन-प्रोटॉन प्रतिक्रियाओं में उत्पादन समय के पैमाने के साथ बहुत तेजी से आगे बढ़ता है $497.648 MeV$. 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 मजबूत इंटरैक्शन में संरक्षित है लेकिन कमजोर इंटरैक्शन द्वारा उल्लंघन किया गया है। एक अजीब और एक अजीब विरोधी कण के एक साथ उत्पादन के कारण अजीब 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।

न्यूट्रल काओन मिक्सिंग
चूंकि तटस्थ काओं में विचित्रता होती है, इसलिए वे अपने स्वयं के प्रतिकण नहीं हो सकते। तब दो अलग-अलग तटस्थ काओन होने चाहिए, जो दो इकाइयों के विचित्रता 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 कमजोर 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 विचित्रता 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) मजबूत अंतःक्रियात्मक भौतिकी के कारण होते हैं जो विचित्रता का संरक्षण करते हैं। दो विकर्ण तत्वों को समान होना चाहिए, चूंकि कमजोर अंतःक्रियाओं की अनुपस्थिति में कण और प्रतिकण का द्रव्यमान समान होता है। ऑफ-डायगोनल तत्व, जो विपरीत विचित्रता वाले कणों को मिलाते हैं, कमजोर 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 विचित्रता 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 कमजोर अंतःक्रियात्मक ईजेनस्टेट्स (कमजोर बल के माध्यम से क्षय के तहत निश्चित औसत जीवनकाल वाले राज्य) के अस्तित्व की स्थापना की।

इन दो कमजोर 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। कमजोर 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 कमजोर 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 (CP = +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 CP के अलग-अलग मान होने चाहिए, और इसलिए तुरंत CP 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  कमजोर अंतःक्रियात्मक खुद के राज्यों हैं (क्योंकि उनके पास कमजोर 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  CP = −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। CERN और Fermilab में NA48 और KTeV प्रयोगों द्वारा 2000 के दशक की शुरुआत में kaon क्षय में प्रत्यक्ष CP उल्लंघन की खोज की गई थी।

यह भी देखें

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

ग्रन्थसूची

 * The quark model, by J.J.J. Kokkedee
 * The quark model, by J.J.J. Kokkedee
 * The quark model, by J.J.J. Kokkedee