परमाणु पायस: Difference between revisions

'''परमाणु पायस''' प्लेट एक प्रकार का [[ कण डिटेक्टर |पार्टिकल डिटेक्टर]] है जिसका उपयोग पहली बार 20 वीं शताब्दी के प्रारंभिक दशकों में परमाणु और [[ कण भौतिकी |कण भौतिकी]] के प्रयोगों में प्रयोग किया गया था।<ref name="CERN">{{cite journal |last1=Herz |first1=A.J. |last2=Lock |first2=W.O. |title=Nuclear Emulsions |journal=CERN Courier |date=May 1966 |volume=6 |pages=83–87}}  https://cds.cern.ch/record/1728791/files/vol6-issue5-p083-e.pdf</ref><ref name="PFP">''The Study of Elementary Particles by the Photographic Method'', C.F.Powell, P.H.Fowler, D.H.Perkins: Pergamon Press, New York, 1959.</ref><ref name="Barkas">Walter H. Barkas, ''Nuclear Research Emulsions I. Techniques and Theory'', in ''Pure and Applied Physics: A Series of Monographs and Textbooks, Vol. 15'', Academic Press, New York and London, 1963. http://becquerel.jinr.ru/text/books/Barkas_NUCL_RES_EMULSIONS.pdf</ref> यह [[ फोटोग्राफिक प्लेट |फोटोग्राफिक प्लेट]] का संशोधित रूप है जिसका उपयोग अल्फा-कण, [[ न्यूक्लियॉन |न्यूक्लियॉन]], [[ लेपटोन |लेपटोन]] या मेसॉन जैसे तीव्र आवेशित कणों को रिकॉर्ड करने और जांच करने के लिए किया जा सकता है। पायस को प्रदर्शित करने और विकसित करने के बाद, एकल कण ट्रैक देखे जा सकते हैं और जिसे माइक्रोस्कोप का उपयोग करके मापा जा सकता है।

परमाणु पायस प्लेट फोटोग्राफिक प्लेट का संशोधित रूप है, जो [[ जेलाटीन |जिलेटिन]] के मोटे [[ फोटोग्राफिक पायस |फोटोग्राफिक पायस]] के साथ लेपित होता है, जिसमें बहुत पतला [[ चांदी हलाइड |सिल्वर हलाइड]] ग्रेन्स की उच्च सांद्रता होती है; पायस की त्रुटिहीन संरचना को कण का पता लगाने के लिए अनुकूलित किया जा रहा है।

इसमें अत्यधिक उच्च स्थानिक शुद्धता का लाभ है, जो केवल सिल्वर हलाइड ग्रेन्स (कुछ [[ माइक्रोन |माइक्रोन]] ) के आकार तक सीमित है, शुद्धता जो आधुनिक कण डिटेक्टरों में से भी उत्तम है (के-मेसन क्षय के नीचे की छवि में पैमाने का निरीक्षण करें)। इमल्शन प्लेटों का ढेर कणों की परस्पर क्रियाओं को रिकॉर्ड और संरक्षित कर सकता है जिससे उनके प्रक्षेपवक्र को 3-आयामी अंतरिक्ष में सिल्वर-हैलाइड ग्रेन्स के निशान के रूप में अंकित किया जा सके, जिसे सूक्ष्म पैमाने पर किसी भी स्वरूप से देखा जा सकता है।<ref name="Barkas"/> इसके अतिरिक्त, इमल्शन प्लेट एकीकृत उपकरण है जिसे डेटा की वांछित मात्रा जमा होने तक प्रकाशित या विकिरणित किया जा सकता है। यह कॉम्पैक्ट है, जिसमें कोई संबद्ध रीड-आउट केबल या इलेक्ट्रॉनिक्स नहीं है, जिससे प्लेटों को बहुत ही सीमित स्थानों में स्थापित किया जा सकता है और अन्य डिटेक्टर तकनीकों की तुलना में, निर्माण, संचालन और रखरखाव के लिए काफी कम खर्चीला है। [[ ब्रह्मांडीय किरणों |ब्रह्मांडीय किरणों]] के उच्च-ऊंचाई, पर्वत और गुब्बारे आधारित अध्ययनों को सक्षम करने में ये विशेषताएं निर्णायक थीं, जिससे [[ पी आंखें |पाई-मेसन]] की खोज हुई<ref name="Powell">{{cite journal |author=C. Lattes, G. Occhialini, H. Muirhead and C. Powell |year=1947 |title=Processes Involving Charged Mesons |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=159 |pages=694–697 }}</ref><ref name="Powell2">G. P. S. Occhialini, C. F. Powell, ''Nuclear Disintegrations Produced by Slow Charged Particles of Small Mass'', Nature '''159''', 186–190 & '''160''', 453–456, 1947</ref> और [[ के-मेसन |के-मेसन]] क्षय में समता उल्लंघन हुआ;<ref name="Brown">R.Brown et al. ''Observations with Electron-Sensitive Plates Exposed to Cosmic Radiation Part 2: Further evidence for the existence of unstable charged particles, of mass ∼1,000 me, and observations on their mode of decay'' Nature 163, 82–87 (1949). https://doi.org/10.1038/163082a0</ref> आधुनिक प्रयोगात्मक कण भौतिकी के विकास में एक महत्त्वपूर्ण घटना परिभाषित करते हुए, उप-परमाणु [[ कण चिड़ियाघर |कण चिड़ियाघर]] की वास्तविक प्रकृति और सीमा पर प्रकाश डालना।<ref name="CERN"/>

परमाणु पायस का मुख्य हानि यह है कि यह सघन और जटिल सामग्री ([[ चांदी]], [[ ब्रोमिन |ब्रोमिन]], [[ कार्बन |कार्बन]], [[ नाइट्रोजन |नाइट्रोजन]], [[ ऑक्सीजन |ऑक्सीजन]] ) है जो संभावित रूप से कई बिखरने और आयनकारी ऊर्जा हानि के माध्यम से अन्य डिटेक्टर घटकों के लिए कणों की उड़ान को बाधित करता है। अंत में, उपयोगी, 3-आयामी डिजीटल डेटा प्राप्त करने के लिए इमल्शन की बड़ी मात्रा का [[ फोटोग्राफिक विकास |फोटोग्राफिक विकास]] और स्कैनिंग धीमी और श्रम सघन प्रक्रिया है।

नए कण डिटेक्टर और [[ कण त्वरक |कण त्वरक]] प्रौद्योगिकियों के उद्भव के साथ-साथ इन हानियों ने 20 वीं शताब्दी के अंत में कण भौतिकी में परमाणु पायस प्लेटों के उपयोग में गिरावट का नेतृत्व किया।<ref name="CERN"/> चूँकि दुर्लभ प्रक्रियाओं के अध्ययन और विज्ञान की अन्य शाखाओं, जैसे चिकित्सा और जीव विज्ञान में [[ ऑटोरैडियोग्राफी |ऑटोरैडियोग्राफी]], में इस पद्धति का उपयोग जारी है।

विषय के व्यापक और तकनीकी रूप से विस्तृत विवरण के लिए बरकस<ref name="Barkas"/>, पॉवेल, फाउलर और पर्किन्स की पुस्तकों का संदर्भ लें।<ref name="PFP"/> परमाणु पायस पद्धति के इतिहास और व्यापक वैज्ञानिक संदर्भ की व्यापक समीक्षा के लिए, गैलिसन की पुस्तक देखें।<ref name="Galison">Galison, Peter (1997). ''Image and logic: a material culture of microphysics. Chapter 3, Nuclear Emulsions: The Anxiety of the Experimenter.'' Chicago, Illinois: University of Chicago Press. ISBN 9780226279176.</ref>

1896 में [[ हेनरी बेकरेल |हेनरी बेकरेल]] द्वारा [[ रेडियोधर्मिता |रेडियोधर्मिता]] की खोज के बाद<ref>{{cite journal|author=Henri Becquerel|title =Sur les radiations émises par phosphorescence|journal=Comptes Rendus |volume = 122| pages = 420–421|year=1896|url=http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k30780/f422.chemindefer}}</ref> फोटोग्राफिक इमल्शन का उपयोग करते हुए, [[ अर्नेस्ट रदरफोर्ड |अर्नेस्ट रदरफोर्ड]], पहले कनाडा में [[ मैकगिल विश्वविद्यालय |मैकगिल विश्वविद्यालय]] में काम कर रहे थे, फिर इंग्लैंड में [[ मैनचेस्टर विश्वविद्यालय |मैनचेस्टर विश्वविद्यालय]] में, [[ रेडियोधर्मी |रेडियोधर्मी]] सामग्री द्वारा उत्सर्जित विकिरण का विस्तार से अध्ययन करने के लिए उस पद्धति का उपयोग करने वाले पहले भौतिकविदों में से एक थे।<ref name="Ruth">E. Rutherford, Philosophical Magazine, July 1905, January 1906 and April 1906</ref>

 

[[File:Physicist S.Kinoshita at the University of Manchester in 1910.jpg|thumb|शीर्ष | 1910 में मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में भौतिक विज्ञानी किनोशिता सुएकिती।]]किनोशिता ने अपने उद्देश्यों में सम्मिलित किया "यह देखने के लिए कि क्या एकल 𝛂-कण ने एक पता लगाने योग्य फोटोग्राफिक घटना का उत्पादन किया"। उनकी पद्धति सही प्रकार से मापा रेडियोधर्मी स्रोत से विकिरण के लिए पायस को प्रदर्शित करना था, जिसके लिए 𝛂-कणों की उत्सर्जन दर ज्ञात थी। उन्होंने उस ज्ञान और प्लेट की स्रोत से सापेक्ष निकटता का उपयोग किया, जिससे प्लेट को पार करने वाले 𝛂-कणों की संख्या की गणना की जा सके। उन्होंने उस संख्या की तुलना उन विकसित हलाइड ग्रेन्सों की संख्या से की, जिन्हें उन्होंने इमल्शन में गिना था, '[[ पृष्ठभूमि विकिरण ]]' का सावधानीपूर्वक लेखा लेते हुए, जिसने एक्सपोज़र में अतिरिक्त 'नॉन-अल्फा' ग्रेन्स का उत्पादन किया। उन्होंने इस शोध परियोजना को 1909 में पूरा किया।<ref>Rutherford communicated Kinoshita's paper to the Royal Society in November 1909</ref> यह दिखाते हुए कि यह संभव था "बहुत पतला सिल्वर हैलाइड ग्रेन्स की इमल्शन फिल्म तैयार करके, और उच्च आवर्धन के माइक्रोस्कोप का उपयोग करके, फोटोग्राफिक विधि को काफी शुद्धता के साथ 𝛂-कणों की गिनती के लिए लागू किया जा सकता है"।<ref name="Kinoshita">{{cite journal |last1=Kinoshita |first1=S. |title=The Photographic Action of the 𝛂-Particles emitted from Radioactive Substances |journal= Proc. R. Soc. |date=1910 |volume=83A |pages=432–458}}</ref> यह पहली बार था कि फोटोग्राफिक इमल्शन के माध्यम से अलग-अलग आवेशित कणों का अवलोकन प्राप्त किया गया था।<ref name="CERN"/> चूँकि, यह अलग-अलग कण प्रभावों का पता लगाना था, न कि किसी कण के विस्तारित प्रक्षेपवक्र का अवलोकन। इसके तुरंत बाद, 1911 में, मैक्स रींगानम<ref>Maximilian Reinganum (1876-1914) was Professor of Physics at the [[University of Freiburg]] im Breisgau in 1911. He is referenced in "The Collected Papers of Albert Einstein, Volume 1: The Early Years, 1879-1902", p305. Princeton University Press (1987) ISBN 0-691-08407-6.

''Maximilian Reinganum (1876-1914) was not Dutch, but the article in [[Annalen der Physik]] [*] on the electron theory of metals is datelined “Leiden Mia 1900”.  By use of the equipartition theorem, Reinganum derived an expression for the ratio between thermal and electrical conductivity, which was equivalent to that given by [[Paul Drude]], but which could be evaluated more precisely.  Reinganum’s result was in good agreement with experiment.'' [*] Max Reinganum (1900): "Theoretical determination of the ratio of heat and electricity conduction of metals from Drude's electron theory", [[Annalen der Physik]] Volume 307 Issue 6 Pages 398-403. https://doi.org/10.1002/andp.19003070613</ref> दिखाया गया है कि फोटोग्राफिक इमल्शन के माध्यम से 𝛂-कण के पारित होने का उत्पादन होता है, जब इमल्शन विकसित किया गया था, 𝛂-कण के प्रक्षेपवक्र को रेखांकित करने वाले चांदी के हलाइड ग्रेन्स की एक पंक्ति; पायस में विस्तारित कण ट्रैक का पहला अवलोकन रिकॉर्ड किया गया।<ref>Reinganum, M. ‘Streuung und photographische Wirkung der 𝛂-Strahlen’ Phys. Z., vol. 12, p 1076 (1911)</ref><ref name="CERN"/>

अगला कदम स्वाभाविक रूप से 1912 में [[ विक्टर हेस |विक्टर हेस]] द्वारा खोजी गई कॉस्मिक किरणों सहित अन्य कण प्रकारों का पता लगाने और अनुसंधान के लिए इस तकनीक को लागू करना होगा। चूँकि, 1914 में [[ प्रथम विश्व युद्ध |प्रथम विश्व युद्ध]] के प्रारंभ से प्रगति रुक ​​गई थी। मानक फोटोग्राफिक इमल्शन के कण पहचान प्रदर्शन में सुधार का उत्कृष्ट उद्देश, अन्य प्रकार के कण - प्रोटॉन का पता लगाने के लिए, उदाहरण के लिए, 𝛂-कण के कारण होने वाले आयनीकरण का लगभग एक चौथाई उत्पादन करता है<ref>A doubly ionised [[Helium]] ion</ref> - 1920 के दशक में विभिन्न भौतिक अनुसंधान प्रयोगशालाओं द्वारा फिर से लिया गया।<ref name="CERN"/>

विशेष रूप से [[ ऑस्ट्रिया |ऑस्ट्रिया]] में विएना के रेडियम अनुसंधान संस्थान में काम कर रहे [[ मारिएटा ब्लाउ |मारिएटा ब्लाउ]] ने 1923 में प्रोटॉन का पता लगाने के लिए वैकल्पिक प्रकार के फोटोग्राफिक इमल्शन प्लेटों की जांच करना प्रारंभ किया, जिसे उस समय "एच-रे" के रूप में जाना जाता था। उसने [[ पैराफिन मोम |पैराफिन मोम]] को विकिरणित करने के लिए 𝛂-कणों के रेडियोधर्मी स्रोत का उपयोग किया, जिसमें हाइड्रोजन की उच्च सामग्री होती है। 𝛂-कण हाइड्रोजन नाभिक (प्रोटॉन) से टकरा सकता है, उस प्रोटॉन को मोम से बाहर निकालकर फोटोग्राफिक इमल्शन में डाल सकता है, जहाँ यह सिल्वर हैलाइड ग्रेन्स का दृश्य ट्रैक बनाता है। कई परीक्षणों के बाद, विभिन्न प्लेटों का उपयोग करके और अवांछित विकिरण से पायस के सावधानीपूर्वक परिरक्षण के बाद, वह परमाणु पायस में प्रोटॉन ट्रैक्स का पहला अवलोकन करने में सफल रही।<ref>Marietta Blau, ''The photographic effect of natural H-rays'', (in German), Sitzungsberichte Akademie der Wissenschaften in Wien, IIa 134: 427 (1925). English translation (http://cwp.library.ucla.edu/articles/blau/blau-rosenz.html)</ref> लेटरल थिंकिंग के सरल उदाहरण के द्वारा, उसने परमाणु इमल्शन में [[ न्यूट्रॉन |न्यूट्रॉन]] का पहला 'अवलोकन' करने के लिए समान विधि लागू की। विद्युत रूप से तटस्थ होने के कारण, न्यूट्रॉन को सीधे फोटोग्राफिक इमल्शन में नहीं देखा जा सकता है, लेकिन यदि यह इमल्शन में प्रोटॉन से टकराता है, तो रिकॉइलिंग प्रोटॉन का पता लगाया जा सकता है।<ref>Marietta Blau and Hertha Wambacher, ''Photographic detection of protons liberated by neutrons. II'', Sitzungsberichte Akademie der Wissenschaften in Wien, 141: 617 (1932).</ref> उन्होंने विशिष्ट परमाणु प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं से उत्पन्न न्यूट्रॉन के ऊर्जा स्पेक्ट्रम को निर्धारित करने के लिए इस पद्धति का उपयोग किया। उसने अपनी पटरियों के साथ प्रकाशित ग्रेन्स घनत्व को मापकर प्रोटॉन ऊर्जा निर्धारित करने के लिए विधि विकसित की (तेज न्यूनतम आयनीकरण कण धीमे कणों की तुलना में कम ग्रेन्स के साथ बातचीत करते हैं)। तेज प्रोटॉन के लंबे ट्रैक को अधिक त्रुटिहीन रूप से रिकॉर्ड करने के लिए, उन्होंने ब्रिटिश फिल्म निर्माता इलफ़र्ड (अब [[ इलफ़र्ड फोटो |इलफ़र्ड फोटो]] ) को अपनी व्यावसायिक प्लेटों पर पायस को मोटा करने के लिए सूचीबद्ध किया, और उन्होंने अन्य पायस - ग्रेन्स का आकार, अव्यक्त छवि प्रतिधारण, विकास की स्थिति - अल्फा-कण और फास्ट-प्रोटॉन ट्रैक की दृश्यता में सुधार मापदंडों के साथ प्रयोग किया।<ref>Ruth Lewin Sime, ''Marietta Blau in the history of cosmic rays'', Physics Today, Volume 65, Issue 10, p.8, October 2012</ref> 1937 में, मारिएटा ब्लाउ और उनकी पूर्व छात्रा [[ हर्था वैंबाकर |हर्था वैंबाकर]] ने परमाणु विघटन सितारों (ज़र्ट्रुमेरुंगस्टर्न) की खोज की, जो [[ इंसब्रुक |इंसब्रुक]] के ऊपर [[ हाफलेकरस्पिट्ज |हाफलेकरस्पिट्ज]] पर 2300 मीटर की ऊंचाई पर ब्रह्मांडीय विकिरण के संपर्क में आने वाले परमाणु पायस में फैलाव के कारण थे।<ref>Marietta Blau and Hertha Wambacher: ''Disintegration Processes by Cosmic Rays with the Simultaneou Emission of Several Heavy Particles'', Nature 140: 585 (1937).</ref> इस खोज ने परमाणु और ब्रह्मांडीय किरण भौतिकी की दुनिया में सनसनी उत्पन्न कर दी, जिसने परमाणु पायस विधि को व्यापक दर्शकों के ध्यान में लाया। लेकिन [[ द्वितीय विश्व युद्ध |द्वितीय विश्व युद्ध]] के लिए अग्रणी ऑस्ट्रिया और जर्मनी में राजनीतिक अशांति की प्रारंभ ने मारिएटा ब्लाउ के लिए अनुसंधान के उस क्षेत्र में प्रगति को अचानक रोक दिया।<ref>Robert Rosner, Brigitte Strohmaier (ed.): ''Marietta Blau, Stars of Disintegration. A biography of a pioneer of modern particle physics''. Böhlau, Vienna 2003, {{ISBN|3-205-77088-9}} (in German)</ref><ref>Sime, R.L. ''Marietta Blau: Pioneer of Photographic Nuclear Emulsion and Particle Physics.'' Phys. Perspect. 15, 3-32 (2013).

 

  [[File:Cecil Powell.jpg|thumb|upright=0.75|शीर्ष | सेसिल पॉवेल]]इसने पावेल को आकर्षित किया, जिन्होंने हेटलर को एलफोर्ड हाफ-टोन इमल्शन के एक बैच के साथ स्विट्जरलैंड की यात्रा करने के लिए मना लिया<ref>These emulsions were clearly not standard Ilford photographic plates. In their published paper Heitler et al. state "A set of Ilford half-tone plates (emulsion 70 microns thick and sensitive to 𝛂-particles and protons)", which is almost certainly the type produced to Blau's 1937 research specifications.</ref> और उन्हें 3,500 मीटर पर [[ जंगफ्राउ |जंगफ्राजोक]] पर प्रदर्शित किया। अगस्त 1939 में 'प्रकृति' को लिखे पत्र में, वे ब्लाऊ और वम्बाचर की टिप्पणियों की पुष्टि करने में सक्षम थे।<ref>W. HEITLER, C. F. POWELL & G. E. F. FERTEL, ''Heavy Cosmic Ray Particles at Jungfraujoch and Sea-Level'', Nature volume 144, pages 283–284 (1939)</ref><ref>Owen Lock  ‘’Half a century ago - The pion pioneers’’ CERN Courier vol. 37 no. 5 June 1997 pp 2-6.</ref><ref>Curiously, although Galison notes that "Dispatched to expose plates [at the Jungfrau], one of Powell’s colleagues returned on 20 December 1938" he does not name that colleague as Heitler and makes no reference to the joint paper which was Powell's first using the Nuclear emulsion method.</ref>

 

नए कण डिटेक्टर और कण त्वरक प्रौद्योगिकियों के उद्भव, परिचय में उल्लिखित हानि के साथ, 20 वीं शताब्दी के अंत में कण भौतिकी में परमाणु पायस प्लेटों के उपयोग में गिरावट का नेतृत्व किया।<ref name="CERN"/> चूँकि दुर्लभ अंतःक्रियाओं और क्षय प्रक्रियाओं के अध्ययन में इस पद्धति का उपयोग जारी रहा।<ref>Nuclear Emulsion Evidence for Parity Nonconservation in the Decay Chain