द्रव्य आणि प्रतिद्रव्य

द्रव्य आणि प्रतिद्रव्य : पृथ्वीवर आढळणाऱ्या सर्वच द्रव्याच्या अणूंमध्ये धन विद्युत् भारित प्रोटॉन व विद्युत् भाररहित न्यूट्रॉन यांच्यापासून बनलेल्या धन विद्युत् भारित अणुकेंद्राभोवती ऋण भारित इलेक्ट्रॉन फिरत असतात परंतु या तिन्ही कणांच्या प्रतिकणांचा पुढे शोध लागला. तेव्हा या प्रतिकणांपासूनही एक प्रकारचे अणू त्यांना आपण प्रतिअणू म्हणू–बनू शकतील अशी कल्पना काही शास्त्रज्ञांना आली. असे प्रतिअणू खरोखरीच कोठे अस्तित्वात आहेत की नाहीत, याबद्दल अद्याप काहीच निश्चित माहिती मिळालेली नाही परंतु जर कोठेतरी ते असतील, तर त्यांच्यापासून बनणाऱ्या द्रव्याला प्रतिद्रव्य हे नाव देण्यात आले आहे. कोणताही मूलकण व त्याचा प्रतिकण यांचे विद्युत् चुंबकीय गुणधर्म परस्परांच्या विरुद्ध असतात परंतु इतर सर्व गुणधर्ण अगदी एकसारखे असतात. इलेक्ट्रॉनाचा (e^–) प्रतिकण म्हणजे पॉझिट्रॉन (e⁺) या दोघांची द्रव्यमाने एकसारखीच असतात, त्याचप्रमाणे त्यांचे विद्युत् भार ऋण आणि परिवलन हेही समान असतात परंतु इलेक्ट्रॉनाचा विद्युत् भार ऋण तर पॉझिट्रॉनाचा धन असतो. हीच गोष्ट प्रोटॉन ( p) व प्रतिप्रोटॉन यांनाही लागू आहे. न्यूट्रॉन (n) विद्युत् भाररहित असतो परंतु त्याला चुंबकीय परिबल असते व ते प्रतिन्यूट्रॉनाच्या (n) चुंबकीय परिबलाच्या विरुध्द दिशेने असते [→ अणूकेंद्रीय व आणवीय परिबले].

इ. स. १९५० नंतर अनेक ⇨ मूलकण व त्यांचे प्रतिकण यांचा शोध लागला आहे परंतु हे कण अत्यंत अल्पायुषी असतात. मुक्त प्रतिकण व त्यांच्या समुदायालाही प्रतिद्रव्य ही संज्ञा लावण्यात येते.

प्रतिद्रव्याच्या अणूत प्रतिप्रोट्रॉन व प्रतिन्यूट्रॉन यांपासून बनलेले ऋण विद्युत् भारित अणुकेंद्र मध्यभागी असून धन विद्युत् भारित पॉझिट्रॉन (म्हणजेच प्रतिइलेक्ट्रॉन) त्याच्याभोवती फिरत असले पाहिजेत. नेहमी आढळणाऱ्या द्रव्याच्या प्रत्येक मूलद्रव्याच्या अणूशी तुल्यधर्मी असे प्रतिअणूही असू शकतील. या दोन्ही प्रकारच्या अणूंचे वर्णपट व इतर सर्व गुणधर्म सर्वस्वी एकसारखे असतील. त्यांमधे सकृत् दर्शनी कोणताही फरक दिसणार नाही. प्रतिअणूंचे स्थैर्य अणूइतकेच असेल. प्रतिअणूंच्या संयोगाने प्रतिरेणूही बनू शकतील.

नेहमीच्या द्रव्याच्या संपर्कापासून पूर्णपणे अलिप्त असल्यास प्रतिद्रव्य चिरकाल टिकू शकेल परंतु (साध्या) द्रव्याशी संपर्क आल्याबरोबर प्रतिद्रव्य व (तुल्य द्रव्यमानाइतके) साधे द्रव्य संपूर्णतया नष्ट होऊन त्यांचे रूपांतर प्रथमतः π मेसॉन (एक मूलकण) व इतर अल्पायुषी मूलकणांत होईल. त्यानंतर ताबडताोब त्या कणांचे रूपांतर गॅमा किरण (अतिशय लहान तरंगलांबीचे व अतिशय भेदक किरण) व न्यूट्रिनो (एक मूलकण) यांमध्ये होईल आणि अणुबाँबच्या स्फोटापेक्षाही फार मोठ्या प्रमाणावर उर्जा बाहेर पडेल. द्रव्याचे ऊर्जेत रूपांतर करण्यासाठी ही सर्वांत जास्त प्रभावी प्रक्रिया असून रॉकेटांच्या प्रचलनासाठी तिचा उपयोग होऊ शकेल की काय या दृष्टीने काही प्रयोग सुरू आहेत.

प्रतिद्रव्याची उत्पत्ती : इलेक्ट्रॉनाचा प्रतिकण म्हणजे पॉझिट्रॉन. याच्या अस्तित्वाची शक्यता सैद्धांतिक रीत्या पी. ए. एम्. डिरॅक यांनी १९२९ मध्ये जाहीर केली व पुढे १९३२ मध्ये सी. डी. अँडरसन यांनी विश्वकिरणांच्या (बाह्य अवकाशातून पृथ्वीवर पडणाऱ्या अतिशय भेदक किरणांच्या) द्रव्याबरोबर होणाऱ्या परस्परक्रियेत निर्माण होणाऱ्या पॉझिट्रॉनांचा शोध लावला. कित्येक मानवनिर्मित किरणोत्सर्गी (भेदक कण व किरण बाहेर टाकणाऱ्या) अणूंच्या अणुकेंद्रांतून पॉझिट्रॉनांचे उत्सर्जन होत असते.

अती प्रचंड ऊर्जेचे (५·६ X १०^९ ev – इलेक्ट्रॉन व्होल्टपेक्षा जास्त ऊर्जेचे) प्रोटॉन दुसऱ्या प्रोटॉनावर आदळले असता ऊर्जेचे प्रोटॉन व प्रतिप्रोटॉन अशा जोडीमध्ये रूपांतर होते. ही विक्रिया पुढील समीकरणाने व्यक्त करता येते.

येथे p_E  हा ऊर्जायुक्त प्रोट़ॉन आहे.

बर्कली (अमेरिका) येथील ⇨ कणवेगवर्धकाच्या साहाय्याने अती उच्च ऊर्जेच्या प्रोट़ॉनांचा झोत मिळवून १९५५ मध्ये ओएन चेंबरलिन व ई. जी. सेग्रे यांनी याप्रमाणे प्रतिप्रोटॉनांची निर्मिती केली. याच प्रकारे प्रतिन्यूट्रॉनही निर्माण करता येतात. विश्वकिरणांतर्गत अती उच्च ऊर्जेच्या प्रोटॉनांमुळेही याच प्रकारे प्रतिप्रोटॉनांची उत्पत्ती होऊ शकते परंतु प्राथमिक विश्वकिरणांत प्रतिप्रोटॉनांचे वैपुल्य एक दशलक्ष कणांत एक प्रतिकण यापेक्षा कमी असते. विश्वोत्पत्तीच्या वेळी कणांच्या बरोबरच प्रतिकणांचीही उत्पत्ती झाली असण्याची शक्यता आहे.

प्रतिप्रोटॉन-प्रतिन्यूट्रॉनयुक्त ऋण भारित अणुकेंद्राभोवती पॉझिट्रॉन फिरत राहून ‘प्रतिअणू’ व अशा प्रतिअणूंपासून बनलेले प्रतिरेणू अद्याप निर्माण करता आलेले नाहीत. फक्त प्रतिड्यूटेरॉनाची निर्मिती आतापर्यंत शक्य झाली आहे (ड्यूटेरॉन हे ड्यूटेरियम या हायड्रोजनाच्या जड समस्थानिकाचे–भिन्न अणुभार असलेल्या प्रकाराचे–अणुभार असलेल्या प्रकाराचे–अणुकेंद्र आहे.)

द्रव्याशी परस्परक्रिया : प्रतिद्रव्य द्रव्याच्या पुरेसे जवळ आल्यास अत्यल्प काळात ते दोन्ही नष्ट होऊन त्यांचे ऊर्जेत रूपांतर होते. पॉझिट्रॉन व इलेक्ट्रॉन परस्परांच्या निकट आले, तर त्यांचे गॅमा किरण-ऊर्जेत रूपांतर होते.केव्हा केव्हा हे दोन कण परस्परांना बध्द होऊन त्यांचे एका अल्पायुषी अणूमध्ये रूपांतर होते,त्याला पॉझिट्रोनियम असे म्हणतात.

प्रोटॉन व प्रतिप्रोटॉन एकमेकांपासून १० ^–१३ सेंमी. पेक्षा कमी अंतरावर आले, तर १०^–२३ से. इतक्या अल्प अवधीत ते नष्ट होतात. प्रकट होणारी ऊर्जा प्रामुख्याने गॅमा किरण व न्यूट्रिनो यांच्या स्वरूपात असते, या आविष्काराला प्रत्यक्ष नष्टीकरण म्हणतात परंतु जास्त करून प्रतिप्रोटॉनांचे नष्टीकरण अप्रत्यक्ष रीतीने होते. या पद्धतीत ऋण विद्युत् भारधारी प्रतिप्रोटॉन द्रव्याच्या एखाद्या अणूतील इलेक्ट्रॉनाची जागा घेतो व त्या अणूच्या अणुकेंद्राभोवती फिरत रहातो. अशा रचनेला न्यूक्लिओनियम अणू असे म्हणतात. अशा प्रकारचा अत्यंत साधा अणू म्हणजे प्रोटोनियम अणू यामध्ये एक प्रोट्रॉन व एक प्रतिप्रोटॉन परस्परांना बद्ध होऊन त्यांच्या गुरुत्वमध्याभोवती फिरत रहातात. अशा प्रकारच्या अणूंचा सैध्दांतिक व प्रायोगिक अभ्यास पुष्कळ झाला आहे. हे अणूही अल्पजीवी असतात व शेवटी प्रोटॉन–प्रतिप्रोटॉन परस्परांना पुरेसे निकट येऊन त्यांचे नष्टीकरण होते.

विश्वातील प्रतिद्रव्य़ाचे स्थान : प्रतिअणू व प्रतिरेणू द्रव्याच्या सान्निध्यात न आल्यास त्यांचे स्थैर्य अणु–रेणूंच्या बरोबरीचेच असते. त्यांचे सर्व गुणधर्मही तत्सदृश अणु–रेणूंच्या सारखेच असतील. सममितीच्या द्दष्टिकोनातून पाहता या विश्वातील एकूण द्रव्य व प्रतिद्रव्य ही समसमान असली पाहिजेत. त्याचप्रमाणे विश्वोत्पत्तीच्या वेळी ही दोन्हीही एकदमच उत्पन्न झाली असली पाहिजेत पण ती परस्परांच्या सन्निध तर राहूच शकत नाहीत मग कोणत्या यंत्रणेने ती परस्परांपासून अलग झाली असतील, हे एक कोडेच आहे.

वर्तमान विश्वात कोठेही या दोहोंचे मिश्रण असण्याची शक्यता नाही, तेव्हा या विश्वात प्रतिद्रव्य असलेच, तर ते अगदी अलग अशा प्रतिदीर्घिकांच्या (प्रतिद्रव्याच्या बनलेल्या दीर्घिकांच्या–तारामंडळांच्या) गुच्छांच्या स्वरूपात असेल पण पृथ्वीवरून केलेल्या निरिक्षणावरून त्यांचे सत्य स्वरूप ओळखता येणे शक्य नाही. काही लोकांच्या मते संपूर्णपणे प्रतिद्रव्यापासून बनलेले असे आपल्या विश्वासारखेच एक प्रतिविश्व अस्तित्वात असावे.

क्वासारापासून [ → क्वासार] अगदी थोड्या आकारमानातून जी प्रचंड ऊर्जा बाहेर येत असते तिची समाधानकारक उपपत्ती द्रव्यप्रतिद्रव्याच्या नष्टीकरणाने देता येते. रेडिओ दीर्घिका व अवकाशातील क्ष-किरण उद्‌गमांच्या बाबतीतही या उपपत्तीची शक्यता आहे परंतु इतर प्रकारेही त्या आविष्कारांचे स्पष्टीकरण करता येते.

प्रतिगुरुत्वाकर्षण : दोन द्रव्यकणांमधील गुरुत्वाकर्षणाची प्रेरणा आकर्षणाची असते तेव्हा द्रव्य व प्रतिदव्य यांच्या मध्ये अपसरणाची (एकमेकांना दूर सारण्याची) प्रेरणा असण्याची शक्यता आहे, याला प्रतिगुरुत्वाकर्षण असे म्हणतात. ⇨ सापेक्षता सिद्धांतानुसार प्रतिगुरुत्वाकर्षण असंभवनीय आहे परंतु अद्याप या गोष्टीला निर्णायक प्रायोगिक पुरावा मिळालेला नाही परंतु प्रतिगुरुत्वाकर्षणाची सत्यता सिद्ध झाली, तर मग सापेक्षता सिद्धांतामध्ये मोठा अमूलाग्र बदल करावा लागेल.

संदर्भ : 1. Bennomot, R. Concepts in physics, New Delhi, 1965.

           2. Duquesue, M. Matter and Antimatter, New York, 1960,

पुरोहित, वा. ल.

“