मूलकण : भौतिकीय विश्वात स्थूल स्तरावरील दीर्घिका (आकाशगंगेसारखी तारामंडळे) व तारे यांपासून सुरुवात करून सूक्ष्म स्तरावर आढळणाऱ्या अणुरेणूपर्यंत एकंदर भौतिकी सत्याचा विचार केल्यास त्यामध्ये द्रव्य व प्रारण (तरंगरूपी उर्जा) या दोन मूलभूत तत्त्वांचे दर्शन घडते. ही दोन तत्त्वे कोणत्या मूलघटक कणांपासून निर्माण झाली व या मूलघटक कणांमध्ये कोणत्या प्रकारची परस्परक्रिया (किंवा प्रेरणा) संपन्न झाल्यामुळे हे कण एकत्र येऊन त्यांनी सध्या दृष्टोत्पत्तीस पडणारी भौतिकीय सृष्टी उत्पन्न केली, या दोन प्रश्नांचा विचार वैज्ञानिक पहिल्यापासूनच करीत आले आहेत. या दोन तत्त्वांच्या मूलघटकांकरिता ‘मूलकण’ही संज्ञा प्रथम उपयोगात आणली गेली. या दृष्टीने पाहता मूलकण हा अविभाज्य असावा, त्यास आंतरिक संरचना (अवयव) नसावी किंवा त्यास आकार किंवा आकारमान नसावे, ते शाश्वत स्वरूपाचे असावेत, अशा अनेक अपेक्षा मूलकणांबद्दल निर्माण होतात. सध्या मूलकण म्हणून ज्ञात असलेल्या अनेक मूलकणांकरिता या अपेक्षा मोठ्या प्रमाणात यथार्थ ठरत नाहीत, कारण प्रयोगशाळेत सापडलेल्या कणांपैकी बहुसंख्य कणांना शाश्वत स्वरूप नाही असे आढळते.
द्रव्याचे अंतिम घटक शोधून काढण्याच्या मानवी प्रयत्नांत अनेक महत्त्वाचे टप्पे दिसून येतात. घन पदार्थ बघितला, तर तो स्फटिक घटकांपासून बनलेला असतो आणि स्फटिक एककातील मूलघटक अणू किंवा रेणू हा असतो. एकापेक्षा जास्त अणू एकत्र बांधले गेले की, त्यांपासून काही रेणू निर्माण होतात. त्यामुळे रेणूपेक्षा अणूचे स्वरूप जास्त मूलभूत आहे, हे स्पष्ट हाते. अणूला सुद्धा संरचना आहे. त्याच्या मध्यभागी धन विद्युत् भारित अणुकेंद्र असून त्याभोवती अनेक ऋण विद्युत् भारित इलेक्ट्रॉन असतात. अणूंमधील अणूकेंद्र आणि इलेक्ट्रॉन यांना एकत्र बांधून ठेवणारी प्रेरणा विद्युत् चुंबकीय स्वरूपाची असते. मनुष्याला पंचेंद्रियांच्या साहाय्याने (उदा., पाहणे, ऐकणे, वास किंवा चव घेणे, स्पर्श करणे) बाह्यसृष्टीविषयी जे ज्ञान मिळत असते, त्या पद्धतीमागे असणारी प्रेरणा चुंबकीय स्वरूपाचीच असते.
ज्याप्रमाणे छेडलेल्या तारेमधून तारेच्या काही ऊर्जेचे ध्वनितरंग या प्रारण स्वरूपात उत्सर्जन होऊ शकते, त्याचप्रमाणे काही विशिष्ट परिस्थितीमध्ये अणूला जर ऊर्जा पुरविली, तर तिच्यापैकी काही भाग विद्युत् चुंबकीय प्रारणाच्या स्वरूपात तो उत्सर्जित करू शकतो. ही ऊर्जा सर्व परिस्थितींमध्ये प्रकाशवेगाएवढ्या एकाच वेगाने प्रसारित केली जाते, हे प्रक्रियेचे वैशिष्ट्य आहे. अशा प्रकारे उत्सर्जित केलेल्या प्रारण-ऊर्जेला तरंग व कण या दोहोंचे गुणधर्म असतात, असे प्रयोगाने आढळते. विद्युत् चुंबकीय प्रारणाच्या मूलकणाला ⇨ फोटॉन असे म्हणतात. फोटॉनाची ऊर्जामूल्ये निरनिराळी असू शकतात पण इतर सर्व बाबतीत ते एकरूप असतात. योग्य उपकराणाद्वारे फोटॉनांचे गणन करता येते. इलेक्ट्रॉनासारखे द्रव्यकण व फोटॉन यांमध्ये जर परस्परक्रिया झाली (उदा., आघात), तर त्याचे संख्यात्मक वर्णन या प्रक्रियेकरिता ऊर्जा व संवेग (कणाचे द्रव्यमान व त्याचा वेग यांच्या गुणाकाराने निर्देशित होणारी राशी) या दोन राशींच्या अक्षय्यता तत्त्वाचा उपयोग गृहीत धरून करतात [ ⟶ द्रव्य आणि उर्जा यांची अक्षय्यता संवेगाची अक्षय्यता]. या अक्षय्यता सिद्धांताच्या वापरामध्ये दोन्ही तत्त्वे कणस्वरूपी आहेत, हे गृहीत अभिप्रेत असते.ऐतिहासिक दृष्ट्या पाहता इलेक्ट्रॉन आणि फोटॉन हे मनुष्यास प्रथम सापडलेले दोन मूलकण होत.
अणुकेंद्राला संरचना असते. निरनिराळ्या अणूंच्या अणुकेंद्रातील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन या दोन मूलघटकांच्या संख्या वेगवेगळ्या असतात. प्रोटॉन व न्यूट्रॉन या घटक कणांना पण संरचना आढळते. हे दोन्ही कण त्यांच्यापेक्षा अधिक सूक्ष्म अशा क्वार्क या मूलकणांपासून बनलेले आहेत, असे आधुनिक भौतिक मानते. क्वार्कमध्ये मुख्यतः सहा प्रकार असतात असे दर्शविणारा अप्रत्यक्ष पुरावा उपलब्ध आहे आणि या प्रत्येक प्रकारामध्ये प्रत्येकी तीन वेगवेगळ्या रंगांचे (तांबडा, हिरवा व निळा) उपप्रकार आहेत, असे गृहित धरावे लागते. अति-ऊर्जाशाली इलेक्ट्रॉन, प्रोट्रॉन, न्यूट्रॉन किंवा फोटॉन यांची प्रयोगशाळेत निर्मिती करून त्यांवर किंवा त्यांच्यायोगे अनेक महत्त्वाचे असे प्रयोग करण्यात आले आहेत पण प्रयोगशाळेत अजूनपर्यंत कोणत्याही प्रकारचा क्वार्क मुक्तावस्थेत सापडलेला नाही मात्र त्यांच्या अस्तित्वाबद्दल बराच अप्रत्यक्ष पुरावा उपलब्ध झाला आहे. क्वार्क कणावर धन व ऋण या दोन्ही प्रकारचे पारंपारिक विद्युत् भार असतात पण त्यांमधील परस्परक्रिया फक्त विद्युत् चुंबकीय स्वरूपाची अशी नसते. या नवीन तऱ्हेच्या परस्परक्रियेचे वर्णन करण्याकरिता क्वार्कजवळ विद्युत् भारासारखाच आणखी एक गुणधर्म असतो असे मानतात. याकरिता क्वार्काना वर उल्लेख केल्याप्रमाणे तांबडा, हिरवा व निळा असे तीन प्रकारचे निरनिराळे रंग आहेत, असे म्हणतात. या रंगांच्या विरुद्ध गुणधर्मांचे प्रतितांबडा, प्रतिहिरवा व प्रतिनिळा असे आणखी तीन रंग आहेत. असे पण मानतात. क्वार्कावर जो रंगभार असतो त्यामुळे दोन क्वार्कांमध्ये एक प्रेरणा निर्माण होत असते. निरनिराळ्या प्रकारच्या ग्लुऑन या द्रव्यमानविरहित प्रकाशवेगाने जाणाऱ्या क्षेत्र पुंजकणांपासून ही प्रेरणा निर्माण होत असते. क्वार्क-क्वार्कमध्ये निर्माण होणाऱ्या प्रेरणेचे स्वरूप अणुकेंद्रीय न्यूट्रॉन-प्रोटॉन (किंवा प्रोटॉन-प्रोटॉन) यांमध्ये जी आकर्षणी प्रबल प्रेरणा मिळते तीपेक्षा निराळे आहे, असे दाखविता येते. मोठ्या द्रव्यमानाच्या अणुकेंद्राचे वर्णन निरनिराळ्या संख्येत उपस्थित असलेल्या प्रोटॉन व न्यूट्रॉन या कणांचे पुजंके असे करता येते. त्याप्रमाणे निसर्गात व प्रयोगशाळेत सापडलेले विविध मूलकण (१९८४ सालापर्यंत संख्येने जवळजवळ २००) हे विविध प्रकारच्या, निरनिराळ्या संख्येत उपस्थित असणाऱ्या क्वार्कांचे पुजके आहेत, असे वर्णन करता येते. क्वार्कांना एकत्र आणणाऱ्या ग्लुऑन कणांना रंगभार असतो. त्यामुळे विविध प्रकारचे ग्लुऑन केवळ एकत्र येऊन पुंजके बनवू शकतील अशी अपेक्षा करता येते पण या निष्कर्षाचा पाठपुरावा करणारा प्रदत्त (आकडेवारी वा अन्य माहिती) प्रयोगशाळेत अजून मिळाला नाही.
अंतिम द्रव्य घटकाचा शोध घेण्याच्या प्रयत्नात अणूपेक्षा सूक्ष्म वा त्याच्या साधारण द्रव्यमानाएवढे जे जे कण प्रयोगशाळेत सापडले त्या सर्वांस मूलकण ही संज्ञा आज भौतिकीमध्ये देतात. हे सर्व मूलकण निसर्गात मुक्त स्वरूपात मिळतातच असे नाही. सापडलेल्या मूलकणांपैकी बहुसंख्य कण अशाश्वत स्वरूपाचे असून त्याचे दोन किंवा अधिक घटकांमध्ये उत्स्फूर्तपणे विभाजन किंवा क्षय होताना आढळतो. त्यामुळे व्यवहारदृष्ट्या अणूचे प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन व फोटॉन याच मुख्य घटकांच्या स्वरूपात सुलभपणे दर्शन होऊ शकते.
ऊर्जेच्या दृष्टीने पाहता रेणूचे त्याच्या घटक अणूंमध्ये विभाजन करण्याकरिता लागणारी ऊर्जा सर्वांत कमी मूल्याची [काही इलेक्ट्रॉन-व्होल्टएवढी १ इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट (eV) = १·६०२ X १०–१९ जूल] असते तर अणुकेंद्रामधून घटक कण बाहेर काढण्याकरिता लागणारी ऊर्जा कित्येक दशलक्ष इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट या मूल्याची असते. यावरून भौतिकाच्या मूलकण विभागास ‘उच्च ऊर्जा भौतिकी’ हे पर्यायी नाव कादिले जाते, हे स्पष्ट होते. मूलकण हा भौतिकीमधील अत्यंत आधुनिक असा विभाग असून त्यामध्ये आश्चर्यकारक वेगाने प्रगती होत आहे. भौतिकीमधील १९३३ सालापासून दिली गेलेली विसापेक्षा जास्त नोबेल पारितोषिके या विषयात लागलेल्या शोधांबद्दल देण्यात आली आहेत. यावरून या विषयविभागाच्या महत्त्वाविषयी योग्य कल्पना येऊ शकते.
मूलकण संकल्पनेचा अणूपासून क्वार्कपर्यंत जो विकास झाला त्यामध्ये ऐतिहासिक दृष्ट्या महत्त्वाचे असे जे टप्पे ठरले त्यांचे संक्षिप्त समालोचन खाली केले आहे.
इतिहास: अणूमधील घटक कणांना एकत्र बांधून ठेवण्याचे काम विद्युत् चुंबकीय प्रेरणा करीत असावी, असे १८९६ मध्ये शोधल्या गेलेल्या झीमान परिणामावरून [ ⟶ अणुकेंद्रीय व आणवीय परिबले] प्रथम सूचित झाले. प्रकाश प्रारण उत्सर्जित करणारा अणू चुंबकीय क्षेत्रात ठेवला असता, त्यापासून प्रेषित होणाऱ्या प्रकाश वर्णपटरेषेच्या तरंगलांबीमध्ये फरक पडतो, असे पीटर झीमान यांनी प्रथम दाखविले. निरनिराळ्या वायूंमध्ये विद्युत् विसर्जन केले असता त्यायोगे सर्व वायूंत इलेक्ट्रॉन हा एकच प्रकारचा ऋण विद्युत् भारित कण मिळतो, असे सर जे. जे. टॉमसन यांना १८९५ मध्ये आढळले. इलेक्ट्रॉन हा सर्व वायूंच्या अणूंमध्ये घटक म्हणून आढळत असल्यामुळे इलेक्ट्रॉन हा मानवाला सापडलेला पहिला मूलकण होय. १९११ मधील अर्नेस्ट रदरफर्ड यांच्या संशोधनामुळे अणूच्या केंद्रभागी धन विद्युत् भारित कण असून त्यांच्या सभोवतालच्या परिसरात एकंदर तेवढाच ऋण विद्युत् भार वाहणारे असे अनेक इलेक्ट्रॉन असतात, असे स्पष्ट झाले. हायड्रोजन अणूच्या अणुकेंद्रामध्ये एक प्रोटॉन असतो ही गोष्ट या संशोधनामधूनच स्पष्ट झाली आहे. पारंपारिक मीमांसेप्रमाणे वरील प्रकारची संरचना असणाऱ्या अणूला स्थैर्य येत नव्हते. १९१३ मध्ये नील्स वोर यांनी या मीमांसेमध्ये ⇨ पुंज सिद्धांताचा प्रथम वापर करून अणूला स्थैर्य आहे का व तो विद्युत् चुंबकीय प्रारणाचे उत्सर्जन (किंवा शोषण) कसे करतो याविषयी समाधानकारक सैद्धांतिक खुलासा दिला. यापुढील काळात आढळलेल्या सर्व अणू आविष्कारांकरिता देण्यात येणाऱ्या मीमांसा पुंज सिद्धांतावरच आधारित आहेत.
प्रारण ऊर्जा काही परिस्थितीत कणस्वरूप धारण करते हे अल्बर्ट आइनस्टाइन यांनी ⇨ प्रकाशविद्युत् आविष्काराकरिता दिलेल्या विशदीकरणावरून प्रथम सुचविले गेले. या आविष्कारामध्ये धातूमधील मुक्त इलेक्ट्रॉन व आपाती फोटॉन कण यांमध्ये परस्परक्रिया होते. हिचे वर्णन आइनस्टाइन यांनी ऊर्जा अक्षय्यता सिद्धांताचा वापर करून दिले. ए.एच्. कॉम्पटन यांनी १९२२ मध्ये शोध लावलेल्या ⇨ कॉम्पटन परिणामामध्ये क्ष-किरणाचा फोटॉन कण व इलेक्ट्रॉन यांमध्ये परस्परक्रिया होऊन त्यांमध्ये ऊर्जा व संवेग या दोन्हींसाठी अक्षय्यता सिद्धांताचा उपयोग केला होता.
काही किरणोत्सर्गी (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकणारी) मूलद्रव्ये बीटा कणाचे (म्हणजे इलेक्ट्रॉनाचे) उत्स्फूर्तपणे उत्सर्जन करतात. अणुकेंद्रामध्ये इलेक्ट्रॉन नाहीत ही कल्पना १९३० पर्यंत स्वीकारली गेली होती. जेम्स चॅडविक यांनी १९३२ मध्ये न्यूट्रॉन या मूलकणाचा शोध लावला. न्यूट्रॉनचे द्रव्यमान जवळजवळ प्रोटॉनाएवढेच असून त्यावर कोणत्याही प्रकारचा विद्युत् भार नसतो. प्रत्येक अणुकेंद्रकात त्याच्या अणुक्रमांकाएवढे प्रोटॉन असून त्याचे एकंदर द्रव्यमान पुरे होण्यासाठी त्यामध्ये आवश्यक तेवढी न्यूट्रॉन संख्या असते, ही संकल्पना याच काळात स्वीकारली गेली. अणुकेंद्रामध्ये इलेक्ट्रॉन नसल्यामुळे अणुकेंद्रातील न्यूट्रॉनाचे प्रोट्रॉनामध्ये रूपांतरण होऊन त्याक्षणी एक बीटा कण व आणखी एक कण (प्रतिन्यूट्रिनो) निर्माण होऊन बाहेर फेकले जातात. अशी मीमांसा एन्रीको फेर्मी यांनी १९३४ मध्ये दिली. रूपांतरणामध्ये मुक्त झालेली ऊर्जा बीटा कण व प्रतिन्यूट्रिनो यांमध्ये विभागली जाते, अशी कल्पना व्होल्फगांग पाउली यांनी त्या आधी १९३० व १९३३ मध्ये मांडली होती आणि तिचा उपयोग फेर्मी यांनी करून घेतला (न्यूट्रिनो किंवा प्रतिन्यूट्रिनो या कणावर विद्युत् भार नसतो. त्याचे शून्यगति-द्रव्यमान पण शून्य मूल्याचे असते. या कणाचे अस्तित्व अप्रत्यक्ष रीतीने १९५३ मध्ये सिद्ध करण्यात आले). ज्या परस्परक्रियेच्या द्वारे ही प्रक्रिया सिद्ध होते तिला दुर्बल परस्परक्रिया असे म्हणतात.
इलेक्ट्रॉनाचा प्रतिकण (समान द्रव्यमान असलेला आणि समान परिमाणाचा पण विरुद्ध विद्युत् भार असलेला कण) म्हणजे पॉझिट्रॉन या नव्या मूलकणाच्या अस्तित्वाविषयी पी. ए. एम्. डिरॅक यांनी १९२६ मध्ये सैद्धांतिक दृष्ट्या भाकित केले होते. सी. डी. अँडरसन यांना पॉझिट्रॉन हा १९३२ मध्ये ⇨ विश्वकिरणांमध्ये (बाह्य अवकाशातून पृथ्वीवर येणाऱ्या अतिशय भेदक किरणांमध्ये) सापडला. इलेक्ट्रॉन व पॉझिट्रॉन एकमेकांजवळ आल्यास त्यांमध्ये तीव्र स्वरूपाची परस्परक्रिया होऊन ते एकमेकांचे नष्टीकरण करतात. त्यांच्या द्रव्यमानाचे संपूर्णपणे प्रारण ऊर्जेत (गॅमा फोटॉन स्वरूपात) रूपांतरण होते, हा अत्यंत महत्त्वाचा शोध या वेळी लागला. याउलट गॅमा फोटॉनाचे काही परिस्थितींमध्ये इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन या द्रव्यकण युग्मात रूपांतरण होते, असे प्रयोगाने आढळले. या दोन्ही प्रक्रिया कण व प्रतिकण यांमध्ये घडून येणाऱ्या परस्परक्रियांच्या विशेष द्योतक अशा आहेत. [ ⟶ पॉझिट्रॉन].
बेव्हाट्रॉन या विशिष्ट कणवेगवर्धकाद्वारे [ ⟶ कणवेगवर्धक] मिळालेल्या अतिशक्तिशाली (ऊर्जा ≈ ६ GeV म्हणजे ६ X १०६ इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट) प्रोटॉन कणाचा धातुलक्ष्यावर मारा केला असता, होणाऱ्या विक्रेयेत प्रतिप्रोटॉन मिळतात, असे बर्कली (कॅलिफोर्निया) येथे १९५५ मध्ये प्रथम दाखविले गेले. प्रतिप्रोटॉनांची शलाका प्रोपेन बुद्‍बुद कोठीमध्ये [ ⟶ कण अभिज्ञातक] सोडली असता तीमुळे प्रतिन्यूट्रॉन तयार होतात, असा शोध १९५८ मध्ये बर्कली येथेच लागला. प्रतिप्रोटॉन व प्रतिइलेक्ट्रॉन (पॉझिट्रॉन) यांच्या शोधामुळे व ते दाखवीत असलेल्या आविष्कारामुळे डिरॅक यांनी मुक्त कणांकरिता दिलेल्या सैद्धांतिक मीमांसेला दुजोरा मिळाला. ज्या कणांकरिता परिवलन पुंजांक [ ⟶ पुंजयामिकी] १/२ (किंवा त्याचा विषम गुणक) असतो, त्यांच्या बाबतीत कण व प्रतिकण असे दोन निरनिराळ्या प्रकारचे कण मिळतात. कण प्रतिकण यांवर दोन विरुद्ध तऱ्हेचे विद्युत् भार असतात पण त्यांची द्रव्यमाने एकाच मूल्याची असतात. कण व प्रतिकण एकमेकांबरोबर तीव्र परस्परक्रिया करून एकमेकांच्या द्रव्यमानांचे नष्टीकरण करतात व त्याच्या ऊर्जेचे शुद्ध प्रारणामध्ये रूपांतरण करतात. फोटॉनसारख्या कणावर विद्युत् भार नसतो. फोटॉन हा स्वतःचाच प्रतिकण म्हणून कार्य करतो असे आढळते. त्यामुळे कोणत्याही कणाला प्रतिकण असतोच, असे म्हणता येते (कोष्टक क्र. २ पहा).
मूलकणांमधील परस्परक्रियेचे स्वरूप : आतापर्यंत प्रयोगाद्वारे अणू व रेणू यांमध्ये सापडलेल्या मुख्य घटकांविषयी वर्णन आले आहे. यापुढील घडामोडींचे आकलन करून घेण्याकरिता त्यांमधील परस्परक्रियांविषयी माहिती असणे आवश्यक आहे. कोणत्याही दोन द्रव्यकणांत त्यांच्या परस्पर अंतरानुसार त्यांमध्ये खालील परस्परक्रिया संभवतात.
(१) गुरुत्वाकर्षणीय : सर्व द्रव्यकणांमध्ये या प्रेरणेमुळे खूप मोठ्या लांब पल्ल्यांपर्यंत एक आकर्षणी प्रेरणा निर्माण होत असते. ही प्रेरणा कणाच्या (ऊर्जेच्या) द्रव्यमान या गुणधर्माशी निगडित असते. या प्रेरणेचे विशदीकरण रूढ क्षेत्र मीमांसेनुसार देता येते. कारण तिचे विशादीकरण व मूल्यूमापन बऱ्याच मोठ्या अचूकतेनेन्यूटन यांच्या रूढ भौतिकीप्रमाणे देता येते. निसर्गामध्ये या प्रेरणेचे दर्शन अवकाशातील जड वस्तूंमधील आकर्षणाच्या स्वरूपात मिळते. तसे पाहिले असता गुरुत्वाकर्षणी प्रेरणेमुळेच विश्वाचे संधारण होत असते (म्हणजे त्याच्या आकृतिबंधाचे स्वरूप निश्चित होत असते).
(२) विद्युत् चुंबकीय प्रेरणा : या प्ररणेमुळे खूप लांब पल्ल्याकरिता दोन विरुद्ध प्रकारचे विद्युत् भार असणाऱ्या कणांत आकर्षण, तर एकाच प्रकारचे विद्युत् भार असणाऱ्या कणांत त्यामुळे अपसरण मिळते. ही प्रेरणा कणावरील विद्युत् भार या गुणधर्माशी निगडीत असते. या प्रेरणेचे स्वरूपसुद्धा बरेचसे रूढ स्वरूपाचेच असते. त्यात आधुनिक पुंज सिद्धांतानुसार थोडा फरक करण्यात आला आहे. अणू, रेणू, प्रकाश, विद्युत् चुंबकत्व, रेडिओ तरंग या स्वरूपात या प्रेरणेचे दर्शन घडते.
आधुनिक पुंज विद्युत् गतिकीप्रमाणे या प्रकारच्या परस्परक्रियेची सुरुवात एका (उदा., धन) विद्युत् भारित कणामधून इलेक्ट्रॉन प्रवेगित (वेगात वाढ) झाल्यामुळे त्याद्वारे होणाऱ्या फोटॉनाच्या उत्सर्जनापासून होते. दुसरा ऋण विद्युत् भारित कण त्याचे शोषण करतो, नंतर काही क्षणांतच दुसरा कण या फोटॉनाचे उत्सर्जन करतो तर आता याचे शोषण पहिला कण करतो. अशा प्रकारे आभासी फोटॉनाच्या उत्सर्जन व शोषण यांद्वारा या दोन कणांमध्ये विनिमय प्रेरणा निर्माण होते. उत्सर्जन व शोषण या प्रक्रियांमध्ये ऊर्जा व संवेग यांच्या अक्षय्यता तत्त्वाची यथार्थता टिकविण्याकरिता विनिमयित फोटॉन खरा नसून तो आभासी आहे असे मानतात. कोणत्याही प्रयोगाच्या साहाय्याने आभासी फोटॉनाचे निरीक्षण करता येणार नाही, असा निष्कर्ष सैद्धांतिक मीमांसेपासून मिळतो. त्यामुळे आभासी हे वर्णन या कणाकरिता संयुक्तिक वाटते. या विनिमयक्रियेचे स्वरूप इलेक्ट्रॉन व प्रोट्रॉन या कणाच्या बाबतीत खालील सूत्राद्वारे स्पष्ट करता येते :
e– + p+ → (e– + y) +p+ → e–(p++y) → e–+p+
या सर्व विक्रियेनंतर तिच्यात भाग घेणारे कण व त्यांची ऊर्जामूल्ये यांमध्ये काहीही बदल होत नाही.
(३) दुर्बल प्रेरणा : या प्रेरणेमुळे कणांमध्ये आकर्षणी प्रेरणा किंवा अपसरणी प्रेरणा निर्माण होत नसून, त्यांच्या किरणोत्सर्गी क्षयाचे स्वरूप ठरत असते. बीटा उत्सर्जन ही प्रेरणेमुळे घडून येणारी सर्वांना माहीत असणारी अशी एक विक्रिया आहे [ ⟶ किरणोत्सर्ग]. याद्वारे अणुकेंद्रातील एका न्यूट्रॉनाचे प्रोटॉनामध्ये रूपांतरण होते. या प्रेरणेमुळे कणाचे रूपांतरण होतेच असे नाही. कण क्षय क्रिया, न्यूट्रिनो आघातामुळे घडून येणाऱ्या क्रिया किंवा समता अक्षय्यता तत्त्वांचे [ ⟶ समता पुंजायामिकी] ज्यामध्ये पालन केले जात नाही अशा सर्व अणुकेंद्रीय विक्रिया या दुर्बल प्रेरणेमुळेच घडून येत असतात, असे आता कळले आहे. प्रबल किंवा विद्युत् चुंबकीय प्रेरणेमुळे कार्यान्वित होणाऱ्या विक्रियांवर दुर्बल प्रेरणेमुळे होणारा परिणाम अनिरिक्ष्य स्वरूपाचा असतो. त्यामुळे ज्या विक्रियांमध्ये प्रबल किंवा विद्युत् चुंबकीय प्रेरणा कार्य करीत नाहीत अशा विक्रियांमध्येच याच्या परिणामाचा शोध घ्यावा लागतो. कोष्टक क्र. १ वरून या प्रेरणेला दुर्बल प्रेरणा का म्हणतात या विषयीचा खुलासा मिळतो.
(४) प्रबल प्रेरणा : अणुकेंद्रातील प्रोटॉन-प्रोटॉन किंवा प्रोटॉन-न्यूट्रॉन कणांना एकत्र बांधून ठेवणारी अशी एक प्रबल प्रेरणा आवश्यक असते. ही प्रेरणा प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांमध्ये आकर्षण निर्माण करीत असल्यामुळे ती विद्युत् भाराशी निगडीत नसते, असे म्हणता यते. या प्रकारची प्रेरणा अणुकेंद्रामध्ये मिळणाऱ्या निकट अंतराकरिता कार्यान्वित होत असल्यामुळे तिचा कार्यपल्ला सूक्ष्म प्रमाणाचा असतो.
प्रबल अणुकेंद्रीय क्षेत्राकरिता यूकावा मीमांसा : प्रोटॉन व न्यूट्रॉन या दोन अणुकेंद्रीय घटकांना न्यूक्लिऑन असे एक सामाईक नाव देतात. न्यूक्लिऑनांमध्ये आढळणाऱ्या प्रबल प्रेरणेचे विशदीकरण करण्याकरिता ही प्रेरणा यापावेतो अज्ञात असलेल्या मेसॉन या कणाच्या विनिमयाने कार्यान्वित होते, असे एच. यूकावा यांनी १९३५ मध्ये प्रथम सैद्धांतिक रीत्या सुचविले. ज्याप्रमाणे विद्युत् चुंबकीय क्षेत्राच्या फोटॉन या पुंजकणाच्या विनियमयामुळे दोन विद्युत् भारित कणांमध्ये त्यांवरील भाराच्या चिन्हानुसार आकर्षणी किंवा अपसरणी प्रेरणा मिळते, त्याचप्रमाणे प्रबल यूकावा क्षेत्राच्या मेसॉन या पुंजकणाच्या विनिमयामुळे दोन न्यूक्लिऑनांमध्ये आकर्षणी प्रेरणा कार्यान्वित होत असते. विद्युत् चुंबकीय क्षेत्राच्या पल्ल्यावर मर्यादा नसते (दोन विद्युत् भारित कणांमध्ये कितीही अंतर असले, तरी त्यांमध्ये ही प्रेरणा आढळतेच), तर यूकावा क्षेत्राचा पल्ला अत्यंत मर्यादित स्वरूपाचा असतो. त्याचा प्रभाव फक्त १०-१२ सेंमी. या अंतरापर्यंतच जाणवू शकतो. यूकावा क्षेत्राची ही सर्व वैशिष्ट्ये लक्षात घेता मेसॉन धन किंवा ऋण विद्युत् भारित असावा व त्याचे द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन द्रव्यमानाच्या २००–३०० पटींनी असावे, असे गणितीय रीत्या गणन करून मिळते.
कोष्टक क्र. १. कण परस्परक्रियांचे विशेष गुणधर्म
| परस्परक्रिया | सापेक्ष सामर्थ्य | क्षेत्र पुंजकण | विशिष्ट काल (सेकंद) | आयुःकाल | पल्ला |
| गुरुत्वाकर्षण | १०-३९ | ग्रॅव्हिटॉन | १०१६ | – | अमर्याद |
| विद्युत् चुंबकीय | १०-२ | फोटॉन | १०– २० | १०-१५ – १०-२० | अमर्याद |
| दुर्बल अणुकेंद्रीय | १०-५ | W+, Z0, W -* | १०-१० | १०-८ – १०-१० | १०– १५सेंमी. |
| प्रबल अणुकेंद्रीय | १ | ग्लुऑन | १०-२३ | < १०-२३ | १०-१३ सेंमी. |
मेसॉन व त्यानंतर सापडलेल्या अनेक मूलकणांचा शोध विश्वकिरणांच्या योगे कार्यान्वित होणाऱ्या विक्रियेमध्ये लागला. विश्वकिरणात अनेक घटक असतात त्यापैकी प्रोटॉन या घटकाची ऊर्जा १०२०eV एवढी जास्त असू शकते, असा अंदाज करण्यात आला आहे.
अवकाशातून सर्व बाजूंनी प्रोटॉन प्रचंड वेगाने पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर आदळत असतात. या प्रवासामध्ये त्यांना पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर काही किलोमीटर अंतरापर्यंत पसरलेल्या वातावरणामधून मार्ग आक्रमावा लागतो. या मार्गावर त्यांच्या हवेमध्ये असणारे अणुरेणू, त्यांची अणुकेंद्रे यांबरोबर एका पाठोपाठ अशा अनेक परस्परक्रिया किंवा आघात होतात. यांद्वारे विविध प्रकारच्या असंख्य अणुकेंद्रीय विक्रिया होऊन त्यामुळे निरनिराळ्या प्रकारचे वेगवान मूलकण (शाश्वत वा अशाश्वत स्वरूपाचे) निर्माण होतात. या नविन मूलकणांचे अभिज्ञान (अस्तित्व ओळखणे) बाष्पकोठी, बुद्‌बुद्‌ कोठी, छायाचित्रण पायस, स्फटिक गणित्र, चेरेन्कॉव्ह प्रारण गणित्र [ ⟶ कण अभिज्ञातक] यांसारख्या उपकरणांच्या साहाय्याने केले जाते. काही वेळा कणाच्या गतिमार्गावर चुंबकीय क्षेत्र लावून त्यायोगे त्याच्या गतिमार्गामध्ये होणाऱ्या बदलाचा अभ्यास केला जातो. कणाची ऊर्जा, संवेग, विद्युत् भार व त्याचे स्वरूप यांविषयीची ओळखपूर्ती करून घेण्याकरिता आवश्यक अशी सर्व माहिती अशा निरीक्षणांपासून मिळवितात.
विश्वकिरणांचा अभ्यास करताना मेसॉन याच्या द्रव्यमानाशी मिळताजुळता असा एक कण सी. डी. अँडरसन यांना १९३७ मध्ये सापडला. तोच यूकावा यांनी भाकीत केलेला मेसॉन कण असावा असा चुकीचा समज झाला होता. हा कण द्रव्यामधून जात असताना त्याचे लक्षणीय मात्रेत शोषण होत नाही, असे प्रयोगाने आढळले. यावरून त्यावर प्रबल प्ररणेचा प्रभावी परिणाम होत नाही असा निष्कर्ष काढण्यात आला. त्यामुळे अँडरसन यांना सापडलेला मेसॉन हा यूकावा मेसॉनपेक्षा निराळा आहे, हे सिद्ध झाले. सी. एफ्. पॉवेल यांना १९४७ मध्ये पृथ्वीपासून उंच अंतरावर मिळणाऱ्या विश्वकिरणांमध्ये एका नव्या कणाचा शोध लागला. पॉवेल यांना सापडलेल्या नव्या कणाचे इलेक्ट्रॉनाच्या सापेक्ष द्रव्यमान २७६ एवढे असून त्याचे १०-८ सेकंदाच्या अवधीत उत्स्फूर्तपणे विघटन होते, असे आढळून आले आहे. या कणाकरिता π +, π–, π० अशा तीन अवस्था असतात. अँडरसन यांना सापडलेल्या नव्या कणास ‘पायॉन’ ही संज्ञा दिली गेली. विद्युत् भारित पायॉनाचे तद्नुरूप म्यूऑन व न्यूट्रिनो (νμ) यांमध्ये विघटन होते. विद्युत् भार नसलेला पायॉन हा सर्वात जास्त सक्रिय आहे त्याचा आयुःकाल पण इतर पायॉनांपेक्षा कमी आहे. त्यामुळे विद्युत् भाररहित पायॉन म्हणजेच यूकावा मेसॉन ही गोष्ट आता मान्य झाली आहे. प्रचलित कल्पनेप्रमाणे मेसॉन व न्यूक्लिऑन इ. कण निरनिराळ्या प्रकारच्या क्वार्क या मूलभूत कणांपासून निर्माण होत असतात. कणातील घटकांना एकत्र बांधून ठेवण्याचे कार्य ग्लुऑन हे द्रव्यमानरहित क्षेत्र पुंजकण करीत असतात. त्यामुळे ग्लुऑनाचा वापर करून प्रबल प्रेरणेचे केलेल वर्णन हे सर्वात सूक्ष्म व अचूक असे होते.
द्रव्यरचनेमध्ये म्यूऑनाचे नक्की काय स्थान आहे, याबद्दल अजून काहीच उलगडा झालेला नाही म्यूऑनाची निर्मिती अणुकेंद्राच्या परस्परक्रियेत होत नाही व त्याचा अणुकेंद्रावर आघात झाला असता काही परिणाम पण घडून येताना आढळत नाही. विचार केला असता म्यूऑन व इलेक्ट्रॉन यांचे एकमेकांबरोबर बरेच साधर्म्य आहे, मात्र याचे द्रव्यमान इलेक्ट्रॉनाच्या मानाने इतके जास्त का असते, हे मात्र अद्याप गूढच आहे.
समता (P) व दुर्बल विक्रियेमध्ये समतेची अक्षय्यता : विविध कण व तत्संबंधित यांचे अचूक विनिर्देशन करण्याकरिता काही कणसंबंधित राशी व विक्रियासंबंधित अक्षय्यता सिद्धांत यांचा वापर केला जातो. कणाचे वर्णन करण्याकरिता द्रव्यमान, ऊर्जा, संवेग, विद्युत् भार यांसारख्या राशी वापरल्या जातात तर दोन कणांमधील काही परस्परक्रियांकरिता विद्युत् भार,ऊर्जा, द्रव्यमान, संवेग यांच्या अक्षय्यता सिद्धांतांचा उपयोग केला जातो. कोणत्याही प्रकारचा अक्षय्यता सिद्धांत सामान्यपणे विक्रियेशी संबंधित असलेल्या कोणत्या तरी सममितीचे निर्देशन करतो, असे दाखविता येते [ ⟶ पुंज क्षेत्र सिद्धांत].
मूलकणाकरिता ⇨ समता नावाच्या गुणधर्माचा उपयोग केला जातो. याच्या संदर्भात वरील सर्वसाधारण विधानाबद्दल येथे विवरण केले आहे. ⇨ पुंजयामिकीप्रमाण कणाचे तरंग फलन जर ψ (x, y, z) असे असेल तर, x, y, z यांची चिन्हे बदलून ती ऋण केली असता ψ मध्ये दोन प्रकारचे फरक न पडताना आढळतात. (१) ψमध्ये काही फरक पडत नाही असे झाले, तर कणाची समता +१ अथवा सम आहे असे म्हटले जाते. या प्रकारात ψफलन पूर्णपणे सममित आहे, असा याचा अर्थ होतो. (२) ψयाचे चिन्ह बदलते. या परिस्थितीमध्ये कणाची समता विषम अथवा -१ आहे असे म्हटले जाते. साध्या भाषेत हेच सांगावयाचे झाल्यास असे म्हणता येते की, कणाकरिता निर्देशित केलेला समता क्रमांक त्याच्या अवकाशातील सममितीबद्दल कल्पना करून देतो. समता सम असेल, तर कणाकरिता उपलब्ध असलेल्या ψफलनाचे स्वरूप हे त्याच्या आरशातील प्रतिमेशी एकरूप असते अथवा ज्यामध्ये कण भाग घेत असतो अशा विक्रियेचे प्रत्यक्ष निरीक्षण करून मिळालेले वर्णन व या विक्रियेचे आरशात बघून केलेले वर्णन ही दोन्ही तंतोतंतपणे एकच असतात. या सममिती तत्त्वाचे प्रथम प्रतिपादन ऐतिहासिक दृष्ट्या लायप्निट्स (१६४६–१७१६) यांनी केले होते. प्रबल व विद्युत् चुंबकीय विक्रियांकरिता हे तत्त्व यथार्थ आहे पण दुर्बल विक्रियेकरिता (उदा., बीटा क्षय) हे तत्त्व पाळले जात नाही, असे सी. एस्. वू. यांनी १९५६ मध्ये केलेल्या प्रयोगावरून कळून आले. टी. डी. ली व सी. एन्. यांग यांनी बीटा क्षयामध्ये समता अक्षय्यता तत्त्वाचा भंग होत असावा याबद्दल या आधी भाकित केले होते.
निरनिराळ्या विक्रियांचा अभ्यास करून विविध कणांकरिता समता मूल्य निश्चित करता येते. कणाकणांमध्ये जेव्हा विक्रिया होतात किंवा एखाद्या कणाचे विभाजन होऊन त्याचा क्षय होतो, त्या वेळी ज्या विविध राशी (उदा., विद्युत् भार, द्रव्यमान) अक्षय राहतात (म्हणजे ज्यामध्ये संकलितपणे बदल होत नाही), त्यांत समता या राशीचा पण समावेश होतो. या अक्षय्यता सिद्धांतामुळे संभाव्य पर्यायी विक्रियांपैकी कोणत्या विक्रिया प्रत्यक्षात घडून येतील हे ठरविण्याकरिता निकष मिळतात.
उदा., K+ मेसॉन यांच्या क्षय क्रियेचा जेव्हा अभ्यास केला गेला, तेव्हा त्यामध्ये खाली दर्शविलेले तीन प्रकार आढळून आले.
K+ ⟶ π+ +π० … … … … (१)
⟶ μ++νμ … … … … (२)
⟶ μ++μ++μ– … … … (३)
K+या कणाचा क्षय (१) व (३) या सूत्रांनुसार एकाच वेळी होऊ शकणार नाही, असे अक्षय्यता तत्त्वावरून (पहा कोष्टक क्र. २) समजते पण प्रत्यक्षात असा क्षय घडून येताना आढळतो.
विद्युत् भार पर्यसन : अणुकेंद्रीय विक्रियेकरिता या सममिती तत्त्वाचा उपयोग केला जातो. या तत्त्वाप्रमाणे विक्रियेमध्ये भाग घेणाऱ्या सर्व विद्युत् भारित कणांच्या भारांची चिन्हे सर्वत्र सारखी बदलल्यास त्यामुळे अवकाश-काल या संदर्भात केलेल्या त्यांच्या वर्णणात फरक पडत नाही. उदा., या तत्त्वाप्रमाणे इलेक्ट्रॉनाद्वारा इलेक्ट्रॉनाचे प्रकीर्णन या विक्रियेचे स्वरूप (त्याच ऊर्जेच्या) पॉझिट्रॉनाद्वारा होणाऱ्या पॉझिट्रॉनाच्या प्रकीर्णनाशी एकरूप असावे. याच न्यायाने μ+व μ–या मेसॉनांच्या वर्तणुकीमध्ये पण समतुल्य परिस्थितीमध्ये एकरूपता असावी, असे म्हणता येते.
याशिवाय कालपर्यसन (T) या सममिती तत्त्वामध्ये T या काल राशीचे चिन्ह बदलले जाते. या बदलामुळे जर निष्कर्षामध्ये काही फरक पडला नाही, तर भूत व भविष्य काळ यांमध्ये विक्रियेला सममिती आहे, असे म्हणता येते.
CPT अक्षय्यता : मर्यादित सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे [→सापेक्षता सिद्धांत] कोणतीही विक्रिया सामूहिक रीत्या CPT या तीन राशींच्या (C – विद्युत् भार, P – समता, T – काल) पर्यसनाकरिता अक्षय राहते, असे दाखविता येते. साध्या भाषेत याचा अर्थ असा हातो की, प्रतिकणाला कणाएवढेच बरोबर द्रव्यमान व परिवलनांक [परिवलन पुंजांक ⟶ पुंजयामिकी], तर बरोबर विरुद्ध प्रकारचा विद्युत् भार, बॅरीऑन पुंजांक (याचे स्पष्टीकरण पुढे दिले आहे), विरुद्ध जातीचे चुबकीय परिबल [ ⟶ अणुकेंद्रीय व आणवीय परिबले] पण एकच मूल्याचा आयुःकाल असावयास पाहिजे. त्यामुळे जर कोण्त्याही विक्रियेमध्ये यांपैकी एका राशीच्या पर्यसनामुळे अक्षय्यतेचा भंग होत असेल, तर त्याचे परिमार्जन CPT पैकी उरलेल्या दुसऱ्या एका राशीच्या पूरक बदलामुळे घडून यावे असा पण एक निष्कर्ष मिळू शकतो.
मूलकणांचे वर्गीकरण : मूलकणांचे सर्वांत सरळ वर्गीकरण त्यांचे विद्युत् भार, द्रव्यमान व परिवलनांक यांनुसार करता येते. परिवलन संवेग h (अथवा h/२ μ, h–प्लांक स्थिरांक) या एककामध्ये मोजला जातो. पुंज सिद्धांताप्रमाणे ज्या कणाचा परिणामी संवेग h या एककाच्या पूर्णांकी पटीत देता येतो तेव्हा त्या कणाकरिता बोस-आइन्स्टाइन सांख्यिकी [ ⟶ सांख्यिकीय भौतिकी] लागू होत असते म्हणून अशा कणास ‘बोसॉन’ असे म्हणतात. याउलट कणाचा संवेग १/२ h याच्या विषम पूर्णांकी पटीत जेव्हा निर्देशित करता येतो, तेव्हा त्याकरिता फेर्मी-डिरॅक सांख्यिकी [ ⟶ सांख्यिकीय भौतिकी] यथार्थ ठरते. अशा कणास ‘फेर्मिऑन’ असे म्हणतात.
मूलकणांचे वर्गीकरण खालीलप्रकारे करणे सुलभ पडते. कोष्टक क्र. २ मध्ये काही महत्त्वाचे मूलकण या प्रकारे दाखविले आहेत.
(१) क्लासॉन : यामध्ये मुख्यतः शून्यगति-द्रव्यमान ० व परिवलनांक १ असलेल्या फोटॉन व परिवलनांक २ असलेल्या ग्रॅव्हिटॉन या बोसॉन कणांचा समावेश होतो. फोटॉन व ग्रॅव्हिटॉन हे स्थूलमानाने सर्वांत कमी द्रव्यमानाचे कण आहेत. फोटॉनचा प्रतिकण फोटॉन असतो, तर ग्रॅव्हिटॉनाचा प्रतिकण ग्रव्हिटॉनच असल्यामुळे याचा पण याच वर्गात समावेश केला जातो. प्रयोगशाळेमध्ये ग्रॅव्हिटॉनाचे अस्तित्व अजून सिद्ध झालेले नाही.
(२) लेप्टॉन : दुसऱ्या वर्गात इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन, टाऊ व न्यूट्रिनो यांसारखे हलके कण आणि या सर्वांचे प्रतिकण यांचा समावेश केला जातो. लेप्टॉनांकरिता परिवलनांक १/२ असल्यामुळे ते सर्व फेर्मिऑन आहेत, हे उघड आहे. लेप्टॉन हे कण गुरुत्वाकर्षणी अथवा विद्युत् चुंबकीय अशा रूढ क्षेत्राबरोबर परस्परक्रिया दाखवितात. यांशिवाय सर्व लेप्टॉन कणांजवळ विद्युत् भारासारखा एक गुणधर्म असतो. याचे मूल्य सर्व लेप्टॉन कणांकरिता + १ एवढे असते (व प्रतिकणाकरिता हे मूल्य -१ एवढे असते). लेप्टॉन विक्रियेमध्ये लेप्टॉन पुजांकाकरिता अक्षय्यता तत्त्व सार्थ असते. अतिविद्युत् भारांकामुळे ज्याप्रमाणे कणांमधील परस्परक्रियेचे स्वरुप निश्चित होते, तशी कोणतीही परस्परक्रिया लेप्टॉन पुंजांकामुळे निर्धारित होत नाही. त्यामुळे लेप्टॉन पुंजांकाकरिता कोणत्याही प्रकारचे भौतिकीय विशदीकरण करणे अवघड ठरते. लेप्टॉनावर अणुकेंद्रसंबंधित प्रबल प्रेरणेचा काहीच परिणाम होत नाही. प्रत्येक लेप्टॉन (१०–१६ सेमीं. या पातळीपर्यंत) हा बिंदुमात्र असून त्यास आंतरिक रचना नसते.
(३) मेसॉन : या वर्गातील कणांची द्रव्यमाने म्यूऑन व न्यूक्लिऑन यांमधील मूल्याची असल्यामुळे त्यांस मध्यस्थ द्रव्यमानाचे कण अथवा मेसॉन अशी संज्ञा दिली गेली. यांमधील पायॉन, केऑन इ. कणांना शून्य किंवा h च्या पूर्णांक पटीचा परिवलन संवेग असतो. ०,१, २, ३ परिवलनांक आणि विद्युत् भार ० व ±१ असणारे मेसॉन आढळतात. बहुतेक सर्व मेसॉन अस्थिर असून त्यांचे स्वयंस्फूर्तपणे विघटन होताना आढळते. अणुकेंद्रामध्ये असणाऱ्या अंतर्गत क्षेत्राबरोबर हे कण साधारणपणे तीव्र तऱ्हेची परस्परक्रिया करतात.
[टीप : (१) कणाचा विद्युत् भार (Q) याचे परिमाण इलेक्ट्रॉनीय विद्युत् भार (e) याच्या सापेक्ष दिला आहे. (२) तिसऱ्या स्तंभात परिवलन कोनीय संवेग पुंजांक (परिवलनांक) h याच्या पटीत दिला असून त्याच्या शेजारीच कणाची समता विनिर्देशित केली आहे. (३) कणाचे द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट या एककात व इलेक्ट्रॉन शून्यगति-द्रव्यमान ९·१x १०–३१ किग्रॅ. याच्या सापेक्ष पटीत दिले आहे. ९·१x १०–३१ किग्रॅ. = ०·५१ MeV या सूत्राने या दोन एककांमधील संबंध स्पष्ट होतो. (४) कण व प्रतिकण यांमधील फरक पुढीलप्रमाणे दाखविला आहे कणμ– प्रतिकण μ+ प्रतिकणाला कणांएवढेच द्रव्यमान, क्षय त्वरा, कोनीय परिवलन J, समपरिवलन पुंजांक I मूल्ये असतात. त्यावरील विद्युत् भार, लेप्टॉन अथवा बॅरिऑन पुंजांक, I3 व y यांची मूल्ये विरुद्ध चिन्हांची पण एकसमान असतात. (५) लेप्टॉन पुंजांक मूल्ये पुढीलप्रमाणे असतात : सर्व लेप्टॉनांकरिता L = + १ सर्व प्रतिलेप्टॉनांकरिता L = -१ इतर सर्व कणांकरिता L = ०. (६) बॅरिऑन पुंजांक मूल्ये पुढीलप्रमाणे असतात : सर्व बॅरिऑनांकरिता B = +१ सर्व प्रतिबॅरिऑनांकरिता L = -१ इतर सर्व कणांकरिता B = ०. (७) बोसॉन परिवलनांक ०, १, २, ३, ……….. फेर्मिऑन परिवलनांक १/२, ३/२, ५/२……(८) विचित्रता पुंजांक S = y-B. (९) अतिविद्युत् भारांक Y = 1/M(Q1 + Q2 +…..+QM). येथे Q1 Q2…… गटातील घटक कणांवरील विद्युत् भार. (१०) M बहुविधता गटातील कणांची संख्या = २I + १. उदा., न्यूक्लिऑनांकरिता समपरिवलन = १/२ म्हणून M = २. न्यूक्लिऑनांमध्ये प्रोटॉन व न्युट्रॉन दोनच प्रकार असतात. (११) समपरिवलन पुंजांक I. (१२) कणाच्या विद्युत् भाराच्या चिन्हाप्रमाणे I3 प्रक्षेपाचे चिन्ह बदलते. उदा., K+ करिता I3= १/२ K– करिता I3=-१/२ μ+ करिता I3= १ μ– करिता I3=-१. (१३) प्रत्येक मूलकणाला अंगभूत परिवलन गतीमुळे कोनीय संवेग असतो आणि त्याचे मूल्य ०, १/२, १ (x h/२μ) एवढे असते. यांपैकी विद्युत् भारित कण (उदा. इलेक्ट्रॉन) जर नैकविध चुंबकीय क्षेत्रामधून प्रवास करू लागला, तर त्यातील अर्धे कण दक्षिणहस्त मळसूत्री (घड्याळाच्या काट्याच्या दिशेने फिरविला असता ज्याचे टोक पुढे जाते अशा मळसूत्राच्या) दिशेने परिवलन करतात, तर उरलेले अर्धे कण वामहस्त मळसूत्री दिशेने परिवलन करतात. याचा अर्थ असा होतो की, अर्धे इलेक्ट्रॉन दक्षिणहस्त दिशेत, तर अर्धे वामहस्त दिशेत ध्रुवित असतात.]
बहुतेक सर्व मेसॉन अस्थिर असून त्यांचे स्वयंस्फूर्तपणे विघटन होताना आढळते. अणुकेंद्रामध्ये असणार्‍या अंतर्गत क्षेत्राबरोबर हे कण साधारणपणे तीव्र तर्‍हेची परस्परक्रिया करतात.
(४) बॅरिऑन : यामध्ये न्यूक्लिऑन व त्यापेक्षा जास्त द्रव्यमान असणाऱ्या हायपेरॉनांचा समावेश केला जातो. या सर्व कणांकरिता विषम पूर्णांकी परिवलनांक (१hते ५h) असल्यामुळे या वर्गातील सर्व कण फेर्मिऑन असतात. बॅरिऑन हे अणुकेंद्रीय प्रबल क्षेत्राबरोबर तीव्र तऱ्हेची परस्परक्रिया करतात. याप्रमाणे मेसॉन व बॅरिऑन या प्रकारचे कण प्रबल क्षेत्राबरोबर तीव्र परस्परक्रिया दाखवीत असल्यामुळे त्यास हॅड्रॉन हे समाईक नाव दिले जाते.
बॅरिऑन कणावर (० ते, ±१, ±२) e एवढा विद्युत् भार सापडतो. बॅरिऑन कणाकरिता विद्युत् भारसदृश असा आणखी एक गुणधर्म आढळतो. याचे मूल्य बॅरिऑन पुंजांकाद्वारे दाखविले जाते. सर्व बॅरिऑनांकरिता याचे मूल्य +१ एवढे असते, सर्व प्रतिबॅरीऑनांकरिता हे मूल्य -१ इतके असते. इतर सर्व कणांकरिता बॅरीऑन पुंजांक शून्य मूल्याचा असतो. प्रबल विक्रियेमध्ये बॅरीऑन पुंजांक अक्षय राहतो. याचे स्पष्टीकरण थोड्या निराळ्या रीतीने पुढीलप्रमाणे देता येते : एकाच प्रकारचा विद्युत् भार निर्माण करता येत नाही. उदा., जर एका जागी मूल्याचा धन विद्युत् भार निर्माण केला गेला, तर विश्वामध्ये इतरत्र कोठे तरी तेवढ्याच मूल्याचा ऋण विद्युत् भार निर्माण होत असतो. त्याचप्रमाणे एक बॅरीऑन कोठेही निर्माण करावयाचा, तर दुसरीकडे एक प्रतिबॅरिऑन आपोआप निर्माण होतो अथवा सबंध विश्वात (बॅरीऑन -प्रतिबॅरिऑन) हे संख्या मूल्य स्थिर राहते.
हॅड्रॉनांना काही आकारमान व आंतरिक संरचना असावी, असे सुचविणारा बराच पुरावा उपलब्ध झाला आहे. प्रयोगशाळेत ज्ञात झालेल्या हॅड्रॉनांची संख्या आज दोनशेपेक्षाही अधिक आहे आणि या संख्येत अद्यापही भर पडत आहे.
मूलकणांकरिता वापरण्यात आलेल्या नवीन पुंजांकांकरिता खुलासा : बॅरीऑन पुंजांक : मुक्त न्यूट्रॉनाला शाश्वती नसते, त्याचे प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन व प्रतिन्यूट्रॉनोमध्ये उत्स्फूर्तपणे रूपांतरण होते.
n० ⟶ p++ e– +ν~e … … … (४)
या विक्रयेत परिवलन स्थिर राहते असे गृहीत धरले तर,
p+⟶μ० +μ+ … … … … (५)
या प्रकाराची पण क्षय क्रिया घडून येण्यास हरकत नसते म्हणून बॅरीऑन पुंजांक हा गृहीत धरला जातो. या विक्रेयाकरिता ΔB = ० ही अक्षयता अट पूर्ण केली जाणे आवश्यक असते. कोष्टक क्र. २ मध्ये दिलेल्या मूल्याप्रमाणे (४) या विक्रेयेकरिता ΔB = ०, तर (५) करिता ΔB = -१ होत असल्यामुळे ही विक्रिया घडून येत नाही. यासारख्याच कारणांकरिता लेप्टॉन पुंजांक हा आणखी एक पुंजांक गृहीत धरावा लागतो. याबद्दलचा उल्लेख मागे आलाच आहे.
समपरिवलन पुंजांक (I) : प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांची द्रव्यमाने जवळजवळ सारखी आहेत. त्यांमध्ये फक्त विद्युत् भाराचाच फरक असतो. जेव्हा अणुकेंद्रीय प्रबल परस्परक्रियांचा विचार करावयाचा असतो, तेव्हा त्यांकरिता विद्युत् चुंबकीय तऱ्हेची विक्रिया महत्त्वाची असत नाही. त्यामुळे हे दोन्ही कण एकाच कणाच्या दोन विभन्न अशा अवस्था आहेत असे मानतात (उदा., निम्नतम अवस्था व उत्तेजित अवस्था यांमध्ये असणारा अणू). अशाच प्रकारचे मानसचित्रण इतर कणांच्या बाबतीत सुद्धा करता येते. या कार्याकरिता रेणवीय वर्णपटविज्ञानाच्या [ ⟶ वर्णपटविज्ञान] दाखवल्याचा उपयोग करून व या अवस्था द्विक्, त्रिक् इ. प्रकारच्या आहेत, असे यांचे वर्णन करता येते. वर्णनपटविज्ञानामध्ये अवस्थेची बहुविधता ही s या परिवलनांकामुळे निश्चित होत असते. कणाकरिता समपरिवलन पुंजांक नावाच्या सर्वस्वी काल्पनिक व स्वेच्छ अशा पुंजांकाचा उपयोग करून कणाच्या बहुविवतेचे (M) विनिर्देशन करता येते. M = २ I + १ (I = समपरिवलन पुंजांक) या सूत्रावरून बहुविधता मिळविली जाते. येथे हे स्पष्ट केले पाहिजे की, I पुंजांकाचा कणाच्या परिवलन गतीशी काहीही संबंध नसतो. याचे कार्य कणांच्या अवस्थांचे वर्गीकरण करण्यास मदत करणे एवढेच असते. उ., पायॉन या कणाला μ+, μ०, μ–अशा तीन अवस्था असतात. यांचे विनिर्देशन करण्याकरिता या कणाकरिता I = १ एवढे धरले जाते. त्यामुळे M = २I + १ = ३ अशा तीन ज्ञात अवस्था त्याकरिता मिळतात.
वर्णपटविज्ञानामधील दाखल्याचाच उपयोग करून वरील तीन अवस्थांचे वर्गीकरण समपरिवलन पुंजांकाचे (I) Z अक्षावरील I3 या पुंजप्रक्षेपाचा उपयोग करून केले जाते.जर I = १ असेल, तर I3 करिता ०, ± १ अशी तीन पुंजमूल्ये मिळतात. यांपैकी μ० करिता I3 = ०, μ+ करिता I3 = +१, μ–करिता I3 = -१ असे समजतात. याचप्रमाणे प्रोटॉनाकरिता I3 = १/२ आणि न्यूट्रॉनाकरिता I3 = – १/२ असे धरतात. म्हणजे न्यूक्लिऑनकरिता बहुविधता २ एवढी होते.समपरिवलन पुंजांक प्रबल विक्रियांकरिता अक्षय राहतो. लेप्टॉनाकरिता तो तसा असत नाही, हे लक्षात ठेवण्याजोगे आहे.
सरासरी किंवा अतिविद्युत् भारांक (y) व विचित्रता पुंजांक (S) :बहुविध अवस्थेत असणाऱ्या सर्व कणांकरिता सरासरी विद्युत् भार Q हा खालील सूत्राचा उपयोग करून काढतात.
Q = १/M (R1 + R2 +…….+ RM)
अतिविद्युत् भारांक Y = २ Q यासूत्राने मिळते.
पायॉनाकरिता म्हणून Q= ० म्हणून y = ०
न्यूक्लिऑनाकरिता Q = १/२ म्हणून y = १
Q, I3 व B यांमध्ये खालील सूत्रसंबध असतो.
Q = I3 + १/२ B
हे सूत्र A0 व K० असे काही कण सोडून इतर बहुतेक सर्व कणांकरिता यथार्थ ठरते. ज्या कणाकरिता हे सूत्र यथार्थ ठरत नाही त्यास विचित्र कण असे म्हणतात. या कणाच्या बाबतीत जी विचित्रता आढळते ती पुढील प्रकारची असते : या कणाची उप्तत्ती ज्या अणुकेंद्रीय विक्रेयेद्वारे होते त्याकरिता परस्परक्रिया काल १०–२३ से. या परिमाणाचा असतो. यावरून ही निर्मिती प्रबल परस्परक्रियेद्वारा होते हे कळते. याउलट त्याचा क्षयकाल यामानाने खूप दीर्घ म्हणजे १०–८ ते १०–१२ से. या मूल्याचा असतो. यावरून हा क्षय दुर्बल विक्रेयेद्वारेहोत असतो हे स्पष्ट होते. प्रयोगाद्वारे असे आढळते की, विचित्र कण नेहमी युग्माच्या स्वरूपात निर्माण होत असतात. या निर्माण होणाऱ्या दोन कणांकरिता असणारे विचित्रता पुंजांक समान पण विरुद्ध प्रकारचे असतात. या कणाच्या क्षयामध्ये विचित्रता पुंजाक अक्षय राहत नाही. यामुळे याच्या प्रभावाने क्षयकाल दीर्घ होतो, अशी मीमांसा देण्यात आली आहे. यामुळे विचित्र कणाकरिता सरासरी आयुःकाल मोठ्या प्रमाणाचा असतो.
उदा., प्रोटॉनाकरिता I3 = + १/२, B = १ ∴ Q = + १
न्यूट्रॉनाकरिता I3 = -१/२, B = १ ∴ Q = ०
याउलट A0 करिता I3 = ०, B = १ ∴ Q = १/२
हे उत्तर बरोबर असत नाही. या अडचणीमधून मार्ग काढण्याकरिता विचित्रता पुंजांक (S) हा आणखी एक पुंजांक सुचविण्यात आला आहे. S = y – B या सूत्राने तो दर्शविला जातो. कण विद्युत् भाराकरिता नवीन सूत्र Q = I3 + १/२ B + १/२ S असे मिळते. वरील सूत्राचा उपयोग केला असता A0 या बॅरीऑनाकरिता y = ०, I3 = ०, B = १ असल्यामुळे S = -१, तर K० या मेसॉनाकरिता y = १, I3 = १/२, B = ० असल्यामुळे S = + १ ≡० या बॅरीऑनाकरिता y = १, I3 = -१/२, B = १ असल्यामुळे S = -२ अशी मूल्ये मिळतात. निरनिराळ्या कणांकरिता विचित्रता पुंजांक कोष्टक क्र.२ मध्ये दाखविले आहेत.
मूलकणांचे योग्य प्रकारे विनिर्देशन करण्याकरिता, त्यांच्या गुणधर्मांमध्ये सुसूत्रता आणण्याकरिता ज्या अनेक पुंजांकांचा वापर केला जातो त्यांची यादी कोष्टक क्र. ४ मध्ये दिली आहे. या विविध कण विक्रियांकरिता जे अक्षय्यता नियम यथार्थ असतात असे प्रयोगाने कळते त्यांचे पण निर्देशन कोष्टकात केले आहे.
कोष्टक क्र.४. मूलकणांकरिता वापरात असणारे पुंजांक, तत्त्वे व त्यांची अक्षय्यता.
| पुंजांक/राशी | परस्परक्रिया | |||
| चिन्ह | प्रबल | विद्युत् चुंबकीय | दुर्बल | |
| (१) द्रव्यमान / उर्जा | M/E | √ | √ | √ |
| (२) कोनीय संवेग (परिवलनांक) | J | √ | √ | √ |
| (३) विद्युत् भार | Q | √ | √ | √ |
| (४) अतिविद्युत् भारांक | y | √ | √ | X |
| (५) समपरिवलन पुंजांक | I | √ | X | X |
| (६) समपरिवलन प्रक्षेप | I3 | √ | √ | X |
| (७) लेप्टॉन पुंजांक | Le, Lμ | – | √ | √ |
| (८) बॅरीऑन पुंजांक | B | √ | √ | √ |
| (९) विचित्रता पुंजांक | S | √ | √ | X |
| (१०) विद्युत् भारपर्यसन | C | √ | √ | – |
| (११) कालपर्यसन | T | – | – | – |
| (१२) CPT पर्यसन (सामूहिक) | – | √ | √ | √ |
अनुस्पंदनी कण : कोष्टक क्र.२ मध्ये दाखविलेल्या कणांना सापेक्षतेने स्थैर्य आहे असे म्हणता येते कारण त्यांचा आयुःकाल सामान्यताः १०-८ – १०-१० सेकंद या मूल्याचा असतो. त्यामध्ये यापेक्षा कमी आयुःकालाचा π० हा एकच कण असा आहे की, ज्याकरिता आयुःकालाचे मूल्य ≈ १०-१६ से. एवढे आहे. या मूल्यावरून π० या कणाचा क्षय विद्युत् चुंबकीय प्रेरणेद्वारे होतो, असा अंदाज करता येतो. गेल्या काही वर्षांत जे शेकडो नवीन कण सापडले त्यांपैकी बहुसंख्य कणांचा आयुःकाल यापेक्षा खूप कमी (≈ १०-१९ ते १०-२३ से.) आहे. इतक्या त्वरेने क्षय होणाऱ्या कणांचे सरळ अभिज्ञान करून घेणे पण शक्य होत नाही. मात्र त्यांच्या क्षय विक्रियांपासून निर्माण होणाऱ्या उत्पादित कणांचे निरीक्षण करून त्यांच्या अस्तित्वाबद्दल अप्रत्यक्ष पुरावा मिळविता येतो. याकरिता उर्जा, संवेग, विद्युत् भार आणि वर उद्‌धृत केलेल्या इतर अनेक राशींकरिता अक्षय्यता तत्त्वाचा उपयोग करुन मूळचा कण कोणता असला पाहिजे, याविषयीचा निष्कर्ष काढता येतो. जर निरनिराळ्या प्रकारच्या प्रयोगांमध्ये मिळालेले कण एकाच नवीन कणाच्या क्षयापासून उत्पादित झालेले क्षय कण आहेत असे म्हणता आले, तर त्यावरून नवीन मूळच्या कणाचे अस्तित्व सिद्ध झाले, असे समजण्यास हरकत नसते.
या विविध कणांना ठराविक द्रव्यमान इ. गुणधर्म असल्यामुळे एकाद्या एकाच मूलभूत कणाच्या उच्च-उर्जा-अवस्थांचे ते निर्देशन करतात. असे त्यांचे वर्णन करता येते. कणाचे द्रव्यमान व त्याजवळ असणारी एकंदर ऊर्जा यांमध्ये सरळ संबंध असल्यामुळे तर निरनिराळ्या द्रव्यमानाचे कण (जर त्यांच्या इतर गुणधर्मांत पुरेशी साम्यता असेल तर) म्हणजे एकाच मूलकणाचे निरनिराळ्या उर्जेच्या अवस्था आहेत, असे त्यांचे वर्णन करणे शक्य होते. कोष्टक क्र.५ मध्ये काही मेसॉन व बॅरीऑन यांच्या अशा अनुस्पंदनी म्हणजे उच्च-ऊर्जा-अवस्था दाखविल्या आहेत.
कंसात दिलेल्या संख्या कणाचे MeV एककातील सरासरी द्रव्यमान दाखवितात. चिन्हाच्या वरच्या उजव्या बाजूस कणाच्या विद्युत् भार अवस्था दर्शविल्या आहेत. स्थिर कण अवस्थेकरिता सरासरी आयुःकाल ≈ १०-१० से. आणि अनुस्पंदनी कण अवस्थेकरिता सरासरी आयुःकाल ≤१०-१९ ते १०-२३ से. असतो. आ.१ मध्ये काही बॅरीऑन कणांचे क्षयाद्वारे होणाऱ्या रूपांतरण विक्रियेचे निर्देशन केले आहे. याबद्दलची अधिक तपशीलवार माहिती कोष्टक क्र.३ मध्ये दिली आहे.
मूलकणांकरिता प्राथमिक मीमांसा : निरनिराळ्या प्रकारचे मूलकण आणि त्यांचे प्रयोगात जे विविध गुणधर्म आढळतात त्यांचे संकलित परिशीलन करTन त्याकरिता सुसूत्री मीमांसा देण्याचे अनेक प्रयत्न झाले आहेत. अशा मीमांसेची उद्दिष्ट्ये दोन असतात : (१) कोणत्या प्रकारच्या मूलकणांना अस्तित्व असू शकेल याची निश्चिती करणे व (२) त्याच्या विशिष्ट गुणधर्माकरिता उपपत्ती देणे. ही दोन उद्दिष्ट्ये काही प्रमाणात एकमेकांशी निगडित अशी असतात. काही प्रसंगी एका प्रकारच्या कणाच्या गुणधर्माचे विशदीकरण करताना आणखी काही नव्या प्रकारच्या कणांच्या अस्तित्वाबद्दल सूचना मिळतात. काही काळानंतर प्रयोगशाळेमध्ये अशा कणांचा शोध लागतो, असे अनेक वेळा घडले आहे.
काही सैद्धांतिक मीमांसांमध्ये सर्व प्रकारचे मूलकण विशिष्ट प्राथमिक अशा काही बॅरीऑन व मेसॉन कणांपासून निर्माण झाले आहेत असे मानतात ते कण निरनिराळ्या संख्येत एकत्र आणून त्यांस बंधित करण्याकरिता त्यांमध्ये अनेक प्रकारच्या प्रबल प्रेरणा कार्यान्वित होतात, असे गृहीत धरावे लागते. या प्रेरणांविषयीचे उपलब्ध ज्ञान पुरेसे अचूक किंवा तपशीलवार नसल्यामुळे या प्रकारच्या मीमांसा विशेष यशस्वी अशा ठरल्या नाहीत.
गणितीय सममिती तत्त्वावर आधारलेल्या मीमांसांना याउलट आतापर्यंत त्यामानाने बरेच यश मिळाले आहे. प्रयोगशाळेत सापडलेले बरेच मूलकण प्रकार हे एकाच मूलभूत तत्त्वाच्या अनेक अवस्था आहेत किंवा त्या बहुविध कण अवस्था दर्शवितात असे मानतात. या तथाकथित अवस्थांमधील कणाच्या द्रव्यमानात बराच फरक आढळतो. ही गोष्ट विशद करण्यास अवघड असते. डी. आय्. मेंडेलेव्ह यांनी मूलद्रव्यांच्या ⇨ आवर्त सारणीची उभारणी करण्याकरिता याच पद्धतीचा उपयोग केला होता. सर्व ज्ञात मूलद्रव्यांच्या गुणधर्मांचा विचार करून मेंडेलेव्ह यांनी मूलद्रव्यांची अशी वर्गवारी केली की, त्यामुळे नव्या मूलद्रव्यांच्या अस्तित्वाबद्दल सूचना मिळून त्यांचा शोध घेणे शक्य झाले (उदा., त्यामुळे जर्मेनियम या मूलद्रव्याच्या अस्तित्वाविषयी भाकीत करणे शक्य झाले).
न्यूट्रॉन व प्रोटॉन या दोन अणुकेंद्रीय कणांना बरेचसे सारखे असे गुणधर्म आहेत. त्यामुळे हे दोन कण नसून न्यूक्लिऑन या एकाच कणाच्या दोन अवस्था आहेत असे समजतात. बॅरीऑन कणांचे एकमेकांमध्ये सुलभपणे परिवर्तन होत असल्यामुळे इतर कणांकरिता सुद्धा अशा प्रकारची वर्गवारी करणे शक्य होते. अशा प्रकारे बॅरीऑन व मेसॉन यांची वर्गवारी एकाच वर्गातील पण थोडे वेगळे गुणधर्म असणाऱ्या अशा समपरिवलन बहुविध कणांमध्ये करता येते. अशा कणांकरिता परिवलनांक व विचित्रता पुंजांक तेच असतात त्यांची द्रव्यमाने एकमेकांपासून फारशी वेगळी नसतात त्यांवरील विद्युत् भारात फक्त फरक असतो.
मरी गेल-मान यांनी बहुसंख्य बहुविध कण गटाचा शोध लावला. यामध्ये दोन N, एक A0 , तीन ∑ व दोन Ξ अशा एकंदर आठ बॅरीऑनांचा समावेश केला होता. या सर्व कणांकरिता परिवलनांक = १/२व द्रव्यमान जवळजवळ सारखे होते, तरी त्यांकरिता विचित्रता पुंजांक एकसमान नव्हता. हे सर्व कण प्रबल अणुकेंद्रीय परस्परक्रियेमुळे प्रभावित होतात.
ज्या गणितीय सममितीमुळे कणांची अशी अष्टक गटात वर्गवारी करता येते तिला SU (3) सममिती असे नाव आहे. प्रत्यक्षात यामुळे १, ८, १०, २७ इतके कण असलेल्या गटांत वर्गवारी करणे शक्य होते.
वरील मेसॉन व बॅरीऑन कणांकरिता ही अष्टक वर्गवारी y व I या प्रचलांच्या संदर्भात आ.२ मध्ये भूमितीय रीत्या निर्देशित केली आहे.
या सममिती तत्त्वाचा उपयोग करून W–कणाला अस्तित्व असावे, असे भाकीत करण्यात आले होते. या कणाचा शोध एन्. पी. सॅमिऑस व आर्. पी. शट यांनी १९६४ साली लावला.
वरील अष्टक गटवारी रचनेवरून हॅड्रॉन हे क्वार्क या मूलघटकापासून बनले आहेत, ही कल्पना सुचली असावी.
मूलकणांकरिता क्वार्क संरचना : प्रोटॉनाद्वारे प्रोटॉनाचे प्रकीर्णन या प्रकारच्या प्रयोगांपासून असे सूचित झाले की, प्रोटॉनामधील विद्युत् भार बिंदुमात्र नसून त्यास एक विशिष्ट संरचना आहे. अणूमध्ये इलेक्ट्रॉनाचे एक विशिष्ट प्रकारचे असे ज्याप्रमाणे वितरण आढळते, त्या प्रकारचीच ही संरचना असते. प्रयोगशाळेत विविध प्रकारचे मूलकण आढळतात व त्यांचे वर्णन करण्याकरिता ज्या ठराविक राशींचा उपयोग केला जातो त्यांचे गणितीय विश्लेषण करून हे सर्व कण त्यांच्यापेक्षा जास्त मूलभूत अशा काही मर्यादित संख्येच्या घटक कणांपासून क्रमचय-समचय पद्धतीने [ ⟶ समचयात्मक विश्लेषण] निर्माण झाले असा प्रस्ताव मरी गेल-मान यांनी जेव्हा प्रथम मांडला तेव्हा त्यांनी सर्व कणांची उत्पत्ती तीन प्रकारच्या क्वार्क या मूलकणांपासून झाली आहे, असे गृहीत धरले होते. या तीन क्वार्काच्या जोडीला त्यांचे तीन प्रतिकण पण गृहीत धरले होते. तीन मूळ क्वार्क प्रकारांना ‘स्वाद’ असे म्हणतात. स्वाद हा शब्द येथे तांत्रिक प्रतीक अर्थांने वापरला आहे. त्याचा नेहमीचा लौकिक अर्थ घ्यावयाचा नाही हे लक्षात ठेवावयास हवे. यानंतर सापडलेल्या मूलकणांच्या संरचनेचे व गुणधर्माचे स्पष्टीकरण करण्याकरिता क्वार्कच्या स्वाद व त्यांचे गुणधर्म कोष्टक क्र.९ मध्ये दाखविले आहेत.
क्वार्काच्या स्वतंत्र अस्तित्वाबद्दल आजपावेतो प्रत्यक्ष प्रयोगाद्वारे पुरावा मिळालेला नाही पण त्याबद्दल बराच अप्रत्यक्ष पुरावा उपलब्ध झाला आहे. विविध बॅरीऑन कण व मेसॉन कण यांची क्वार्क संरचना कोष्टक क्र.७ व ८ यांमध्ये दाखविली आहे. u व d स्वादांचे क्वार्क पूरक किंवा समानधर्मी असल्यामुळे त्यांचे एक युग्म असते, असे समजतात. बॅरीऑन कणामध्ये (उदा., प्रोटॉन) कणाच्या १/२द्रव्यमानाहून अधिक द्रव्यमान असलेल्या अशा तीन क्वार्कांचा समावेश होत असल्यामुळे त्याची बंधन ऊर्जा प्रचंड असणार हे उघड आहे. कोष्टकामध्ये दिलेल्या संरचनेवरून बीटा किरणोत्सर्गामध्ये अणुकेंद्रातील न्यूट्रॉनाचे प्रोटॉनामध्ये रूपांतरण हाते, तेव्हा त्यामधील एका d क्वार्काचा u क्वार्कामध्ये बदल होतो हे कळते. मूलकणांमध्ये परस्परक्रिया होऊन जेव्हा कणाच्या स्वरूपात फरक पडतो त्या वेळी त्याच्या घटक क्वार्क कणाचा स्वाद बदलतो.
आपल्या विश्वातील अणुकेंद्रे फक्त प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांचीच बनलेली असतात आणि या दोन मूलकणांत फक्त u व d क्वार्कच घटक म्हणून असतात. विश्वकिरणांत प्रथम सापडलेल्या व नंतर अणुकेंद्रांच्या परस्परक्रियेत निर्माण झालेल्या K, A0, ∑, Ξ इ. सर्व मूलकणांमध्ये विचित्र गुणधर्म आढळून येतात, त्याचा उल्लेख मागे करण्यात आला आहे. अशा विचित्र गुणधर्माच्या मूलकणांमध्ये एक किंवा अधिक तिसऱ्या प्रकारचा क्वार्क (s) घटक म्हणून असतो. याच्या उपस्थितीमुळेच कणाला विचित्रता हा गुणधर्म मिळतो.
एस्. सी. सी. टिंग व त्यांचे सहकारी यांना १९७४ मध्ये उच्च उर्जा प्रोटॉन-प्रोटॉन यांच्या परस्पर आघाताचा अभ्यास करताना, एक मोठ्या द्रव्यमानाच्या (≈ ३१०० MeV) अस्थायी मेसॉनाचा शोध लागला. या कणाचे आयुर्मान इतर कणांच्या मानाने हजार ते दहा हजार पटींनी जास्त असते असे आढळले. या कणाचा क्षय शेवटी इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन या युग्मात होत असल्यामुळे त्यायोगे त्याचे अभिज्ञान करून घेणे शक्य होते. स्टॅनफर्ड विद्यापीठातील बर्टन रिच्‌टर यांनी कणाच्या अस्तित्वाविषयी दुजोरा दिला. हा कण J /ψया नावाने ओळखला जातो. हा कण मोहक (c) क्वार्काच्या कण-प्रतिकण या दोहोंच्या संलग्न अवस्थेमुळे बनला आहे, असे विशदीकरण दिले जाते.
प्रोटॉन व अणुकेंद्रे यांच्या परस्पर आघातापासून उप्सायलॉन (r)नावाचा एक भारी द्रव्यमानाचा (९४५० ते १०३४०MeV)अनुस्पंदनी मेसॉन एल्. एम्. लेडरमान यांना १९७७ मध्ये सापडला. उप्सायलॉन मेसॉन सुंदरता किंवा तळ (ब्युटी किंवा बॉटम) या पाचव्या प्रकारच्या क्वार्क व प्रतिक्वार्क यांच्या संयोगामुळे निर्माण होतो असे त्यांनी दाखविले. उप्सायलॉन मेसॉनाकरिता निरनिराळ्या उत्तेजित अवस्थाही सापडल्या व त्यावरून मूळb क्वार्काचे द्रव्यमान (९४३४MeV)एवढे असावे असे प्रदत्तावरून कळते.
ज्याप्रमाणे मोठ्या द्रव्यमानाच्या अणुकेंद्रांच्या बाबतीत प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांना स्वतंत्र अस्तित्व असते असे समजतात,ज्याप्रमाणे हॅड्रॉन मूलकणांमधील (वर्तमान ज्ञात संख्या≈२००) क्वार्कांना पण स्वतंत्र अस्तित्व असते,असे मानावे लागते. मूलकणातील क्वार्क संघटनाला किंवा विन्यासाला (मांडणीला) शास्वत स्वरूप असते,असे मानावयाचे कारण नाही,कारण त्यामध्ये सतत महत्त्वाचे फेरबदल होऊ शकतात,असे प्रयोगाने आढळते. उदा.,उर्जावान ऑक्सीजनाची किंवा लोहाची अणुकेंद्रे अणुकेंद्रीय पायसामध्ये [कण अभिज्ञानासाठी वापरण्यात येणाऱ्या विशिष्ट छायाचित्रण पायसामध्ये⟶कण अभिज्ञातक] शिरली,तर त्यामुळे अनेक विक्रिया सिद्ध होऊन त्यांच्या व्यक्तीगत मार्गाचे त्यामध्ये मुद्रण होते. एकंदर रेखित झालेल्या मार्गांपैकी ६ मार्गांची लांबी अतिशय आखूड असते असे आढळते. याचा अर्थ तद्नुरूप कण अतिशय क्रियाशील होता असा होतो. हा परिणाम कणामधील क्वार्क घटकांची फेरसंघटना होताना त्यामध्ये विशेष क्रियाशील असेउत्तेजित ड्यूटेरॉन घटक निर्माण झाल्यामुळे होतो,असे दाखविण्यात आले आहे. या क्रियाशील उत्तेजित ड्यूटेरॉन घटकास राक्षस ड्यूटेरॉन असे नाव देण्यात आले आहे. निरनिराळे मूलकण म्हणजे वेगवेगळ्या प्रकारच्या व वेगवेगळ्या संख्येतील क्वार्काचे पुंजके आहेत,असे वर्णन करता येते.
खुलासा :बॅरीऑन निर्माण होण्याकरिता तीन क्वार्क एकत्र यावे लागतात. मेसॉनाकरिता क्वार्क-प्रतिक्वार्क हे एकत्र येतात असे समजलेजाते. प्रयोगाने सापडलेल्या कोणत्याही कणाची संरचना ठरवताना त्याचा विद्युत् भार (Q),अतिविद्युत् भारांक (y)व समपरिवलन प्रक्षेप (I3)या तीन राशींचाच उपयोग केला जातो. संलग्न कणाकरिता या किंवा इतर राशींचे मूल्य,घटक क्वार्काकरिता असणाऱ्या या राशींच्या मूल्यांची बीजगणितीय बेरीज करुन मिळते. प्रतिक्वार्काकरिताQ, I3, y, B, S, Cया राशींच्या चिन्हांत फक्त बदल होतो.
कोष्टक क्र.९ क्वार्कांचे स्वाद व त्यांचे गुणधर्म
| स्वाद→
गुणधर्म↓ |
u | d | c | s | t | b |
| द्रव्यमान (MeV) | ३९० | ३९० | १५५० | ५१० | > १५००० | ४७२० |
| विद्युत् भार (Q) | +२/३ | – १/३ | +२/३ | – १/३ | (+२/३) | – १/३ |
| बॅरीऑन
पुंजांक (B) |
१/३ | १/३ | १/३ | १/३ | १/३ | १/३ |
| परिवलनांक (J) | १/२ | १/२ | १/२ | १/२ | १/२ | १/२ |
| समपरिवलन
पुंजांक (I) |
+१/२ | -१/२ | ० | ० | ० | ० |
| विचित्रता
पुंजांक (S) |
० | ० | ० | -१ | ० | ० |
| मोहकता
पुंजांक (C) |
० | ० | +१ | ० | ० | ० |
| समपरिवलन
प्रक्षेप (I3) |
१/२ | – १/२ | ० | ० | – | – |
| अतिविद्युत्
भारांक |
१/३ | १/३ | १/३ | – २/३ | – | – |
u, d, c, s, bया क्वार्काच्या अस्तित्त्वाबद्दल प्रयोगाने अगोदरच पुरावा मिळालेला होता आणि‘माथा’किंवा‘सत्य’ (टॉप किंवा ट्रुथ) नावाचा सहावा क्वार्क (t)सममिती तत्त्वाप्रमाणे अपेक्षित होतापण त्याचा प्रत्यक्ष शोध यूरोपीय राष्ट्राच्या सर्न (CERN)या संघटनेच्या प्रयोगशाळेत जुलै १९८४ मध्ये लागला.W±या कणाच्या क्षयाकरिता अनेक पर्याय असतात. त्यांपैकी एक क्षय तळ व मांथा या क्वार्क जोडीकणांच्या स्वरूपात होतो. अशा क्षय क्रियेमध्येच माथा क्वार्क आढळून आला व त्याच्या द्रव्यमानविषयी ४०,०००MeVहा स्थूल अंदाज करण्यात आला आहे.
मूलकण विक्रियांचे परिशीलन केले असता सहा प्रकारचे क्वार्क (प्रत्येक प्रकारात परत तीन रंग प्रकार) व सहा प्रकारचे लेप्टॉन यांच्या खालीलप्रमाणे जोड्या लावता येतात.
| क्वार्क प्रकार | लेप्टॉन | |
| I | u, d | इलेक्ट्रॉन व इलेक्ट्रॉनीय न्यूट्रिनो |
| II | c, s | म्यूऑन व म्यूऑनीय न्यूट्रिनो |
| III | t, b | टाऊ व टाऊ न्यूट्रिनो |
यावरून असे दिसते की, विश्वातील सर्व जड पदार्थ १८ क्वार्क व ६ लेप्टॉन यांच्यापासून निर्माण झाले आहेत. यांना जोडण्याचे काम एकंदर १२ क्षेत्र पुंजकण (१ फोटॉन + ८ ग्लुऑन प्रकार + ३ सदिश बोसॉन) करतात.
सकृतदर्शनी क्वार्काचे अभिज्ञान करून घेणे सोपे दिसते कारण त्यावर अपूर्णांकी इलेक्ट्रॉनीय विद्युत् भार असतो. मोठ्या द्रव्यमानाच्या अणुकेंद्राभोवती तेथे असलेल्या शेष क्षेत्र परिणामामुळे मुक्त क्वार्क जमा होण्याचा संभव बराच असतो. मोठ्या द्रव्यमानाचा धातुकण घेऊन त्यावर असणारा विद्युत् भार मोजून त्याद्वारे क्वार्काचा शोध घेण्याचे अनेक प्रयत्न झाले पण त्यापासून सर्वमान्य असा निष्कर्ष अजून तरी मिळालेला नाही.
याउलट काही वैज्ञानिकांच्या मते मुक्त क्वार्काला ‘रंग’विहिन कणामध्ये कायम स्वरूपात स्थानबद्ध करून ठेवणारी काही तरी यंत्रणा निसर्गात असण्याचा संभव आहे. हे मत जर खरे ठरले, तर मुक्त क्वार्काचे प्रयोगाद्वारे निरीक्षण करणे कधीच शक्य होणार नाही. एका वैज्ञानिकाने म्हटल्याप्रमाणे मुक्त क्वार्काचा शोध म्हणजे एकच टोक असलेल्या दोरीच्या शोधाइतकेच अशक्य असू शकेल.
क्वार्क या कणांना परिवलनांक १/२ असल्यामुळे ते फेर्मिऑन आहेत, हे स्पष्ट होते. अनेक बॅरीऑनांमध्ये एकाच प्रकारचे दोन एकरूप क्वार्क आहेत असे गृहीत धरावे लागत असल्यामुळे पाउली विवर्जन तत्त्वाचा [ ⟶ अणु व आणवीस संरचना] भंग होतो असे दिसते. या अडचणीतून मार्ग काढण्याकरिता ओ. ग्रीनबर्ग यांनी १९६४ मध्ये क्वार्क कणाला द्रव्यमान व विद्युत् भार या व्यतिरिक्त रंगभार असतो अशी कल्पना पुढे आणली. त्यावर असलेल्या विद्युत् भारामुळे हे कण विद्युत् चुंबकीय प्रेरणेला प्रतिसाद देऊ शकतात.
आधुनिक पुंजयामिकीप्रमाणे दोन विद्युत् भारित पदार्थांमध्ये निर्माण होणारी प्रेरणा त्यांमध्ये आभासी फोटॉनाचे उत्सर्जन आणि शोषण होत असल्यामुळे निर्माण होते, असे दाखविले आहे. या विक्रियेचा पल्ला अमर्याद असल्यामुळे फोटॉन कणाचे शून्यगति-द्रव्यमान शून्य मूल्याचे असले पाहिजे असे दाखविता येते. फोटॉन विनिमय विक्रियेमध्ये पदार्थावरील विद्युत् भाराचे मूल्य बदलत नाही. फोटॉन एका वेळी फक्त एका पदार्थाबरोबर परस्परक्रिया करीत असतो व त्यामुळे त्या पदार्थाच्या (कणाच्या) स्वरूपात कोणत्याही प्रकारात फरक पडत नाही. विनिमयित केला जाणारा कण एकाच प्रकारचा असतो (पहा आ. ३).
क्वार्कामध्ये असणाऱ्या प्रेरणेचे विशदीकरण करण्याकरिता ग्लुऑन या कणाचे अस्तित्व गृहीत धरले जाते. ग्लुऑन कण शून्य द्रव्यमानाचे सदिश बोसॉन (प्रकाशवेगाने जाणारे व परिवलनांक = १) असून ते आपआपसात प्रबल परस्परक्रिया करीत असल्यामुळे त्यांचे मुक्त स्वरूपात निरीक्षण करणे अवघड ठरते. ज्या वस्तू किंवा कण ‘रंग’ विहीन आहेत, त्यांचेच प्रयोगाद्वारे निरीक्षण करणे शक्य असते, अशा एक निष्कर्ष आपण काढू शकतो. मुक्त रंगीत ग्लुऑन कणाच्या अस्तित्त्वाबद्दल प्रयोगाद्वारे जरी प्रत्यक्ष पुरावा मिळत नसला, तरी कणाच्या अंतर्गत ग्लुऑन आहेत याबद्दल अनेक प्रकारे अप्रत्यक्ष पुरावा मिळविता येतो. स्टॅनफर्ड शाळेत प्रोटॉनाद्वारे इलेक्ट्रॉनाच्या प्रकीर्णनावर १९६८ मध्ये जे प्रयोग करण्यात आले त्यांवरून रंगभारविहीन ग्लुऑनाच्या अस्तित्त्वाबद्दल प्रथम पुरावा मिळाला. दुसरा पुरावा J/ψया मेसॉनाच्या क्षय क्रियेपासून उपलब्ध झाला. आधुनिक मीमांसेप्रमाणे या मेसॉनामध्ये मोहक c क्वार्क व त्याचा प्रतिक्वार्क यांची जोडी असते. इलेक्ट्रॉन व पॉझिट्रॉन (प्रतिइलेक्ट्रॉन) हे एकमेकांशी क्षणभर संलग्न होऊन ज्याप्रमाणे पॉझिट्रोनियम नावाचा सेश्लेष (भौतिकीय संयुग) बनवितात [ ⟶ पॉझिट्रॉन] त्याप्रमाणे व क्वार्क एकत्र येऊन चार्मोनियम या नावाचा एक क्षणजीवी संश्लेष निर्माण करतात. त्यामध्ये दोन प्रकार संभवतात. पहिल्या प्रकारात क्वार्काच्या परिवलन दिशा समांतर असतात, तर दुसऱ्या प्रकारात त्या एकमेकींना प्रतिसमांतर (समांतर परंतु विरुद्ध) असतात. हे संश्लेष जेव्हा ग्लुऑनामध्ये विघटन पावतात, तेव्हा कोनीय संवेग अक्षयता टिकवावयाची असेल, तर पहिल्या प्रकारात त्याचे तीन ग्लुऑनांमध्ये तर दुसऱ्या त्याचे दोन ग्लुऑनांमध्ये प्राथमिक विघटन होणे आवश्यक होते. ग्लुऑन हे मुक्त अवस्थेत राहू शकत नसल्यामुळे ते परत एकत्र येऊन निरनिराळ्या तऱ्हेच्या मेसॉन कणांची निर्मिती करतात. चार्मोनयम क्षयाचे दोन तद्नुरूप प्रकार आ.४ मध्ये दाखविले आहेत. जो क्षय तीन ग्लुऑन उत्सर्जनाद्वारे होतो त्याचा क्षयकाल त्यामुळे जास्त दीर्घ मूल्याचा होतो.
यापेक्षा जास्त खात्रीलायक पुरावा इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन यांच्या नष्टीकरण प्रयोगापासून जर्मनीमधील हॅंबर्ग येथील प्रयोगशाळेत काम करणाऱ्या आंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक संशोधक गटाला १९७९ मध्ये मिळाला. या प्रयोगामध्ये शक्तीशाली इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन कण एकमेकांजवळ येऊन जेव्हा एकमेकांचे नष्टीकरण करतात, तेव्हा फोटॉन निर्माण होतात. काही फोटॉनांचे क्वार्क व प्रतिक्वार्क यांमध्ये रूपांतरण होते. संवेग अक्षय्यता सिद्धांताप्रमाणे (पहा आ. ५) फोटॉनापासून क्वार्क, प्रतिक्वार्क व ग्लुऑन असे तीन कण झोत निर्माण होतात. क्वार्क वा ग्लुऑन हे मुक्त अवस्थेत राहू शकत नसल्यामुळे यांचे योग्य विक्रियेद्वारे शेवटी तीन हॅड्रॉन कण स्त्रोतात रूपांतरण होते आणि या तीन स्त्रोतांचे प्रयोगशाळेत निरीक्षण करता येते.
फोटॉनाप्रमाणे क्वार्काने ग्लुऑनाचे उत्सर्जन आणि शोषण केले की, त्याच्या विनिमयामुळे कणांमध्ये एक प्रबल प्रेरणा निर्माण होते, असे दाखविता येते. फोटॉनाप्रमाणे ग्लुऑन हे एकाच प्रकारचे नसून त्यांमध्ये एकंदर आठ प्रकार आहेत, असे मानले आहे. वर वर्णन केलेल्या पुंज विद्युत् गतिकीच्याप्रमाणे [ ⟶ क्षेत्र सिद्धांत] क्वार्कामधील प्रेरणेचे वर्णन करण्याकरिता पुंज रंग-गतिकी या गणितीय मीमांसेचा उपयोग केला जातो. या विषयाचा थोडक्यात सुलभ परिचय पुढे करून दिला आहे.
क्वार्कामधील रंगभार : क्वार्कामध्ये सहा स्वाद अथवा प्रकार असतात आणि त्यांपैकी प्रत्येक स्वादामध्ये हिरवा, लाल आणि निळा या रंगभारांचे तीन निरनिराळे क्वार्क असतात. या रंगभाराचे स्वरूप व त्याचे मूल्य यांवरून क्वार्काचे भौतिकीय गुणधर्म निश्चित होत असतात. पुंज रंग-गतिकीमध्ये या रंगांचे वर्णन पारंपरिक अर्थाने घ्यावयाचे नसून त्यांना फक्त एक विवक्षित असा तांत्रिक अर्थच अभिप्रेत आहे. क्वार्कावरील रंगभार (R-G), (G-B), (B-R) अशा तीन प्रकारचे असतात व त्यांना +१/२, ०, -१/२ एवढीच पुंजमूल्ये असू शकतात, हे दाखविता येते.
कोणत्याही क्वार्कामध्ये असणाऱ्या या तीन मूलभूत रंगभारांच्या सापेक्ष मूल्यानुसार क्वार्काचा रंग कसा निश्चित होतो, हे कोष्टक क्र.१० वरून स्पष्ट होईल.
कोष्टक क्र.१० क्वार्कामधील विशिष्ट रंगभार मूल्ये व क्वार्काचा रंग
| क्वार्क प्रकार (रंग) | रंगभार | ||
| R-G | G-B | B-R | |
| लाल | +१/२ | ० | -१/२ |
| हिरवा | -१/२ | +१/२ | ० |
| निळा | ० | -१/२ | +१/२ |
| प्रतिलाल | -१/२ | ० | +१/२ |
| प्रतिहिरवा | +१/२ | -१/२ | ० |
| प्रतिनिळा | ० | +१/२ | -१/२ |
कोणत्याही प्रकारच्या क्वार्काकरिता संकलित रंगभार शून्य मूल्याचा असतो हे लक्षात घेण्याजोगे आहे.
पुंज रंग-गतिकीप्रमाणे आठ निरनिराळ्या प्रकारच्या ग्लुऑनांचे आभासी उत्सर्जन किंवा शोषण झाल्यामुळे दोन क्वार्कामध्ये शक्तीशाली प्रेरणा निर्माण होत असते. विद्युत् चुंबकीय प्रेरणेमध्ये फोटॉन या द्रव्यमानहीन कणाचा विनियम होत असतो पण फोटॉनावर विद्युत् भार नसल्यामुळे या प्रेरणेचे प्रमाणे कमी असते. याउलट आठांपैकी सहा ग्लुऑनांवर रंगभार असल्याने त्याच्या विनिमयामुळे अत्यंत शक्तीशाली अशी प्रेरणा निर्माण होते. या प्रेरणेमुळे जी विक्रिया होते तीमुळे मूळ क्वार्काच्या रंगात सारखा फरक पडत जाणे शक्य होते. अशा विक्रियांकरिता रंगभार अक्षयता नियम यथार्थ राहत असल्यामुळे उत्सर्जित ग्लुऑनावर कोणत्या प्रकारचे रंगभार कोणत्या प्रमाणात असावेत, हे निश्चित करणे सोपे होते (पहा कोष्टक क्र. ११). ग्लुऑन GR→GवGG→Rयांची रंगभार मूल्ये कण-प्रतिकणासारखी असतात.
लाल-क्वार्कामधून GR→Gग्लुऑन उत्सर्जित झाला, तर त्यामुळे त्याचे हिरव्या क्वार्कामध्ये कसे रूपांतरण होते हे कोष्टक क्र. १२ वरून स्पष्ट होते.
कोष्टक क्र.११. ग्लुऑन प्रकार व त्याच्या उत्सर्जनाने होणारे रंगभारातील फरक.
| ग्लुऑन प्रकार | R-G | G-B | B-R | एकंदर फरक |
| G1 ↑ | ० | ० | ० | ० |
| G2 ↑ | ० | ० | ० | ० |
| GR→G↑ | +१ | -१/२ | -१/२ | ० |
| GG→R↑ | -१ | +१/२ | +१/२ | ० |
| GG→B↑ | -१/२ | +१ | -१/२ | ० |
| GB→G↑ | +१/२ | -१ | +१/२ | ० |
| GR→B↑ | +१/२ | +१/२ | -१ | ० |
| GB→R↑ | -१/२ | -१/२ | +१ | ० |
कोष्टक क्र. १२ ग्लुऑनाच्या उत्सर्जनामुळे लाल क्वार्काचे हिरव्या क्वार्कामध्ये रूपांतरण.
| R-G | G-B | B-R | |
| लाल क्वार्क | १/२ | ० | -१/२ |
| GR→Gग्लुऑन↑ | +१ | -१/२ | -१/२ |
| परिणामी क्वार्क (हिरवा) | -१/२ | +१/२ | ० |
वरीलप्रमाणे एकाच क्वार्क प्रकारामध्ये (उदा., लाल) ग्लुऑन उत्सर्जनामुळे तीन निरनिराळ्या प्रकारचे रंगबदल घडवून आणले जातात. याचे स्पष्टीकरण आ. ६ च्या साहाय्याने करता येते. qR या लाल क्वार्कमधून G1, G2या प्रकारच्या ग्लुऑनाचे उत्सर्जन झाले असता क्वार्क रंगात काही बदल होत नाही. GR→G ग्लुऑनचे उत्सर्जन झाले, तर लाल क्वार्काचे हिरव्या क्वार्कामध्ये रूपांतरण होते. GR→Bग्लुऑन उत्सर्जनामुळे परिणामी क्वार्क निळ्या क्वार्कामध्ये रूपांतरित होतो. अशा प्रकारे एका क्वार्काचे तीन या हिशोबाने तीन क्वार्कांकरिता नऊ रंगपालट शक्य असतात. या बदलांविषयींची कल्पना आ. ५ वरून अधिक स्पष्ट होईल.
ग्लुऑनावर ठराविक मूल्याचा रंगभार असतो व त्याच्या उत्सर्जनामुळे जे दोन भिन्न परिणाम घडताना आढळतात ते पुढीलप्रमाणे : (१) क्वार्कावरील रंगभाराचे +१/२, ०, – १/२ असे आपोआप पुंजीकरण होते. ग्लुऑनावरील रंगभाराचे अवलोकन केले असता त्याच्या उत्सर्जनामुळे रंगभारात पडणारा फरक १/२ एवढ्याच मूल्याचा असतो. (२) कोणत्याही क्वार्कावरील धन व ऋण रंगभार एकाच मूल्याचे असल्यामुळे त्यावरील एकंदर रंगभाराची बेरीज शून्य होते.
पुंज रंग-गतिकी मीमांसेचे सारांश रूपाने वर्णन पुढीलप्रमाणे करता येते. क्वार्कावर रंगभार असतो व त्यामुळे दोन क्वार्कांमध्ये प्रबल प्रेरणा निर्माण होते. ही प्रेरणा प्रत्यक्षात आठ निरनिराळ्या प्रकारच्या द्रव्यमानरहित अशा ग्लुकॉन कणांच्या विनिमयामुळे कार्यान्वित होत असते. क्वार्काला तीन मूलभूत रंग असतात व या रंगांची देवाणघेवाण सहा ग्लुऑन कणांच्या देवघेवीने होत असते. या विक्रियेत रंगभार अक्षय्यता नियम यथार्थ राहतो. कोणत्याही क्वार्कांवरील धन व ऋण रंगभार एकमूल्यी असल्यामुळे त्याची परिणामी बेरीज शून्य असते. या सर्व व इतर काही विशिष्ट लक्षणांमुळे पुंज रंग-गतिकी मीमांसेला SU (३) ही गणितीय सममिती आहे असे दाखविता येते.
A0 या विचित्र बॅरीऑनामध्ये u, d व s असे तीन क्वार्क असले पाहिजेत असे कळते. या तीन क्वार्कांचे रंग एकमेकांपासून विभिन्न असले पाहिजेत हे क्रमप्राप्त होते, कारण बॅरीऑन किंवा मेसॉन यांपैकी कोणत्याही कणाला परिणामी रंग नसतो. या दोन अटी (विद्युत् भार व रंगहीनता) पूर्ण करणाऱ्या अनेक पर्यायी रंगसंयोग रचना शक्य असतात. मीमांसेप्रमाणे या सर्वांची सारखीच संभाव्यता असल्यामुळे कणाच्या आतील क्वार्कामध्ये कालानुसार सारखे सतत रंग बदल होत असतात असे दिसते. या संभाव्य पर्यायी रंगरचनांपैकी काही रचना आ. ७ मध्ये दाखविल्या आहेत. ज्या विक्रियांमध्ये ग्लुऑन उत्सर्जनानंतर रंगबदल होत नाही अशा विक्रिया आ. ७ मध्ये दाखविलेल्या नाहीत. धन पायॉनामध्ये u व d क्वार्क असतात व त्याकरिता शक्य पर्यायी रचना आ. ७ (आ) मध्ये दाखविल्या आहेत.
आ. ७ (इ) मध्ये Ω–करिता क्वार्काची रंगसंयोग रचना दाखविली आहे. या बॅरीऑनामध्ये असणारे क्वार्क सर्व s प्रकारचे असल्यामुळे ते तीन वेगवेगळ्या रंगाचे असतात. गेल-मान यांच्या अष्टक योजनेनुसार या कणाच्या अस्तित्त्वाबद्दल प्रथम भाकीत केले गेले होते. यानंतर १९६४ मध्ये एन्. पी. सॅमिऑस व आर्. पी. शट यांनी याचा प्रयोगशाळेत शोध लावला.
प्रोटॉनामध्ये होणाऱ्या क्वार्क रंगबदलाची कल्पना आ. ७ (ई) वरून येईल.
मूलकणांवरील मूलभूत प्रेरणा : मूलकण व त्यांवर कार्य करणाऱ्या विशिष्ट प्रेरणा या दोन्ही गोष्टी एकमेकांशी निगडित अशा आहेत. त्यामुळे आतापर्यंतच्या विवेचनात सैद्धांतिक संकल्पनांचा उल्लेख अनेक ठिकाणी येऊन गेला आहे. या निरनिराळ्या प्रेरणांमागील संकल्पनांमधील परस्परसंबंध येथे अधिक स्पष्ट केलेला आहे. या सर्व प्रेरणांकरिता एक एकीकृत मीमांसा देण्याकडे सतत प्रयत्न केला जात आहे.
आतापर्यंतच्या विवेचनावरून हे स्पष्ट झाले आहे की, मूलकणाच्या विक्रिया विशद करण्याकरिता ज्या चार तऱ्हेच्या प्रेरणा गृहीत धराव्या लागातात त्या (१) गुरुत्त्वाकर्षणीय, (२) विद्युत् चुंबकीय, (३) प्रबल अणुकेंद्रीय व (४) दुर्बल अणुकेंद्रीय या आहेत. यांपैकी गुरुत्त्वाकर्षणी प्रेरणेचे मूल्य इतक्या कमी प्रतीचे असते की, तिचा विचार काही काळाकरिता बाजूस ठेवता येतो.
अणुकेंद्रात प्रोटॉन व न्यूट्रॉन असतात आणि त्यांमध्ये प्रबल अणुकेंद्रीय प्रेरणा मिळते. या दोन्ही कणांत क्वार्क हे कण घटक म्हणून असतात. कोणत्याही दोन क्वार्कांमध्ये रंगभारामुळे ग्लुऑनाद्वारे पुंज रंग-गतिकीय प्रेरणा कार्यान्वित होत असते. दोन क्वार्कांमध्ये ग्लुऑनाच्या देवघेवीमुळे जी परस्परक्रिया होते तिचा पल्ला अमर्याद असतो व तिचे प्रमाण पण खूप मोठे असते (ग्लुऑनाला द्रव्यमान नाही व तो प्रकाशवेगाने प्रवास करतो). पुंज रंग-गतिकीय प्रेरणा आणि प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांसारख्या अणुकेंद्रीय कणांमध्ये मिळणारी अणुकेंद्रीय प्रबल प्रेरणा या दोन निरनिराळ्या अशा गोष्टी आहेत. यांमधील फरक खालील दाखल्यावरून स्पष्ट होईल.
कोणत्याही अणूमध्ये धन विद्युत् भारित अणुकेंद्र व त्याभोवती असणारे ऋण विद्युत् भारित इलेक्ट्रॉन यांमध्ये असलेले बंधन विद्युत् चुंबकीय प्रेरणेमुळे निर्माण होते. हिचे कार्यक्षेत्र अमर्याद स्वरूपाचे असते. दोन अणू जवळ येऊन जेव्हा रेणू निर्माण करतात (उदा., NaCl) तेव्हा त्यांना एकत्र आणणारी प्रेरणा विद्युत् चुंबकीय स्वरूपाचीच असते पण तिचा प्रभाव अणूच्या जवळच्या काही मर्यादित (≈ १०-८ सेंमी.) क्षेत्रातच महत्त्वाचा असतो व तिचे मूल्य पण अणुकेंद्र व इलेक्ट्रॉन यांमधील मूळ प्रेरणेपेक्षा बरेच कमी दर्जाचे असते [ ⟶ पुंज रसायनशास्त्र]. त्यामुळे रेणूचे अणूंमध्ये विघटन करण्याकरिता लागणारी ऊर्जा, अणूमधील अणुकेंद्र व त्याभोवती असणाऱ्या सर्व इलेक्ट्रॉनांना एकमेकांपासून अलग करण्याकरिता लागणाऱ्या सर्व ऊर्जेपेक्षा खूप कमी असते. दोन अणूंस एकत्र आणून त्यांचा एक रेणू बनविणारी रासायनिक प्रेरणा ही वरील उदाहरणात मूळ अणूमध्ये असणाऱ्या अमर्याद पल्ला असणाऱ्या विद्युत् चुंबकीय प्रेरणेचे एक शेष व आकुंचित असे स्वरूप आहे असे म्हणता येते. याचप्रमाणे अणुकेंद्रातील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांमध्ये मिळणारी प्रबल प्रेरणा ही त्यांमधील घटक कणांमध्ये (म्हणजे क्वार्कामध्ये) असणाऱ्या प्रेरणेचे आकुंचित व शेष असे स्वरूप आहे. वरील स्पष्टीकरण विद्युत् चुंबकीय प्रेरणेकरिता उपयोगात आणलेल्या संकल्पनेप्रमाणेच व त्याच गणितीय साच्याचे आहे, ही गोष्ट या संदर्भात लक्षात ठेवण्यासारखी आहे.
विद्युत् चुंबकीय प्रेरणेचे स्वरूप पुंज विद्युत् गतिकी मीमांसेप्रमाणे विशद करण्याचे कार्य आर्. पी. फाइनमन, जे. एस्. श्‍विंगर आणि एस्. आय्. टॉमॉनागा यांनी केले. दोन विद्युत् भारांतील प्रेरणा आभासी क्षेत्र पुंजकणाच्या म्हणजे फोटॉनाच्या विनिमयामुळे (उत्सर्जन व शोषण) कार्यान्वित होते ही एक मीमांसेमधील मध्यवर्ती संकल्पना होय. आभासी फोटॉन निर्माण करण्याकरिता लागणारी उर्जा ही विद्युत् चुंबकीय क्षेत्रापासून किंवा तेथे जर इतर कण उपस्थित असतील तर त्यांपासून तात्पुरती उसनी घेतली जाते.
पुंज रंग-गतिकी मीमांसा सी. आर्. यांग व आर्. एल्. मिल्स यांनी प्रथम मांडली. या मीमांसेमध्ये विद्युत् भाराऐवजी रंगभार वापरला आहे. विद्युत् चुंबकीय मीमांसेमधील फोटॉन हा क्षेत्र पुंजकण द्रव्यमानरहित (शून्यगती), विद्युत् भरारहित व एकच प्रकारचा आहे. विद्युत् भारित कण प्रवेगित केला की, त्यापासून फोटॉनाचे उत्सर्जन होते. पुंज रंग-गतिकी मीमांसेप्रमाणे क्वार्कासारखा रंगभारवाही कण प्रवेगित केला की, तो ग्लुऑनाचे उत्सर्जन करतो. ग्लुऑनाला (शून्यगती) द्रव्यमान नाही पण त्यावर रंगभार आहे. ग्लुऑन एक प्रकारचा नसून त्यामध्ये आठ प्रकार असतात. ग्लुऑन कणांना रंगभार व विद्युत् भार असल्यामुळे (काही अपवाद सोडले असता) मुक्त ग्लुऑन कणामध्ये त्यामुळे आकर्षणी प्रेरणा निर्माण होऊन त्याचे पण पुंजके बनणे शक्य असते, पण त्याकरिता आजपर्यंत तरी प्रयोगाद्वारे पुष्टी मिळालेली नाही.
दुर्बल अणुकेंद्रीय प्रेरणा ही तिसऱ्या प्रकारची मूलभूत प्रेरणा आहे. पुंज विद्युत् गतिकी किंवा पुंज रंग-गतिकी या मीमांसेच्या धर्तीवर या प्रेरणेकरिता समाधानकारक विशदीकरण एस्. ग्लासहौ, एस्. वाइनबर्ग व अब्दुस सलाम यांनी दिले. याबद्दल त्यांना १९८१ चे नोबेल पारितोषिक देण्यात आले. या प्रक्रियेचा पल्ला अत्यंत कमी म्हणजे १०-१५ सेंमी. (१ फेग्टोसेंमी.) या प्रमाणाचा असल्यामुळे याकरिता आवश्यक असलेल्या संचारक किंवा मध्यस्थ क्षेत्र पुंजकणाचे द्रव्यमान फार मोठे असले पाहिजे हे प्रथम लक्षात येते. कारण परस्परक्रियेचा पल्ला हा क्षेत्र पुंजकणाच्या द्रव्यमानाच्या व्यस्त प्रमाणात असतो असे दाखविता येते. याकरिता यथार्थ सूत्र
पल्ला = h/२πmc असे आहे. यामध्ये h = प्लांक स्थिरांक, m = कणाचे शून्यगति-द्रव्यमान, c = प्रकाशवेग.
(उदा., पुंज विद्युत् गतिकीमधील क्षेत्र पुंजकण फोटॉन व पुंज रंग-गतिकीमधील क्षेत्र पुंजकण ग्लुऑन या दोघांचे शून्यगति-द्रव्यमान शून्य असल्यामुळे त्यांचा पल्ला अमर्याद असतो). या दोन मीमांसांसारखी गणितीय विश्लेषण पद्धती वापरून दुर्बल विक्रियेचे विशदीकरण करण्याकरिता येथील क्षेत्र पुंजकणाला भारी द्रव्यमान का असते या प्रश्नाचे उत्तर शोधावे लागले. परस्परक्रिया करणाऱ्या कणांची उर्जा कमी प्रतीची असेल, तर त्यामधील सममितीचा भंग होऊन मोठ्या द्रव्यमानाचे क्षेत्र पुंजकण निर्माण होणे शक्य आहे, असे या नव्या मीमांसेमध्ये दाखविले आहे. अशा प्रकारे सरासरी उर्जेत घट झाली असता सममिती भंग होतो ही कल्पना पी. हिग्ज यांनी प्रथम मांडली होती. हिग्ज यंत्रणेमध्ये शून्य परिवलनांक असणाऱ्या एका कणाची आवश्यकता असते. हा कण मूलकण असू शकेल किंवा तो ±१/२ परिवलनांक असणाऱ्या दोन संलग्न कणांपासून निर्माण झालेला असेल अथवा अवकाशामध्ये कंपने निर्माण होऊन त्यायोगे उत्पन्न होणाऱ्या घनता तरंगाच्या स्वरूपात पण तो असू शकेल. या कणाच्या स्वरूपाविषयी निश्चित कल्पना अद्याप उपलब्ध नाही.
सममितीच्या भंगामुळे पदार्थामध्ये नवीन तऱ्हेचे गुणधर्म किंवा आविष्कार कसे निर्माण होतात याचा खुलासा पुढील दाखल्यावरून मिळेल. लोखंडाच्या तुकड्याचा शाश्वत स्वरूपाचा चुंबक बनविता येतो. कारण लोखंड हा लोहचुंबकीय पदार्थ आहे. लोखंडाचा तुकडा त्याच्या क्यूरी तापमानापर्यंत (म्हणजे १,०४३० से. प्येअर क्यूरी यांच्या नावाने ओळखण्यात येणाऱ्या तापमानापर्यंत) तापविला, तर त्याचे लोहचुंबकीय गुणधर्म लुप्त होतात. म्हणजे क्यूरी तापमानापेक्षा जास्त तापमानाचा लोखंडाचा तुकडा घेतला, तर त्याचे शाश्वत चुंबकात परिवर्तन करता येत नाही. त्यावर बाह्य चुंबकीय क्षेत्र कार्य करीत नसेल, तर त्यास कोणत्याही अवकाश दिशेत चुंबकीय परिबल नसते. याचा अर्थ असा होतो की, पदार्थाच्या गुणधर्माला अवकाश सममिती असते. लोखंडाचा तुकडा आता जर सारखा थंड करीत नेला, तर क्यूरी तापमानाला त्याच्या सममितीमध्ये भंग होऊन त्याला एका ठराविक दिशेत चुंबकीय परिबल प्राप्त झाले असे कळते. त्यावर कोणतेही बाह्य चुंबकीय क्षेत्र कार्य करीत नसेल, तरी हा परिणाम आढळतो. वस्तूचे तापमान त्यामधील कण घटकांच्या सरासरी उर्जेचे निर्देशन करीत असते आणि त्यामुळे आपणास असे म्हणता येते की, पदार्थकणाची उर्जा कमी झाली की, सममितीच्या भंगामुळे त्यामध्ये उल्लेखनीय बदल होऊ शकतात. कण उर्जेचे प्रमाण कमी झाल्यामुळे व W± व Z० या दोन क्षेत्र पुंजकणांच्या द्रव्यमानात सममितीच्या भंगाने प्रचंड वाढ होते.
दुर्बल विक्रियेत दोन प्रकारच्या विक्रिया कार्यान्वित होताना आढळतात. पहिल्या प्रकारात कणावरील विद्युत् भारात बदल होतो, तर दुसऱ्या प्रकारामध्ये कणावरील विद्युत् भारात फरक पडत नाही. पहिल्या प्रकारच्या तीन विक्रिया खालील सूत्राने निर्देशित करता येतील.
दुसऱ्या प्रकारच्या विक्रिया खालील सूत्रांनी दाखविल्या आहेत.
इलेक्ट्रॉन – न्यूक्लिऑन प्रकीर्णन e– + N → e– + N
न्यूक्लिऑन – न्यूक्लिऑन प्रकीर्णन N + N → N + N
ज्या विक्रीयेमध्ये कणाच्या विद्युत् भारात फरक पडतो ते कार्य W± मध्यस्थ दिशिक बोसॉनाद्वारे केले जाते (W± या कणाचे द्रव्यमान ७०,००० MeV असावे असे वाइनवर्ग व सलाम यांनी गणन करून दाखविले).
ज्या विक्रियांमध्ये सहभागी होणाऱ्या कणांच्या विद्युत् भारात फरक पडत नाही त्या विक्रिया Z० किंवा y (फोटॉन) या क्षेत्र पुंजकणाद्वारे घडून येतात असे भाकीत करण्यात आले (Z० चे द्रव्यमान ≈ १०,००० MeV). स्टॅनफर्ड येथे १९७८ साली प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णनाचा अभ्यास केला तेव्हा लहान मूल्याच्या उर्जेकरिता ही विक्रिया फोटॉनाद्वारे कार्यान्वित होते, तर या दोन कणांची सापेक्ष उर्जा वाढविली असता ही विक्रिया Z० कणाद्वारे कार्यान्वित होऊ लागते, असे आढळून आले. वरील प्रयोगावरून ही परस्परक्रिया व विद्युत् चुंबकीय विक्रिया एकमेकींशी निगडित आहेत असे कळून येते.
आ. ८ मध्ये विद्युत् चुंबकीय व दोन प्रकारच्या दुर्बल विक्रिया यांचे निर्देशन फाइनमन आराखड्याद्वारे दाखविले आहे. सर्व आकृतींमध्ये कालप्रवाह वर चालला आहे, असे गृहीत धरले आहे.
W±व Z० बोसॉनाचा शोध : सर्न या संघटनेच्या जिनीव्हा येथील प्रयोगशाळेमध्ये प्रत्येकी सु. ५,४०,००० MeV उर्जेच्या प्रोटॉन व प्रतिप्रोटॉन यांच्या दोन विरुद्ध दिशेत प्रवास करणाऱ्या कण शलाका एकमेकींवर आदळू दिल्या, तर त्यांपैकी काही विक्रीयांत (एकंदर अब्ज विक्रीयांपैकी अनुक्रमे फक्त अंदाजी पाच किंवा एक आघातामध्ये) W±व Z०बोसॉनांच्या अस्तित्त्वाविषयी पुरावा मिळतो, असा शोध १९८३ मध्ये लावण्यात आला. या कणांची द्रव्यमाने (अनुक्रमे ८१–८५ पट व ९४–९५ पट प्रोटॉन द्रव्यमान सापेक्ष) सैद्धांतिक दृष्ट्या गणन केलेल्या मूल्याच्या जवळपास अशी आढळल्यामुळे नव्या मीमांसेची दिशा योग्य आहे, असे मत सर्वमान्य झाले.
वरील प्रयोगामध्ये निर्माण झालेले W±व Z०या कणांचा क्षय अनेक तऱ्हेने होऊ शकतो. त्यांपैकी एका प्रकारामध्ये त्यापासून e+ व e- हे इलेक्ट्रॉन-युग्म तयार होते. या विक्रीयेच्या द्वारा या कणाचा शोध घेणे सोईस्कर ठरते. मूळ W± किंवा Z० या कणाच्या संपूर्ण उर्जेचे (द्रव्यमान व गतिज) वाटप e- व e+ किंवा ve यांमध्ये झाले असता मूळ कणाच्या मार्गरेषेच्या अनुप्रस्थ (आडव्या) दिशेच्या एका बाजूस e- या कणाची मार्गरेषा तर त्याच्या बरोबर उलट्या दिशेस e+ या कणाची मार्गरेषा दृष्टोत्पत्तीस येते. e– व e+ या दोन कणांच्या मार्गरेषेच्या लांबीवरून त्याजवळील उर्जेविषयी अंदाज करून मूळ कणाच्या द्रव्यमानाविषयी अनुमान करता येते. आ. ९ वरून Z० कणाचा इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन युग्मात क्षय झाला म्हणजे कसे चित्र दिसते याची कल्पना येईल. या सर्व प्रयोगांवरून W±,Z०व ¡ (फोटॉन) या सर्व क्षेत्र पुंजकणांची जात एकाच प्रकारची आहे असे म्हणता येते.
आज तुलनात्मक दृष्ट्या पाहिले, तर दुर्बल अणुकेंद्रीय प्रेरणेपेक्षा विद्युत् चुंबकीय प्रेरणा ही जास्त (जवळजवळ हजार पटींनी) प्रभावी आहे. अशी परिस्थिती फार पूर्वकाळी नव्हती, असे अनुमान केले आहे. विश्वाची उत्पत्ती प्रचंड विस्फोटामुळे (बिग बॅंग) झाली [ ⟶ विश्वोत्पत्तिशास्त्र] असे मानले, तर त्याच्या उत्पत्ती क्षणी या सर्व कणांची उर्जा अतिशय उच्च प्रतीची होती. या क्षणी W±,Z०किंवा γ यांची निर्मिती सारख्याच सुलभतेने होत होती. त्या वेळी या तिन्ही कणांना द्रव्यमान नव्हते. विद्युत् चुंबकीय व दुर्बल परस्परक्रियांमध्ये काहीही फरक नव्हता. कालगतीमुळे विश्व थंड होऊन त्यामधील कणांची उर्जामूल्ये कमी झाली [विश्वाचा सतत विस्तार होत गेला, तर त्यामुळे या प्रकारचे शीतन होते. विश्वातील सर्व जड वस्तू पृथ्वीवरून पाहिल्या असता त्या वेगाने दूर जात चालल्या आहेत याबद्दलचा पुरावा उपलब्ध आहे, [ ⟶ विश्वोत्पत्तिशास्त्र], तर यामुळे सममितीचा भंग होऊन W±वZ० यांचे द्रव्यमान भारी होऊ शकेल. काही कारणामुळे फोटॉन द्रव्यमानविरहितच राहिला. या गोष्टीमुळे या दोन प्रेरणांमध्ये सध्या अनुभवास येणारी भिन्नता निर्माण झाली असे विशदीकरण दिले गेले आहे. विश्वकिरणांत सापडणाऱ्या अतिउच्च उर्जेच्या कणांवरून असे अनुमान करण्यात आले आहे की, या वेळी कणउर्जा १०२० eV या प्रतीची असावी. या उर्जेचे कणवेगवर्धक यंत्राद्वारे मनुष्याला निर्माण करता आले, तर वरील मीमांसेची सत्यता, प्रत्यक्ष रीत्या तपासून पाहता येईल. कणवेगवर्धक यंत्राद्वारे आज मनुष्य अंदाजे १०१४ –१०१५ eV या जास्तीत जास्त उर्जेचे कण प्रयोगशाळेत मिळवू शकतो व त्यामुळे वरील अनुमानाकरिता निश्चित उत्तर मिळण्याकरिता अजून काही अवधी जाणे आवश्यक आहे असे दिसते.
गुरुत्त्वाकर्षणाकरिता अशीच क्षेत्र पुंजकणावर आधारित अशी गणितीय मीमांसा देता आली, तर विश्वातील या चार मूलभूत प्रेरणांचे एकत्रीकरण करण्यात यश मिळवता येईल असे वाटते.
या नव्या मीमांसेचा उपयोग करून आणखी एक महत्त्वाचे असे भाकीत करण्यात आले आहे. मुक्त न्युट्रॉनाला शाश्वत स्वरूप नाही हे माहीत आहे. प्रोटॉनाला सुद्धा शाश्वत स्वरूप नसून त्याचे पायॉन व न्यूट्रिनोमध्ये (सरासरी आयुःकाल ≈ १०३१ सेकंद) विघटन व्हावे असे भाकीत जे. सी. पाटी, अब्दुस सलाम, एस्. ग्लासहौ व एच्. गीऑर्गी यांनी केले आहे. हा परिणाम शोधून काढण्याकरिता जगातील विविध प्रयोगशाळांत प्रयोग चालू आहे. भारतामध्ये टाटा इन्स्टिट्यूट फॉर फंडामेन्टल रिसर्च या संस्थेतर्फे पण याच विषयावर कोलार येथील सोन्याच्या खाणीत प्रयोग चालू आहेत. तथापि या बाबतीत निश्चित असा पुरावा अजून उपलब्ध झालेला नाही. हे भाकीत जर खरे ठरले, तर संपूर्ण भौतिकीय विश्व निश्चितपणे संपूर्ण नाशाकडे वाटचाल करीत आहे असे म्हणावे लागेल.
या सर्व सैद्धांतिक विकासाचे परिशीलन केले असता असे दिसून येते की, काही जुन्या प्रश्नांकरिता समाधानकारक उत्तरे मिळाली आहेत. फोटॉनाला द्रव्यमान का नाही, विद्युत् भाराचे पुंजीकरण का होते अशा गोष्टींकरिता विशदीकरण मिळते. याउलट जे नवे प्रश्न उपस्थित झाले आहेत त्यामुळे या विषयातील संशोधनाला नवीन दिशा सापडल्या आहेत. न्यूट्रिनोला द्रव्यमान नाही असे आजपर्यंत मानले जात होते. त्याऐवजी त्याला काही द्रव्यमान असू शकेल, इतकेच काय पण न्यूट्रिनोचे νe, νu, νt, असे तीन प्रकार मानले जात असत. त्यांचे एकमेकांत दालन किंवा उच्चावसन क्रियेद्वारे रूपांतरण पण होऊ शकेल अशी कल्पना पुढे आली आहे. न्यूट्रिनोला जर खरोखरीच द्रव्यमान असेल, तर विश्वाच्या अंतिम विनाश विक्रीयेमध्ये त्याला एक महत्त्वाचे असे स्थान असेल. एकच चुंबकीय ध्रुव असणाऱ्या चुंबकाला अस्तित्व असण्याचा संभव सूचित केला गेला आहे. [ ⟶ चुंबकत्व].
गोषवारा : ग्लासहौ-सलाम-वाइनबर्ग मीमांसा व पुंज-गतिकी या दोन सिद्धांतांचा उपयोग करून मूलकण व तत्संबंधित परस्परक्रियांचे मोठ्या प्रमाणात समाधानकारक असे विशदीकरण देता येते.
येथे हे नमूद केले पाहिजे की, वरील सिद्धांतांमधील अनेक गृहितांकरिता प्रयोगशाळेत पुरावा उपलब्ध नाही. या सिद्धांतांमध्ये अनुत्तरित असे पण काही प्रश्न आहेत.
वरील सिद्धांतांप्रमाणे विश्वातील सर्व जड द्रव्य तीन प्रकारच्या लेप्टॉन जोड्या व तीन प्रकारच्या क्वार्क जोड्या (व या सर्वांचे प्रतिकण) यांपासूनच निर्माण झाले आहे. या मीमांसेचा विश्वस्थितिशास्त्राशी जवळचा संबंध आहे.
प्रयोगशाळेत आढळणारे न्यूक्लिऑन (प्रोटॉन व न्यूट्रॉन) व मेसॉन हे क्वार्क या घटकांपासून बनलेले असतात. या कणांमध्ये ज्या परस्परक्रिया आढळतात त्या त्यांमधील घटक क्वार्कांमध्ये होणाऱ्या परस्पर क्रियांमुळे होत असतात.
क्वार्क या कणांना द्रव्यमान, विद्युत् भार व रंगभार असे तीन गुणधर्म असतात. दोन विद्युत् भारित कणांमध्ये आढळणारी प्रेरणा ही त्यांमध्ये फोटॉनाचा विनियिम होत असल्यामुळे होते. विद्युत् चुंबकीय परस्परक्रियेचा संचारक फोटॉन असतो.
न्यूक्लिऑनांमधील घटक क्वार्काच्या रंगभारामुळे दोन प्रकारच्या परस्परक्रिया कार्यान्वित होतात. यांचे संचारक अनुक्रमे (१) ग्लुऑन व (२) सदिश बोसॉन W±, Z० हे असतात.
ग्लुऑन विनिमयाद्वारा अणुकेंद्रातील घटक (प्रोटॉन किंवा न्यूट्रॉन) हे एकत्र बांधले जातात. या परस्परक्रियेला प्रबल परस्परक्रिया म्हणतात.
दुर्बल विक्रीयेच्या द्वारा कणाचा क्षय होतो. क्षयक्रियेमध्ये जर विद्युत् भार विनियम होत असेल (उदा., अणूचा वीटा क्षय), तर ही विक्रिया W± द्वारा कार्यान्वीत होत असते. क्षयक्रियेमध्ये जर विद्युत् भार विनिमय होत नसेल (उदा., इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णन), तर ही विक्रिया Z० द्वारा कार्यान्वित होत असते.
प्रबल किंवा दुर्बल या परस्परक्रियांची सापेक्ष संभाव्यता कणाच्या सरासरी ऊर्जेवर अवलंबून असते. जसे विश्व थंड होऊन त्यामधील कणांच्या सरासरी उर्जेचे मूल्य कमी होते, तशी दुर्बल परस्परक्रियेची संभाव्यता कमी होत जाते.
कणवेगवर्धक तंत्रातील आधुनिक घडामोडी : मूलकणांच्या अभ्यासासाठी त्यांचे वेगवर्धन करण्याकरिता विविध तंत्रे अलीकडच्या काळात विकसित झालेली आहेत. ‘कणवेगवर्धक’ या नोंदीत सु.१९६५ सालापर्यंतच्या या विषयीच्या विकासाचा आढावा दिलेला असून येथे मुख्यत्वे त्यानंतरच्या विकासाचे व मूलकणांच्या अभ्यासातील त्याच्या महत्त्वाचे विवरण दिले आहे.
निरनिराळ्या प्रकारचे मूलकण, त्यांमध्ये आढळणाऱ्या परस्परक्रिया, त्यांचे प्रकार व स्वरूप यांविषयी आतापर्यंत विवेचन करण्यात आले. परस्परक्रियांकरिता सुचविण्यात आलेल्या मीमांसा सरतेशेवटी प्रयोगशाळेत मिळालेल्या प्रत्यक्ष माहितीवरच आधारित असतात व तिच्यापासून मिळणाऱ्या निकषांवरच त्या तपासल्या जातात. प्रयोगशाळेतील वेगवर्धक यंत्राच्या साहाय्याने प्राप्त झालेल्या अतिउच्च ऊर्जाधारी कणांचा इतर आणवीय कणांवर भडिमार केला असता त्यांपासून विविध प्रकारच्या कणांचे उत्पादन होते. उत्पादित कणांच्या अभ्यासापासून ही माहिती उपलब्ध होते. वेगवान कण प्रयोगशाळेत निर्माण करण्याकरिता विविध तंत्रे व प्रयुक्ती यांचा उपयोग करण्यात येतो. कणवेगवर्धक यंत्रे व मूलकण भौतिकी यांमधील निकट संबंध लक्षात घेऊन या यंत्रतंत्रामध्ये आधुनिक काळात झालेल्या विशेष घडामोडींचे समालोचन येथे केले आहे.
नैसर्गिक किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यापासून आल्फा कणासारखे वेगवान कण मिळतात. या कणांची सर्वोच्च उर्जा ८ MeV पेक्षा जास्त मूल्याची नसते. अशा कण शलाकेची तीव्रता कमी प्रमाणाची असल्यामुळे तिच्या आघाताने घडून येणाऱ्या कोणत्याही एका विशिष्ट विक्रीयेची वारंवारता पुरेशी मोठी असत नाही. त्यामुळे तिचे अभिज्ञान करण्यामध्ये अडचण येते. दोन कणांचा एकमेकांबरोबर आघात झाल्यामुळे बहुतकरून एकापेक्षा अधिक पर्यायी विक्रिया घडून येऊ शकतात. इष्ट विक्रियांची संख्या एकंदर विक्रिया संख्येपेक्षा बरीच कमी असल्यामुळे त्यांचे योग्य प्रकारे निरीक्षण करणे शक्य होत नाही. उदा., सर्नने उभारलेल्या सुपर प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन (SPS) यंत्राद्वारे शक्तीशाली प्रोटॉन व प्रतिप्रोटॉन यांमध्ये परस्पर आघात घडवून आणण्यात आले. त्यांमधील कित्येक दशलक्ष आघातजन्य विक्रियांचे विश्लेषण केले असता त्यांपैकी फक्त विक्रियांमध्ये ट्रुथ या त्या वेळेपावेतो अज्ञात असलेल्या क्वार्काच्या अस्तित्त्वाबद्दल पुरावा मिळू शकला.
एक विशिष्ट विक्रिया घडून येण्याची वारंवारता दीप्ती या राशीमुळे निश्चित होत असते.
| दिप्ती = | इष्ट विक्रियांची प्रती सेकंद संख्या |
| इष्ट विक्रियेकरिता काटच्छेद |
काटच्छेद म्हणजे आघात करणाऱ्या कणाला लक्ष्य म्हणून उपलब्ध असलेले परिणामी क्षेत्रफळ होय. विक्रियेकरिता असणारे काटच्छेदाचे मूल्य हे विक्रियेचे स्वरूप, आघात करणाऱ्या कणाचा वेग, त्याचे द्रव्यमान, त्यावरील विद्युत् भार अशा अनेक गोष्टींवर अवलंबून असते. जर्मनीमधील डेसी (DESY) या यंत्रातील इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन शलाका एकमेकींवर सतत एक दिवसभर आघात करीत राहिल्या, तर त्या योगे घडणाऱ्या कित्येक लक्ष विक्रियांपैकी फक्त पन्नास हजार विक्रियांमध्ये Z० हा मूलकण निर्माण होण्याची शक्यता असते, असे गणितीय रीत्या गणन करण्यात आले आहे. वरील उदाहरणावरून एखाद्या इष्ट विक्रियेचा अभ्यास करण्यासाठी दीप्ती या राशीचे महत्त्व लक्षात येते.
कणवेगवर्धक यंत्रे : विद्युत् भारित कणांचे वेगवर्धन करून त्यांची गतिज ऊर्जा वाढविण्याकरिता सुरुवातीच्या काळात उच्च मूल्याचा एकदिश विद्युत् दाब निर्माण करण्यावर लक्ष केंद्रित करण्यात आले होते (उदा., कॉकक्रॉफ्ट व वॉल्टन यांचा वेगवर्धक). सर्वांत उत्तम उपलब्ध निरोधक एका ठराविक मर्यादेपलीकडील विद्युत् दाब धारण करू शकत नाही. या गुणधर्मामुळे या पद्धतीमधील अंतिम मर्यादा मूल्य निश्चित होते (≈ १MeV).
सायक्लोट्रॉन : सायक्लोट्रॉनामध्ये चुंबकीय क्षेत्राद्वारे कणाचा गतिमार्ग वर्तुळाकार केला जातो. कणाचा वेग जर जास्त मूल्याचा नसेल, तर चुंबकीय क्षेत्रामध्ये त्याचा परिभ्रमण काल हा त्याच्या वेगावर अवलंबून नसतो, या निष्कर्षाचा या यंत्राच्या कार्यपद्धतीमध्ये उपयोग केला जातो. त्यामुळे दोन अग्रांमधील फट एका ठराविक कालांतराने हे कण परत परत योग्य वेळी ओलांडून त्यांचे वेगवर्धन होईल, अशी व्यवस्था करता येते. याकरिता वेगवर्धक फटीवर उच्च प्रतीचा रेडिओ कंप्रता (रे. कं.) विद्युत् दाब लावून विद्युत् दाबाचा आवर्तनकाल (एका कंपनास लागणारा काळ) कणाच्या परिभ्रमण कालाइतका (एका फेरीस लागणाऱ्या कालाइतका) केला जातो. यामुळे या कणांचे प्रत्येक फेरीमध्ये वेगवर्धन होऊन त्यांची उर्जा सारखी वाढत जाते. कणाच्या उर्जा वाढीबरोबर त्याच्या परिभ्रमणकक्षेची त्रिज्या पण वाढत जातो. कणाची उर्जा वाढून त्याचा वेग प्रकाशवेगाच्या जवळपास झाला, तर सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे त्याच्या द्रव्यमानात फरक पडतो. परिणामी कणाचा कक्षेतील परिभ्रमणकाल हा रे. कं. विद्युत् दाबाच्या आवर्तनकालापेक्षा कमी मूल्याचा होत जातो. त्यामुळे शेवटी कणाची वेगवर्धनक्रिया संपुष्टात येते. सायक्लोट्रॉनाद्वारे प्राप्त होणाऱ्या महत्तम उर्जेवर या परिणामामुळे मर्यादा येते (≈ १०-२० MeV). या परिणामाचे परिमार्जन सिंक्रोसायक्लोट्रॉन व आयसोक्रोनस सायक्लोट्रॉन या यंत्रांमध्ये निरनिराळ्या प्रकारे करण्यात येते.
सिंक्रोसायक्लोट्रॉन : हे यंत्र आवर्तनात कार्य करते. कणाचा वेग वाढून त्याचे द्रव्यमान जसे वाढत जाते तशी त्याच्या परिभ्रमण कालात वाढ होते. या यंत्रामध्ये वेगवर्धक फटीवरील रे. कं. विद्युत् दाबाच्या कंप्रतेमध्ये तदनुरूप कालानुसार बदल करून या परिणामाचे परिमार्जन केले जाते. आ.१० वरून या पद्धतीचे स्पष्टीकरण होईल. रे. कं. विद्युत् दाबाच्या कंप्रतेमध्ये बदल न करता चुंबकीय क्षेत्राच्या मूल्यामध्ये कालानुसार वाढ केली असता असाच परिणाम पण घडवून आणता येतो. अशा प्रकारे कार्यान्वित केलेल्या यंत्राद्वारे काही अब्ज इलेक्ट्रॉन-व्होल्ट उर्जेचे कण निर्माण करता येतात.
आयसोक्रोनस सायक्लोट्रॉन : कणाची ऊर्जा जशी वाढत जाते तशी त्याच्या परिभ्रमण कक्षेची त्रिज्या वाढत जाते. आयसोक्रोनस सायक्लोट्रॉन यंत्रामध्ये कणावरील मार्गदर्शक चुंबकीय क्षेत्राचे मूल्य अरीय (त्रिज्यीय) दिशेत स्थिर नसून परिधीकडे वाढत जाते. ही वाढ अशा प्रकारे होते की, त्यामुळे कणाच्या वाढत्या द्रव्यमानामुळे निर्माण होणाऱ्या परिणामाचे परिमार्जन होते.
रेखीय वेगवर्धक : या यंत्रामध्ये एकाच सरळ रेषेत एकामागून एक निरनिराळ्या लांबीच्या नलिका एकमेकींपासून काही अल्प अंतरावर प्रस्थापित केलेल्या असतात. वेगवर्धन करावयाचे विद्युत् भारित कण
नलिकेच्या आतमधून मार्गक्रमण करतात. त्यांचे वेगवर्धन करण्याकरिता लागणारा रे. कं. विद्युत् दाब आनुक्रमिक नलिकांमधील फटीवर लावला जातो. नलिकेमधून तिच्या लांबीप्रमाणे मार्गक्रमण करण्याकरिता लागणारा कालखंड लक्षात घेऊन विद्युत् दाबाची कंप्रता निश्चित केली जाते. कणाचे वेगवर्धन होऊन त्याची ऊर्जा वाढली,तरी त्याच्या वेगात होणारा बदल कमी प्रतीचा असतो (सापेक्षीय विभागाकरिता). त्यामुळे कणाची गती व विद्युत् दाबाची कंप्रता यांचे समकालीकरण करणे शक्य होते. अशा यंत्राद्वारे काही शेकडो MeV उर्जेच्या कणांचे उत्पादन करणे सहज शक्य होते. अशा यंत्राद्वारे कणांना प्राथमिक वेग देऊन त्यांचे सिंक्रोसायक्रोट्रॉनामध्ये पुढील वेगवर्धनासाठी अंतःक्षेपण (आत फेकण्याची क्रिया) केले जाते.
अमेरिकेमधील स्टॅनफर्ड लिनिअर ॲक्सीलरेटर सेंटर (SLAC) येथील वेगवर्धक या प्रकारच्या यंत्राकरिता प्रातिनिधिक मानता येईल. यामधील वेगवर्धक नलिकांची एकंदर लांबी ३·२ किमी. एवढी आहे. त्यामध्ये रे. कं. फटींची संख्या ८२,५०० आहे. या यंत्राच्या साहाय्याने इलेक्ट्रॉनांचे २२ GeV या उर्जेपर्यंत वेगवर्धन करता येते. हे यंत्र उभारण्याकरिता ११५ कोटी डॉलर एवढा खर्च आला होता.
कण शलाकेची दीप्ती व संकेंद्रीकरण : वेगवर्धित कण शलाकेची दीप्ती उच्च प्रतीची असावी लागते. दीप्तिमूल्य कमी करणाऱ्या प्रक्रिया मुख्यत्त्वेकरून तीन प्रकारच्या असतात : (१) वेगवर्धक यंत्रात प्रवेश करणाऱ्या सर्व कणांच्या गतिदिशा एका प्रतलात नसतात. त्यांपैकी काही कण या प्रतलाशी कोन करून प्रवेश करतात. यामुळे शलाका जशी मार्गक्रमण करीत जाते तसे या कणाच्या गतिदिशेतील प्रतलाबाहेर नेणाऱ्या वेग घटकामुळे तिचे हळूहळू विकेंद्रीकरण होत जाते. या परिणामामुळे शलाकेच्या काटच्छेदामध्ये सारखी वाढ होत जाते. (२) वेगवर्धक यंत्रामध्ये १०-९ ते १०-१० टॉर या मूल्याचा निर्वात असला, तरी त्यामध्ये अल्प प्रमाणात शेष वायू कण राहतातच. शलाका कण आणि वायू कण यांचे आघाताद्वारे प्रकीर्णन होऊन त्यामुळे शलाकेतील कणांच्या संख्येत घट होते. (३) शलाका जर इलेक्ट्रॉनांची असेल, तर चुंबकीय क्षेत्रामध्ये हे इलेक्ट्रॉन जेव्हा वर्तुळाकार गतिमार्गावर मार्गक्रमण करतात तेव्हा त्यांद्वारे सिंक्रोट्रॉन प्रारणाचे (प्रकाशवेगाशी तुल्य इतक्या वेगाने जाणाऱ्या विद्युत् भारित कणांचे चुंबकीय क्षेत्रात वेगवर्धन केल्याने निर्माण होणाऱ्या विद्युत् चुंबकीय प्रारणाचे) उत्सर्जन होते. या प्रक्रियेमुळे पण त्यांच्या उर्जेत सतत घट होत जाते.
कणाकरिता संकेद्रीकरणाच्या विशेष योजना वापरून पहिल्या दोन परिणामांचे बऱ्याच अंशी परिमार्जन करता येते. चुंबकीय क्षेत्राचा वापर करून संकेंद्रीकरण केले जाते, यामध्ये दुर्बल व प्रबल संकेंद्रीकरण असे दोन मुख्य प्रकार असतात.
दुर्बल संक्रेद्रीकरण : या योजनेमध्ये कणाचे मार्गदर्शन करण्याकरिता लोहचुंबकाच्या साहाय्याने जे क्षेत्र निर्माण केले जाते, त्याच्या ध्रुवाच्या आकारामध्ये योग्य फेरबदल करून त्याद्वारे एक साहाय्यक चुंबकीय क्षेत्र मिळविले जाते. जे कण प्रतलाबाहेर जात असतात, त्या कणांच्या गतिदिशा प्रतलाकडे या क्षेत्रामुळे परत वळविल्या जातात. आ.११ वरून चुंबकीय ध्रुवाच्या आकारामध्ये केल्या जाणाऱ्या बदलाविषयीची कल्पना येईल.
प्रबल संकेंद्रीकरण : वेगवर्धक यंत्राचे आकारमान व त्यामध्ये वापरलेल्या चुंबकीय क्षेत्राची व्याप्ती (म्हणजेच पर्यायाने त्याकरिता करावा लागणारा खर्च) कमी करण्यासाठी वेगवर्धित कणाकरिता प्रबल संकेंद्रीकरण योजना वापरणे आवश्यक होते. यासाठी मार्गदर्शन व संकेंद्रीकरण करण्याकरिता निरनिराळे चुंबक वापरले जातात. मार्गदर्शनाकरिता एकविध चुंबकीय क्षेत्र लागते, तर संकेंद्रीकरणाकरिता चतुर्ध्रुव चुंबकीय क्षेत्राचा उपयोग केला जातो. हे दुसरे क्षेत्र अंतराप्रमाणे तीव्र बदल दाखविते. अंतराप्रमाणे वाढ व घट असे प्रत्यावर्ती स्वरूपाचे बदल दाखविणारे चुंबकीय क्षेत्र प्रबल संकेंद्रीकरणासाठी वापरण्यात येते.
वेगवर्धनाकरिता वेगवर्धक यंत्रांचा संकलित उपयोग : कणाचे वेगवर्धन एकाच मोठ्या यंत्राच्याद्वारे न करता ते अनेक घटक यंत्रांच्या साहाय्याने एकापेक्षा अधिक टप्प्यांत करणे सोईचे व अधिक कार्यक्षम असे ठरते. हे कार्य प्रत्यक्षात कसे केले जाते याची कल्पना खालील दोन उदाहरणांवरून येईल.
सर्नच्या प्रयोगशाळेमधील सुपर प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन (SPS) योजनेमध्ये कणांचे पुढील टप्प्यांमध्ये वेगवर्धन केले जाते (१९७६) : (१) कॉकक्रॉफ्ट-वॉल्टन पद्धतीचा वेगवर्धक (५५० KeV), (२) लिनॅक (रेखीव वेगवर्धक ५० MeV), (३) वर्धक सिंक्रोट्रॉन (८ GeV), (४) प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन व सुपर प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन (SPS) (४०० GeV).
अमेरिकेमधील फेर्मी प्रयोगशाळेमधील प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन पुढील टप्प्यांत कार्यान्वित करण्यात येतो (१९७५) : (१) कॉकक्रॉफ्ट-वॉल्टन टप्पा (७५० KeV), (२) लिनॅक (२०० MeV), (३) वर्धक सिंक्रोट्रॉन (८ GeV), (४) मुख्य सिंक्रोट्रॉन (४००–५०० GeV). आ. १२ मध्ये ही योजना दाखविली आहे.
आघातक शलाका तंत्र : एका वेगवान कणाने दुसऱ्या एका स्थिर अशा कणावर आघात केला, तर पहिल्या कणाजवळ असलेली संपूर्ण ऊर्जा अणुकेंद्रीय विक्रिया घडवून आणण्याकरिता उपलब्ध असत नाही कारण यापैकी एक मोठा भाग दुसऱ्या कणाची गतिज ऊर्जा वाढविण्यामध्ये खर्च होत असतो. योग्य यंत्र योजनेद्वारे कण आणि प्रतिकण यांचे वेगवर्धन करून ते एकमेकांवर सरळ आघात करतील अशी व्यवस्था केली, तर विक्रिया घडून येण्याकरिता जवळजवळ दुप्पट उर्जा उपलब्ध करता येते. कण व प्रतिकण एकत्र येऊन एकमेकांचा नाश करतात तेव्हा त्यांच्या द्रव्यमानातील उर्जा पण मुक्त होत असते. तिचा पण उपयोग विक्रिया घडवून आणण्याकरिता होतो.
कण व त्याचा प्रतिकण यांचे मार्गदर्शन व वेगवर्धन करण्याकरिता एकाच गतिनलिकेचा आणि चुंबकीय व विद्युत् क्षेत्रांचा उपयोग करता येतो कारण हे कण एकमेकांच्या विरुद्ध दिशेत मार्गक्रमण करीत असतात. अलीकडील उच्च ऊर्जा कणांवरील प्रयोगांमध्ये या कल्पनेचा संपूर्ण उपयोग करण्यात आलेला आढळतो.
पर्यायी वेगवर्धक तंत्राचा शोध : वेगवर्धक यंत्रामध्ये विद्युत् क्षेत्रामुळे विद्युत् भारित कणाचे वेगवर्धन होते, तर त्यांचे मार्गदर्शन त्यांवर लावलेल्या चुंबकीय क्षेत्राद्वारे केले जाते.
⇨ लेसर प्रयुक्तीमध्ये मिळणाऱ्या उच्च प्रतीच्या विद्युत् क्षेत्राचा उपयोग कणाचे वेगवर्धन करण्याकरिता करता येईल असे वाटते. लेसरमध्ये प्रकाशाची तीव्रता अति-उच्च प्रतीची असते व त्यामुळे तदनुरूप विद्युत् क्षेत्र मूल्ये पण अति-उच्च प्रतीची असणार ही गोष्ट स्पष्ट आहे. लेसर शलाका ⇨ विवर्तन जालकातून पाठविली, तर त्यामुळे प्रकाश तीव्रतेत व म्हणून विद्युत् क्षेत्र मूल्यात मोठ्या प्रतीची प्रवणता (अंतरानुसार होणारा बदल) निर्माण होते. अशा प्रकारे १० GeV/ मी. या प्रतीची प्रवणता मूल्ये मिळविता येतील, असा अंदाज करण्यात आला आहे. या विद्युत् क्षेत्राचा उपयोग कणांचे वेगवर्धन करण्याकरिता करता येईल. लेसर शलाकेमुळे विवर्तन जालकाचे तापमान वाढून त्याचे त्वरित बाष्पीभवन होण्याची शक्यता कशी टाळावयाची ही या पद्धतीमधील मुख्य अशी एक तांत्रिक अडचण आहे.
आयनद्रायू विस्पंद तरंग पद्धत : [जवळजवळ सारखीच संख्या असलेले मुक्त धन आयन (विद्युत् भारित अणुरेणू वा अणुगट) व इलेक्ट्रॉन यांनी बनलेल्या आणि पूर्णपणे आयनीभवन झालेल्या वायूला आयनद्रायू म्हणतात विस्पंद तरंग या संज्ञेच्या स्पष्टीकरणासाठी ‘तरंग गति’ ही नोंद पहावी.] ही पद्धत १९७९ मध्ये टी. ताजीमा व जे. डॉसन यांनी प्रथम सुचविली. जवळपास पण भिन्न तरंगलांबी मूल्याच्या दोन लेसर शलाका आयनद्रायूवर टाकल्या, तर त्यामुळे आयनद्रायूमधील इलेक्ट्रॉन एका ठिकाणी पुंजक्याच्या स्वरूपात एकत्रित केले जातात. लेसर शलाकेची विस्पंद कंप्रता जर आयनद्रायू आंदोलन कंप्रतामूल्याएवढीच असेल, तर इलेक्ट्रॉनांचे एकत्रीकरण विशेष तीव्रतेने होते. या प्रक्रियेमुळे आयनद्रायूचे समांतर व विरुद्ध विद्युत् भार असणाऱ्या अशा दोन स्तरांमध्ये विभाजन होते. या विभाजनामुळे सु.१० GeV/ मी. या प्रमाणाची स्थानिक चल विद्युत् क्षेत्रे निर्माण होतात. लेसर शलाकेच्या दिशेत विभाजन रेषा प्रकाशवेगाने मार्गक्रमण करते असे आढळते. सी. जॉन यांनी केलेल्या प्राथमिक प्रयोगावरून विद्युत् भारित कणांना या क्षेत्रापासून उर्जा मिळविण्यात यश येते असे आढळले.
यांशिवाय इलेक्ट्रॉन लेसर, चेरेनकॉव्ह परिणाम [ ⟶ कण अभिज्ञातक] यांचा पण उपयोग कणवेगवर्धनाकरिता करता येईल, असे सुचविण्यात आले आहे.
दीप्ती वाढविण्याकरिता साठवण वलय योजना : मूलकणांसंबंधीच्या प्रयोगांपासून स्वीकारार्ह निष्कर्ष काढण्याकरिता इष्ट प्रकारच्या विक्रिया ज्यांमध्ये घडतात अशा अनेक घटनांचे निरीक्षण करून सांख्यिकीय दृष्ट्या सार्थ असा प्रतिदर्श (प्रातिनिधिक नमुना) उपलब्ध करून घेणे प्रथम आवश्यक ठरते. इष्ट घटनांची संख्या वाढविण्याकरिता वेगवान कणांची संख्या वाढविणे हा एकच सुलभ असा मार्ग असतो. या कार्याकरिता साठवण वलयाचा उपयोग केला जातो. वेगवर्धकामधून वेगवान कणांचे एकामागून एक असे अनेक लहान पुंजके मिळतात. साठवण वलयाच्या साहाय्याने असे अनेक लहान पुंजके एकत्र करून त्यांपासून एक मोठा कण-पुंजका बनविला जातो.
साठवण वलय पद्धतीमध्ये दोन प्रकार असतात. एका प्रकारामध्ये एकाच जातीच्या कणांची (उदा., प्रोटॉन) दोन संलग्न वलयांमध्ये साठवण केली जाते. हे दोन कणसमूह एकाच उर्जेचे असतात पण मार्गदर्शनाकरिता प्रस्थापित केलेल्या चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावामुळे ते दोन वलयांत एकमेकांच्या विरुद्ध दिशेने परिभ्रमण करीत राहतात. ही वलये एकमेकांस काही ठिकाणी छेदत असल्यामुळे या भागात या दोन कणांचा एकमेकांबरोबर सरळ आघात होणे शक्य असते. त्यामुळे या छेदभागाचा ‘परस्परक्रिया विभाग’ या नावाने उल्लेख केला जातो.
दुसऱ्या प्रकारच्या वलयात प्रोटॉन-प्रतिप्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन अशा दोन विरुद्ध प्रकारच्या विद्युत् भारवाही कणांचा वापर केला जात असल्यामुळे दोन्ही प्रकारचे कण एकाच नलिकेत उलट्या दिशेने परिभ्रमण करीत राहतात. त्यांचे मार्गदर्शन व संकेंद्रीकरण करण्याकरिता एकच चुंबकीय क्षेत्र वापरले जाते व त्यांचे वेगवर्धन एकाच रे. कं. विद्युत् दाब फटीद्वारे केले जाते. या नलिका प्रकारातील दोन जातींच्या कण शलाका एकमेकींच्या उलट्या दिशेत मार्गक्रमण करीत असल्यामुळे या योजनेकरिता निराळा असा परस्परक्रिया विभाग नसतो.
प्रोटॉन साठवण वलय : प्रोटॉन-सिंक्रोट्रॉन वेगवर्धकामधून मिळणारे प्रोटॉन शलाका स्पंद (काही सेंमी. लांबीचे) साठवण वलयाच्या नलिकेमध्ये काही ठराविक कालखंडापर्यंत एकामागून एक अशा क्रमाने आत सोडले जातात. त्यांचे नंतर एकत्रीकरण, संकेंद्रीकरण, साठवण व वेगवर्धक (आवश्यक असल्यास) नलिकेमधील विशिष्ट भागात केले जाते. साठवण वलयाचे आकारमान साठवण करावयाच्या कणाच्या ऊर्जेवर अवलंबून राहते. ३१ GeV ऊर्जेच्या प्रोटॉनांची साठवण करण्याकरिता सर्नच्या प्रयोगशाळेतील ISR (इंटरसेक्टींग स्टोरेज रिंग) वलयाचा परिघ सु.१ किमी. आहे. साठवण वलय हे नेहेमीच वर्तुळाच्या आकाराचे नसते. त्याद्वारे कणाकरिता एक बंदिस्त गतिमार्ग उपलब्ध करून दिला जातो हे मात्र खरे असते. या विशिष्ट मार्गाने कण सतत जात राहतील याकरिता योग्य जागी तदनुरूप चुंबकांची स्थापना करावी लागते (या कार्याकरिता वापरण्यात येणारे चुंबकीय क्षेत्र काही टेस्ला मूल्याचे असते १ टेस्ला = १०,००० ओर्स्टेड). खुद्द नलिकेची त्रिज्या काही मीटर असून तीमध्ये १०-१० टॉर या प्रमाणाचा उच्च निर्वात राखण्याकरिता व्यवस्था केलेली असते. यामुळे नलिकेमधील वेगवान कणांचे शेष वायुकणांबरोबर आघात होऊन त्यायोगे शलाकेतील कणांचे विचलन होऊन त्या बाहेर जाण्याची शक्यता नगण्य होते. याशिवाय चुंबकीय क्षेत्राद्वारे वेगवान कणांचे संकेंद्रीकरण करण्याकरिता योग्य योजना उपकरणामध्ये ठिकठिकाणी बसवलेल्या असतात. या सर्व गोष्टींमुळे वेगवान कणांची वलयामध्ये कित्येक तासांपर्यंत सुलभपणे साठवण करता येते. शलाकेतील कण संख्येत विशेष घट या कालखंडात होत नाही.
प्रोटॉनाचे स्पंद क्रमशः वलयामध्ये दीर्घकाळपर्यंत सोडून त्यावर योग्य संस्करण करून त्यांची संख्या १०१२ ते १०१३ यापर्यंत वाढविता येते. साठवलेल्या प्रोटॉनांच्या गतीमुळे निर्माण होणाऱ्या समतुल्य विद्युत् प्रवाहाचे मूल्य ५० अँपिअरपर्यंत वाढविता येते. शलाकेचा काटच्छेद काही मिमी. या प्रतीचा असतो.
साठवण वलयात जास्तीत जास्त एकत्रित करण्यात येऊ शकणाऱ्या कणसंख्येची अंतिम मर्यादा पुढील प्रक्रियांमुळे निश्चित होते : (१) शलाकेमधील विद्युत् भारित कणांमुळे त्यांच्या गतिमार्गावर अवकाश भार जमा होऊन त्या योगे स्थानिक विद्युत् क्षेत्रे निर्माण होतात. यामुळे शलाकेतील कणांचे विचलन होऊ शकते. (२) नलिकेच्या केंद्रभागातून ४०–५० अँपिअर मूल्याचा जो विद्युत् प्रवाह वाहू लागतो त्यामुळे एक स्वयंचुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते. हे क्षेत्र व शलाका यांमध्ये परस्परक्रिया होऊन शलाकेचे सरळ विकेंद्रीकरण होते किंवा तिच्यामध्ये आंदोलने निर्माण होऊन परिणामी विकेंद्रीकरण घडून येऊ शकते.
प्रतिप्रोटॉन साठवण वलय : पुरेशा वेगवान प्रोटॉन कणांद्वारे योग्य लक्ष्यांवर आघात केला असता त्यापासून प्रतिप्रोटॉनांची निर्मिती होते. निर्माण झालेल्या प्रतिप्रोटॉनांना वेगवर्धकाद्वारे इष्ट तेवढी उर्जा देता येते. प्रतिप्रोटॉन ज्या प्रकारे निर्माण होतात त्यामुळे त्यांच्या वेगात दोन घटक असतात. यांपैकी पहिल्या मुख्य वेगघटकामुळे हे सर्व कण एकाच दिशेत एकाच वेगाने मार्गक्रमण करतात. कणाचा दुसरा वेगघटक हा खूप कमी प्रतीचा असतो. या घटकाच्या अवकाशातील दिशेवर निर्बंध नसतो. त्यामुळे या दिशांचे वितरण यदृच्छ प्रकारचे असते. या यदृच्छ वेगघटकामुळे कणाचे तापमान निश्चित होते. जेवढे वेगघटकाचे सरासरी मूल्य जास्त, तेवढे या कणाचे तापमान जास्त असे म्हणता येते. या यदृच्छ वेगघटकामुळे प्रतिप्रोटॉन शलाकेचे विकेंद्रीकरण होण्याची शक्यता असल्यामुळे साठवण वलयात कणांना पाठविण्याआधी या कणांचे तापमान प्रथम कमी करणे आवश्यक असते. या प्रक्रियेकरिता दोन पद्धती उपलब्ध आहेत. (१) जी. आय्. बुडकर यांची इलेक्ट्रॉनद्वारा शीतन पद्धत व (२) सायमन व्हॅन डर मेर यांची प्रसंभाव्य शलाका शीतन पद्धत.
(१) इलेक्ट्रॉनद्वारा शीतन : वेगवर्धन करण्याच्या पूर्वीचे कमी ऊर्जेचे प्रतिप्रोटॉन हे एका मोठ्या आकारमानाच्या साठवण नलिकेत प्रथम बंदिस्त केले जातात. याच वेगाने व सरासरी याच दिशेत गतिमान होत असणारे इलेक्ट्रॉन नंतर या नलिकेत सोडले जातात. इलेक्ट्रॉनांचे तापमान कमी प्रतीचे असल्यामुळे इलेक्ट्रॉन व प्रतिप्रोटॉन यांमध्ये परस्परक्रिया घडून येते तेव्हा इलेक्ट्रॉनाचे तापमान वाढले तर प्रतिप्रोटॉनाचे तापमान तेवढ्याच प्रमाणात कमी केले जाते. या विक्रियेनंतर योग्य चुंबकीय क्षेत्राचा उपयोग करून इलेक्ट्रॉन व प्रतिप्रोटॉन एकमेकांपासून अलग केले जातात व प्रतिप्रोटॉन पुढील कार्यासाठी वेगवर्धकाकडे नेले जातात.
(२) व्हॅन डर मेर यांची प्रसंभाव्य शलाका शीतन पद्धत: अती वेगवान प्रोटॉनांचा समूह स्पंदाच्या स्वरूपात लक्ष्यावर येऊन आदळला असता प्रतिप्रोटॉनांचा एक समूहस्पंद बाहेर फेकला जातो. प्रतिप्रोटॉन समुहातील कणांची संख्या अत्यल्प असते (आघात प्रयोगाकरिता पुरेशी नसते) व या कणांचा गतिवेग पण एकसमान नसतो. त्यामध्ये काही प्रमाणात भिन्नता आढळून येते. निरनिराळ्या वेळी प्रोटॉन आघाताद्वारे निर्माण केलेल्या प्रतिप्रोटॉन कणांना एकत्रित करून, त्यांची साठवण संचायक नलिकेत करून, एकंदर कणसंख्येत वाढ करणे शक्य असते. संचायन नलिकेमध्ये १०-१० टॉर या दर्जाचा उच्च निर्वात असून मार्गदर्शन करणाऱ्या चुंबकीय क्षेत्राच्या साहाय्याने कणांना त्यामध्ये एक ठराविक त्रिज्येच्या वर्तुळाकार मार्गावर सारखे फिरत ठेवले जाते. संचायक नलिकेत स्वीकार केला जाऊन कणधारणा होण्याकरिता संचयित कणाच्या गतिवेगामधील (दिशा व / किंवा मूल्य) फरक एका ठराविक प्रमाणाबाहेर असून चालत नाही. गतिवेगामधील फरकामुळे शलाका जशी प्रगत होते तसा तिचा काटच्छेद व विस्तार या दोहोंमध्ये वाढ होऊन शलाकेमधील कणांच्या घनफळ-घनतेत घट होईल, हे स्पष्ट आहे.
व्हॅन डर मेर यांच्या पद्धतीमध्ये संचायकाकडे येणाऱ्या प्रत्येक प्रतिप्रोटॉन कण समूहावर अनेक वेळा परत परत संस्करण करून त्यामधील कणांचा वेगफरक व विस्तार या दोहोंमध्ये घट केली जाते आणि अशा रीतीने शलाकेमधील कणांच्या घनफळ-घनतेत प्रत्यक्षात वाढ केली जाते. या क्रियेस‘शलाका शीतन’ ही तांत्रिक संज्ञा दिली जाते. उपकरणात प्रवेश करणाऱ्या असंस्कारित कणसमूहाच्या काटच्छेदावरील घनता गुरुत्वमध्याचा शोध एका उद्ग्रहण विद्युत् अग्राच्याद्वारे घेतला जातो. मिळालेल्या प्रदत्ताचे संगणकाद्वारे (गणक यंत्राद्वारे) परिशीलन करून त्या योगे निश्चित केलेले विद्युत् क्षेत्र परिभ्रमण करणाऱ्या कणसमूहावर परत परत लावून समूह कणांतील गतिवेग फरक आणि विस्तार क्रमशः कमी केला जातो. कणांच्या गतिवेगातील भिन्नता अनियत प्रकारे वितरित झालेली असल्याने लावलेल्या विद्युत् क्षेत्रामुळे सर्व कणांकरिता अनुकूल असाच परिणाम घडून येत नसला, तरी शलाकेमधील बहुसंख्य कणांवर अनुकूल परिणाम घडून येऊन सरासरीने या प्रक्रियेचा परिणाम इष्ट असाच होतो. अशा तऱ्हेने संस्कारित केलेला कणसमूह संचायक नलिकेतील साठविण्याच्या जागी पाठविला जातो. यानंतर दुसरा कणसमूह संस्करणाकरिता स्वीकारला जातो. अशा प्रकारे अलग रीतीने संस्कारित केलेले अनेक कणसमूह एकत्रित केले असता त्यांमधील कणांच्या घनफळ-घनतेत प्रचंड वाढ होते. समृद्ध कणसमूहाचे वेगवर्धन करून त्याचा प्रोटॉनांबरोबर आघात क्रियेकरिता उपयोग केला जातो. संचायक नलिकेत अशा प्रकारे प्रतिप्रोटॉन कणांची काही तासांपर्यंत कार्यक्षमतेने साठवण करता येते.‘शीतन’ प्रक्रियेविषयी अधिक स्पष्ट कल्पना आ. १३ वरून येईल. शीतन प्रक्रियेच्या उपयोजनेमुळे शलाकेतील कणांच्या संवेग वितरणात कशा प्रकारे फरक पडत जातो हे आकृतीवरून स्पष्ट होते.
या पद्धतीचा उपयोग करून सर्नच्या प्रयोगशाळेत प्रतिप्रोटॉन शलाकेमधील उपलब्ध कणसंख्या कित्येक लाख पटींनी वाढविण्यात यश आले.
इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन साठवण वलय : इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉनाकरिता जगातील पहिले साठवण वलय इटलीमध्ये १९५९ मध्ये बी. टूशेक यांच्या नेतृत्वाखाली उभारण्यात आले होते. त्यानंतर खाली दाखविल्याप्रमाणे जगातील अनेक प्रयोगशाळांमधून या तंत्राचा उपयोग करण्यात येऊ लागला.
आ. १४ मध्ये e+-e– साठवण वलयाचा e+ व e– यांमध्ये आघात घडवून आणण्याकरिता कसा उपयोग करतात, हे दाखविले आहे.
e+-e– या कण जोडीकरिता साठवण वलय योजना सर्वप्रथम कार्यान्वित करण्यात आली. प.जर्मनीतील डेसी प्रयोगशाळेत e–-e+ शलाका कण साठवण व आघातक योजना १९७८ मध्ये कार्यान्वित झाली.
या यंत्रामध्ये इलेक्ट्रॉनांना (पॉझिट्रॉनांना) वेगवर्धित केल्यामुळे त्यांपासून सिंक्रोट्रॉन प्रारणाचे उत्सर्जन होते. अशा प्रकारे व्यय होणाऱ्या उर्जेचे परिमार्जन करणे आवश्यक ठरते. या परिणामामुळे e+-e–साठवण करण्याकरिता जास्त विद्युत् उर्जा खर्च करावी लागते. या यंत्राद्वारे इलेक्ट्रॉनांना जास्तीत जास्त किती ऊर्जा देता येईल हे शेवटी या परिणामामुळेच निश्चित होत असते.
अतिसंवाहक विद्युत् चुंबक : अधिकाधिक उर्जाधारी कण निर्माण करण्याच्या योजनेत (पहा कोष्टक क्र. १३) वेगवर्धक यंत्राचा आकार, ते निर्माण करावयास लागणारा खर्च, ते कार्यान्वित करण्याकरिता लागणारी विद्युत् उर्जा यांमध्ये इतक्या प्रचंड वेगाने वाढ होत असते की, या निकषामुळे भविष्यकाळात अशा प्रकारच्या प्रकल्पांवर मर्यादा येणार याची स्पष्ट चिन्हे दिसत आहेत. अमेरिकेमध्ये नियोजित ‘डेझरट्रॉन’ योजनेकरिता १०० किमी. आकारमानाची जागा, एक अब्ज डॉलर एवढा खर्च व ती कार्यान्वित करण्याकरिता दीड लाख वस्तीच्या गावाकरिता लागते तेवढी विद्युत् ऊर्जा लागेल, असा अंदाज करण्यात आला आहे. त्यामुळे सध्याच्या प्रकारच्या वेगवर्धक यंत्राच्या ऊर्जाक्षमतेत काही ठराविक मर्यादेनंतर वाढ करणे शक्य होणार नाही, हे उघड आहे.
अतिसंवाहक विद्युत् चुंबकाचा [ ⟶ अतिसंवाहकता] मार्गदर्शक व केंद्रीकरण चुंबकीय क्षेत्राच्या निर्मितीकरिता उपयोग करून वेगवर्धक यंत्राच्या उभारणीकरिता लागणाऱ्या खर्चात बचत करण्याच्या पद्धतीवर संशोधन पूर्ण होऊन अशा योजना वापरात येऊ लागल्या आहेत. विद्युत् चुंबकाकरिता विद्युत् संवाहक म्हणून विशिष्ट रचनेच्या धातूच्या तारा वापरल्या जातात. त्या सर्व द्रवरूप हिलियमामध्ये (तापमान ≈ ४०·५ के.) बुडवून ठेवल्यामुळे त्यांचा विद्युत् रोध नगण्य स्वरूपाचा होतो. विद्युत् प्रवाहामुळे त्यामध्ये निर्माण होणाऱ्या उष्णता उत्सर्जनाचे प्रमाण अतिशय कमी असते. त्यामुळे अत्यंत कमी विद्युत् ऊर्जेच उपयोग करून त्यायोगे प्रबल चुंबकीय क्षेत्रे निर्माण करणे शक्य होते. साध्या विद्युत् चुंबकाद्वारे सामान्यपणे दोन टेस्ला या महत्तम मूल्याचे चुंबकीय क्षेत्र मिळविता येते, तर अतिसंवाहक विद्युत् चुंबकामध्ये हे मूल्य दुप्पट म्हणजे ४–५ टेस्लापर्यंत वाढविता येते. चुंबकीय क्षेत्र मूल्यात वाढ झाल्यामुळे कण परिभ्रमण कक्षेची त्रिज्या (म्हणजेच वेगवर्धक यंत्राचे आकारमान) खूप कमी होऊ शकते. सिंक्रोट्रॉन यंत्राची त्रिज्या १/३ पटीने कमी होते, तर त्याचे घनफळ १/९ पटीने कमी होते. त्यामुळे यंत्राची निर्मिती व ते चालू ठेवण्याकरिता लागणारा खर्च यांमध्ये मोठ्या प्रमाणात बचत होते. अमेरिकेतील फेर्मी प्रयोगशाळेत अतिसंवाहक विद्युत् चुंबकाचा वापर करून एक सिंक्रोट्रॉन बांधण्यात येत आहे. त्यामध्ये शलाकेचे मार्गदर्शन करण्याकरिता ७७४ द्विध्रुवीय चुंबक, तर २१८ चतुर्ध्रुवीय चुंबक असून त्यायोगे १,००० GeV उर्जेचे प्रोटॉन निर्माण होणार आहेत. चुंबक व त्याच्या तारा थंड ठेवण्याकरिता यंत्राला ४,००० लि. हीलियम द्रव प्रती तास पुरवावा लागेल असा अंदाज करण्यात आला आहे. यामधील ६ मी. लांबीच्या चुंबकाचे थंड केल्यानंतर २ सेंमी. आकुंचन होते. त्यामुळे त्यायोगे चुंबकीय क्षेत्रात जे बदल निर्माण होतात, त्यांचे परिमार्जन करण्याकरिता संगणकाने निश्चित केलेली उपाययोजना वापरली जाणार आहे.
पहा : इलेक्ट्रॉन; कण अभिज्ञातक; कणवेगवर्धन; न्यूट्रॉन; न्यूट्रिनो; पॉझिट्रॉन; प्रोटॉन; फोटॉन.
संदर्भ : 1. CERN, Annual Reports, Geneva, 1978, 1981, 1983.
2. CERN, The Discovery of ‘Heavy Light’, CERN Courier, November 1983.
3. Close, F. Hybrids and Glueballs: New Forms of Matter, New Scientist, 7 July 1983.
4. Fisher, A. Cosmic Order, Popular Science, May 1983.
5. Fraunfelder, H.; Henley, E. M. Subatomic Physics, Englewood Cliffs, N. J., 1974.
6. Georji, H. A. Unified Theory of Elementary Particles and Forces, Scientific American, April 1981.
7. Glashow, S. L. Grand Unification: Tomorrow’s Physics, New Scientist, 18 September 1980.
8. Harari, H. The Structure of Quarks and Leptons, Scientific American, April 1983.
9. Ishikawa, K. Glueballs, Scientific American, November 1982.
10. Lawson, J. D. New Concepts for High Energies, Nature, 15 November 1984.
11. Littlefield, T. A.; Thorley, N. Atomic and Nuclear Physics, London, 1979.
12. Perkins, D. M. Introduction to High Energy Physics, Reading, Mass., 1982.
13. Rebbi, C. The Lattice Theory of Quark Confinement, Scientific American, February 1983.
14. Robinson, B. L. CERN Reports First Vector Boson Evidence, Science, 4 February 1983.
15. Schechter, B. The Moment of Creation, Discover, April 1983.
16. Segre, E. Nuclei and Particles, New York, 1965.
17. Swartz, C. E. The Fundamental Particles, Reading, Mass., 1965.
18. Waldrop, M. M. New Ways to Accelerate, Science, 17 June 1983.
19. Wilson, R. R. The Next Generation of Particle Accelerators, Scientific American, January 1980.
चिपळोणकर, व. त्रिं.