‘ડબલ્યૂ’ કણ : નિર્બળ ન્યૂક્લિય બળોનું સંચરણ કરતા માનવામાં આવેલા એટલે કે અમુક પ્રકારના પારમાણ્વિકન્યૂક્લિયસમાં રેડિયોઍક્ટિવ ક્ષય(decay)નું સંચાલન કરતાં વિચારવામાં આવેલા અવપારમાણ્વિક (subatomic) કણોના વર્ગમાંનો એક કણ. તેને ન્યૂક્લિયસમાં રેડિયોઍક્ટિવ ક્ષયનું સંચાલન કરતો ગણવામાં આવેલ છે. તેને મંદ બોઝૉન કે W મેસૉન પણ કહે છે. બોઝૉન એટલે શૂન્ય કે પૂર્ણાંક પ્રચક્રણ (spin) ધરાવતો કણ. મેસૉન એટલે ન્યૂક્લિય બળો માટે જવાબદાર એવો ઇલેક્ટ્રૉન કરતાં ભારે અને ન્યૂક્લિયૉન કરતાં હલકો કણ. મંદ બોઝૉન વિદ્યુતભારિત મધ્યવર્તી સદિશ બોઝૉન (intermediate vector boson) કે વીકૉન છે. આવા કણો બે પ્રકારના છે : એક, W બોઝૉન જે એકમ (1) પ્રચક્રણ અને ±e વિદ્યુતભાર ધરાવે છે, જે બીટા ક્ષય માટે જવાબદાર છે. બીજો, Z બોઝૉન, જે એકમ (1) પ્રચક્રણ ધરાવે છે અને તે વિદ્યુત-તટસ્થ છે. Z બોઝૉન, W બોઝૉન કરતાં ભારે હોય છે. ઉચ્ચ ઊર્જાસ્તરે બનતી કેટલીક ઘટનાઓમાં તેની અસર જોવા મળે છે. ઘણાં વર્ષો પહેલાં સૂચિત થયેલો W કણ મંદ આંતરક્રિયા(interaction)નો સહગામી છે, જ્યારે અતિ આધુનિક Z કણ મંદ અને વિદ્યુત-ચુંબકીય આંતરક્રિયાઓને જોડે છે.
શેલ્ડન લી ગ્લૅશો, સ્ટીવન વાઇનબર્ગ અને અબ્દુસ સલામ નામના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ 1960ના અંતમાં મધ્યવર્તી સદિશ બોઝૉન અને તેના ગુણધર્મોની આગાહી કરી હતી. તેમના સૈદ્ધાંતિક પ્રયાસો, વીનબર્ગ–સલામ સિદ્ધાંત કે વૈદ્યુતમંદ સંગઠન સિદ્ધાંત (electroweak unification theory) તરીકે ઓળખાય છે. તેને માટે 1979નો ભૌતિકશાસ્ત્રનો નોબેલ પુરસ્કાર સંયુક્ત રીતે ગ્લૅશો, વાઇનબર્ગ અને સલામને એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો. આ સિદ્ધાંત સમજાવે છે કે વિદ્યુતચુંબકીય બળ અને નિર્બળ બળ જેમને લાંબા સમયથી અલગ ગણવામાં આવતા હતા તે, વાસ્તવમાં તો એક જ મૂળભૂત આંતરક્રિયાનાં સ્વરૂપ છે. જેમ વિદ્યુતચુંબકીય બળનું સંચરણ ફોટૉન તરીકે ઓળખાતા વાહક (carrier) કણ દ્વારા થાય છે, તેમ નિર્બળ બળનો વિનિમય ત્રણ પ્રકારના મધ્યવર્તી સદિશ બોઝૉન વડે થતો હોય છે. નિર્બળ બળના વહન કરવા ઉપરાંત આમાંના બે પ્રકારના બોઝૉન ઉપર ધન કે ઋણ વિદ્યુતભાર છે, જેમને W+ અને W– વડે દર્શાવવામાં આવે છે. ત્રીજો પ્રકાર વિદ્યુતભારરહિત W0 છે. ફોટૉન કરતાં સાવ વિરુદ્ધ આવા પ્રત્યેક મધ્યવર્તી બોઝૉનનું દળ મોટું હોય છે. કણના ભારેપણાની આ લાક્ષણિકતા નિર્બળ બળતા ખૂબ જ નાની અવધિ સુધીના પ્રભાવ માટે જવાબદાર છે. તેનો પ્રભાવ ફક્ત 10–16 સેમી. અંતર સુધી જ મર્યાદિત હોય છે. ક્વૉન્ટમ યંત્રશાસ્ત્ર દ્વારા પ્રસ્થાપિત થયા પ્રમાણે કોઈ બળની અવધિ તેનું સંચરણ કરતા કણના દળના વ્યસ્ત પ્રમાણે હોય છે.
વાઇનબર્ન અને સલામે બતાવ્યું કે વિદ્યુતમંદ અને વિદ્યુતચુંબકીય બળો કોઈ એક કક્ષાએ એકરૂપ બની જાય છે. એક જ પ્રકારની આંતરક્રિયા વડે આ બંને બળો દર્શાવાય છે. સંમિતિના સ્વયંભૂ ભંગાણ તરીકે જાણીતી સૂક્ષ્મ પ્રક્રિયા મારફતે ત્રણ બોઝૉનને દળ પ્રાપ્ત થયું અને તે W તથા Z કણો કહેવાયા અને તેમની આંતરક્રિયા અવધિ નાની બની. આ સૂક્ષ્મ પ્રક્રિયામાં ચોથો બોઝૉન પણ મળ્યો જે ફોટૉન કહેવાયો. તેનું સ્થિર દળ (rest mass) શૂન્ય હોય છે. તેથી વિદ્યુતચુંબકીય આંતરક્રિયાની અવધિ અનંત બની.
સિદ્ધાંત અનુસાર જ્યારે પ્રોટૉન જેવું ન્યૂક્લિયૉન તેના પ્રતિદ્રવ્ય (antimatter) પ્રતિન્યૂક્લિયૉન સાથે ઉચ્ચ ઊર્જાસ્તરે સીધી અથડામણ અનુભવે અને વિલોપન પામે ત્યારે મંદ બોઝૉનની ઉત્પત્તિ શક્ય બને છે. આવી અથડામણ દરમિયાન ન્યૂક્લિયસમાં રહેલા પ્રોટૉન કે ન્યૂટ્રૉનમાં ત્રણ પ્રકારના ક્વાર્ક પ્રતિનું એક પ્રતિકણના ઘટક પ્રતિક્વાર્ક સાથે આંતરક્રિયા કરે છે અને મંદ બોઝૉન ઉદભવે છે. ત્રણ પ્રકારના પાયાના સૂક્ષ્મ કણો જેના વડે પ્રબળ આંતરક્રિયા કરતા મૂળભૂત કણો (હેડ્રૉન) બનેલા છે તેને ક્વાર્ક કહે છે. બે ક્વાર્ક વચ્ચે આંતરક્રિયા ગ્લુઑન કણ દ્વારા થતી હોય છે. ગ્લુઑન ફોટૉનની જેમ, પ્રકાશની ઝડપે ગતિ કરતો દળવિહીન કણ છે.
મંદ બોઝૉન લાક્ષણિક રીતે લેપ્ટૉન (ઇલેક્ટ્રૉન, મ્યુઑન કે ટાઉ) કણમાં અને તેની સાથે સંકલિત ન્યૂટ્રીનોમાં ક્ષય પામે છે. લેપ્ટૉન એ સાદામાં સાદો મૂળભૂત કણ છે, જેને કોઈ આંતરિક સંરચના નથી અને આજ સુધીનાં માપનોમાં તે બિંદુવત્ અને અવિભાજ્ય કણ તરીકે પ્રસ્થાપિત થયો છે.
સ્વિટ્ઝર્લૅન્ડના જિનીવા શહેરમાં આવેલી ‘સર્ન’ (CERN–ફ્રેંચમાં Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire)ની પ્રયોગશાળામાં સંશોધકોની એક ટુકડીએ, 1982માં, W તથા Z કણોની લાક્ષણિકતા શોધી કાઢી, જે આગાહી કરેલી લાક્ષણિકતાઓ સાથે ખૂબ મળતી આવી. તેમનાં તારણોમાંથી મંદ બોઝૉન વિશે સૌપ્રથમ પ્રત્યક્ષ પુરાવો મળ્યો. આને લઈને ‘વાઇનબર્ગ–સલામ’ સિદ્ધાંતને પ્રબળ સમર્થન મળ્યું.
CERN ના વિજ્ઞાનીઓએ 540 × 1012 ઇલેક્ટ્રૉનવોલ્ટ કે 540 GeV (1 GeV = 1012 ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટ)થી સંઘાત પામી રહેલા કિરણ-સંગૃહીત રિંગના પ્રયોગો(સંકેત નામ UA–1)માં મંદ બોઝૉન પ્રાપ્ત થવાના ઘણા બધા સ્પષ્ટ દાખલાઓની નોંધ લીધી. નિહાળવામાં આવેલા બધા જ કણોનું દળ આશરે 81 GeV કે પ્રોટૉનના દળ કરતાં આશરે 80 ગણું વધારે હતું, જેની આગાહી, વિદ્યુતમંદ પરિરૂપ અનુસાર કરવામાં આવી હતી. ઉપરાંત W– બોઝૉન, એક ઇલેક્ટ્રૉન અને ન્યૂટ્રીનોમાં ક્ષય પામતું હતું, જ્યારે W+નો ક્ષય પૉઝિટ્રૉન (ઇલેક્ટ્રૉનના પ્રતિકણ) અને ન્યૂટ્રીનોમાં થતો હતો. શોધાયેલા વિદ્યુતભારિત Z કણો પણ મોટા ભાગની અપેક્ષા સાથે સુસંગત જણાયા હતા. તેમનું સ્થિર દળ 93, GeV અને તેમના ક્ષયની પદ્ધતિ પણ કરવામાં આવેલી આગાહી પ્રમાણે જ હતી, જોકે થોડાક કિસ્સાઓમાં વિચલન જોવા મળ્યું હતું. મોટા ભાગના બોઝૉન કણ તત્ક્ષણ ઇલેક્ટ્રૉન-પૉઝિટ્રૉન જોડમાં ખંડિત થઈ જતા હતા.
એરચ મા. બલસારા
પ્રહલાદ છ. પટેલ