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 १०१९ 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 १० 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 ग्लुऑन १०-२३ &lt १०-२३ १०-१३ सेंमी.
[* दुर्बल विक्रियेत जेव्हा भाग घेणाऱ्या कणांमध्ये विद्युत्‌ भाराचा विनिमय होत असतो तेव्हा अशा वेळी विक्रिया संक्रमक अथवा विनिमयित कण W ±हा असतो.  विक्रियेत जेव्हा कणांमध्ये विद्युत्‌भार विनिमय होत नाही (म्हणजे विक्रियेत जेव्हा भाग घेणाऱ्या विद्युत्‌भार अचल राहतात ) अशा वेळी Z0 हा मध्यस्थ क्षेत्रपुंजकण संक्रमक म्हणून कार्य करतो (उदा., कणांमधील प्रकीर्णन-विखुरण्याची- विक्रिया)]

मेसॉन व त्यानंतर सापडलेल्या अनेक मूलकणांचा शोध विश्वकिरणांच्या योगे कार्यान्वित होणाऱ्या विक्रियेमध्ये लागला. विश्वकिरणात अनेक घटक असतात त्यापैकी प्रोटॉन या घटकाची ऊर्जा १०eV 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, π 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+ …   …   …   …  (१)

      ⟶ μ++νμ     …   …   … …         (२)

      ⟶ 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 μया 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 (१०१६ 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 किग्रॅ. याच्या सापेक्ष पटीत दिले आहे. ९·१x १० 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 Kकरिता I3=-१/२ μ+ करिता I3= १ μकरिता 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.

n ⟶ p++ e +ν~e … … …  (४)

या विक्रयेत परिवलन स्थिर राहते असे गृहीत धरले तर,

p+⟶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+, μ,  μअशा 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 μ करिता I3 = ०, μ+ करिता I3 = +१, μकरिता 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 (R+ R+…….+ 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 A व K 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 १०२३ से. या परिमाणाचा असतो. यावरून ही निर्मिती प्रबल परस्परक्रियेद्वारा होते हे कळते. याउलट त्याचा क्षयकाल यामानाने खूप दीर्घ म्हणजे १० ते १०१२ 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 K या मेसॉनाकरिता y = १, I3 = १/२, B = ० असल्यामुळे S = + १ ≡ 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 π हा एकच कण असा आहे की, ज्याकरिता आयुःकालाचे मूल्य ≈ १०-१६ से. एवढे आहे. या मूल्यावरून π 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.


आ.क्र.१ काही बॅरीऑन कणांचे क्षयाद्वारे होणारे रुपांतरण.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.


आ.२. बॅरीऑन (अ) व मेसॉन (आ) यांकरिता अष्टक गट वर्गवारी [ I, y व Q यांच्या आधारे SU (३) सममितीप्रमाणे].

मेसॉन गटामध्ये तीन पायॉन, चार K- मेसॉन, एक η – मेसॉन यांमुळे अष्टक बनते. या सर्व मेसॉनांकरिता परिवलनांक = ० आहे.

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 Wकणाला 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.

                             

[टीप : * गणितीय विश्लेषण पद्धती व प्रयोग यांच्याद्वारे मिळणाऱ्या कण परिवलनांक मूल्यांमध्ये सुसूत्रीकरण राखण्यासाठी ∑0 करिता (ud+du)s, तर  A0 करिता (ud-du) s व πकरिता (uu-dd) अशा संरचना दिल्या जातात. तद्नुरूप गणितीय पद्धतीने येथे विचार केलेला नसल्यामुळे या गोष्टीचे विशदीकरण येथे दिलेले नाही.]

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 &gt 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
विचित्रता

पुंजांक (S)

-१
मोहकता

पुंजांक (C)

+१
समपरिवलन

प्रक्षेप (I3)

१/२ – १/२
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.


आ.३ दोन इलेक्ट्रॉनांमध्ये आभासी फोटॉनाच्या विनिमयामुळे निर्माण होणाऱ्या प्रेरणेस U (↑) सममिती असते व तीमुळे इलेक्ट्रॉनाच्या स्वरूपात फरक पडत नाही.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).

आ.४. चार्मोनियम क्षयाचे दोन प्रकार

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.

आ.५. इलेक्ट्रॉन – पॉझिट्रॉन कणांचे नष्टीकरण : (अ) इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन कणांचे दोन हॅड्रॉन कण स्त्रोताद्वारा नष्टीकरण (आ) इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन कणांचे तीन हॅड्रॉन कण स्त्रोताद्वारा नष्टीकरण.

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.

उर्वरित भाग पहाण्यासाठी येथे क्लिक करा.