લેપ્ટૉન

લેપ્ટૉન : યથાર્થ મૂળભૂત કણોના ત્રણ પરિવાર (સમૂહ). કેટલાક કણોને મૂળભૂત તરીકે લેવામાં આવે છે. પણ ખરેખર અર્થમાં મૂળભૂત કણો એટલે લેપ્ટૉન, જે હકીકતમાં મૂળભૂત પ્રકૃતિ ધરાવે છે. તેમની આંતરિક સંરચના કે અવકાશમાં તેમના વિસ્તરણ વિશે કોઈ અણસાર મળતો નથી. લેપ્ટૉન બિંદુવત્ કણો છે. આથી હલકામાં હલકા છે. લેપ્ટૉન પરિવાર તરીકે જે કણો આપણી સમક્ષ રજૂ કરવામાં આવ્યા છે તેમાં ઇલેક્ટ્રૉન અને ન્યૂટ્રીનોનો સમાવેશ થાય છે.

ઇલેક્ટ્રૉન એ પ્રથમ શોધાયેલ મૂળભૂત કણ છે. ઇલેક્ટ્રૉનને લગતો સંતોષકારક સિદ્ધાંત સૌપ્રથમ પી. એ. એમ. ડિરાકે 1928માં સૂચવ્યો અને વિકસાવ્યો. ડિરાકે વિદ્યુતચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વિદ્યુતભારિત કણ (ઇલેક્ટ્રૉન) માટે સાચું સાપેક્ષિકીય (relativistic) તરંગ-સમીકરણ (wave equation) મેળવ્યું. ઇલેક્ટ્રૉનનાં અવલોકિત દળ અને વિદ્યુતભાર જ્યારે આ સમીકરણમાં આમેજ કરવામાં આવ્યાં ત્યારે ઇલેક્ટ્રૉનનું સ્વકીય (intrinsic) કોણીય વેગમાન  મળ્યું એટલે કે ½ પ્રચક્રણ (spin) અને તેની ચુંબકીય ચાકમાત્રા (magnetic moment) એક બ્હોર મૅગ્નેટૉન જેટલી મળી. અહીં e અને m અનુક્રમે ઇલેક્ટ્રૉનનો વિદ્યુતભાર અને દળ છે. આ આગાહીઓ પ્રાયોગિક પરિણામ સાથે સુસંગતતા ધરાવે છે. આગાહીથી મળેલાં અને પ્રાયોગિક પરિણામો વચ્ચેની સંગતતાએ ડિરાકના સિદ્ધાંતને પ્રબળ ટેકો આપ્યો.

ડિરાકના સિદ્ધાંતનું અણધાર્યું પરિણામ એ આવ્યું કે ધન અને ઋણ એમ બે પ્રકારના ઇલેક્ટ્રૉને અસ્તિત્વ ધરાવવું જોઈએ. શરૂઆતમાં ઇલેક્ટ્રૉનના વિરુદ્ધ કણ તરીકે પ્રોટૉનનો વિચાર આવ્યો. પણ તેમાં તે બંનેના દળ વચ્ચે ઘણો વધારે તફાવત હતો. બ્રહ્માંડ-કિરણો(cosmic rays)ના સંશોધન દરમિયાન પૃથ્વીની સપાટી ઉપર 1932માં ધન ઇલેક્ટ્રૉન મળી આવ્યો. આ ધન ઇલેક્ટ્રૉનને પૉઝિટ્રૉન તરીકે ઓળખાવવામાં આવ્યો. 1.02 MeV કરતાં વધુ ઊર્જા ધરાવતો ફોટૉન યોગ્ય સંજોગોમાં દ્રવ્ય બની ઇલેક્ટ્રૉન-પૉઝિટ્રૉનની જોડ રચે છે. તેથી ઊલટું, ઇલેક્ટ્રૉન અને પૉઝિટ્રૉન સંપર્કમાં આવતાં તેમનું વિલોપન (annihlilation) થતાં ફોટૉન (ઊર્જા) પેદા થાય છે.

પૉઝિટ્રૉન અને ઇલેક્ટ્રૉન એકબીજાના પ્રતિકણો (antiparticles) છે. બીજા મૂળભૂત કણોને તેમના પ્રતિકણો હોય છે. પણ ફોટૉન અને તટસ્થ પાયૉન(મૂળભૂત કણો હોવા છતાં)ને પ્રતિકણો નથી. કણ અને પ્રતિકણનું દળ, પ્રચક્રણ અને જીવનકાળ સમાન હોય છે. જો કણ વિદ્યુતભાર ધરાવતો હોય તો પ્રતિકણ એટલો જ વિરુદ્ધ વિદ્યુતભાર ધરાવે છે. પણ પ્રચક્રણ અને ચુંબકીય ચાકમાત્રા વચ્ચે સંરેખણ (alignment) કે પ્રતિસંરેખણ કણ અને પ્રતિકણ માટે વિરુદ્ધ હોય છે.

પ્રતિપ્રોટૉન, પ્રતિન્યૂટ્રૉન, પ્રતિઇલેક્ટ્રૉન(પૉઝિટ્રૉન)થી મળતા દ્રવ્યની ધારણા અસ્થાને નથી. તેમના વડે પ્રતિદ્રવ્ય (anti matter) મળે છે. વિશ્વમાં અત્યારે જે છે તે સામાન્ય દ્રવ્ય છે. તારાવિશ્ર્વો(galaxies)માં પ્રતિદ્રવ્યનું અસ્તિત્વ હોય તોપણ તેમના વર્ણપટ (spectra) દ્રવ્યના વર્ણપટ જેવા જ મળે છે. દ્રવ્ય અને પ્રતિદ્રવ્ય સંપર્કમાં આવતાં તેમનું વિલોપન થાય છે અને પ્રચંડ ઊર્જા (ગૅમા કિરણોના સ્વરૂપે) પેદા થાય છે. આવાં ગૅમા કિરણો આજ લગી અવલોકાયાં નથી. આ સાથે એ પણ સ્પષ્ટ છે કે પૃથ્વીની સપાટીએ ભાગ્યે જ પ્રતિકણ મળે છે તેનો અર્થ એ થાય કે વિશ્વમાં દ્રવ્ય અને પ્રતિદ્રવ્ય સરખા પ્રમાણમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. તે વિભાવના અહીં રદ થાય છે.

ન્યૂટ્રીનો(υ)નો પ્રતિકણ પ્રતિન્યૂટ્રીનો છે. આ બંને કણો માટે તેમના પ્રચક્રણની દિશા વિરુદ્ધ હોય છે. (જુઓ આકૃતિ). ન્યૂટ્રીનો અવકાશમાં ડાબા હાથના સ્ક્રૂના અને પ્રતિન્યૂટ્રીનો જમણા હાથના સ્ક્રૂના નિયમ પ્રમાણે ગતિ કરે છે.

1956માં એવું ધારવામાં આવતું હતું કે ન્યૂટ્રીનો વામાવર્તી (left handed) અથવા દક્ષિણાવર્તી (right handed) હોઈ શકે છે. તેનો નિહિતાર્થ એ થયો કે તેમની વચ્ચે ભેદ પાડવો શક્ય નથી. પ્રચક્રણની દિશાથી તેમની વચ્ચે ભેદ પડે છે. આ ધારણનાં મૂળ લીબનીઝ, ન્યૂટન અને તેમના સમકાલીનો સુધી પહોંચે છે. તેમની દલીલ આ પ્રમાણે છે. કોઈ પણ પદાર્થ કે ભૌતિક પ્રક્રિયાનું સીધેસીધું કે અરીસામાં અવલોકન કરવામાં આવે તો તેમની વચ્ચે નોંધી શકાય તેવો કોઈ ફેરફાર જોવા મળતો નથી. પદાર્થ કે પ્રક્રિયાનું સીધેસીધું અવલોકન છે કે પછી પરાવર્તનનું છે તે કહી શકાતું નથી. ભૌતિક વાસ્તવિકતા તરીકે ભેદ સમજણને આધીન અથવા અર્થહીન હોવો જોઈએ. પ્રત્યક્ષ અને પરાવર્તનથી મળતા પ્રતિબિંબનો તફાવત ડાબા-જમણાની અદલાબદલી છે. આથી બધા જ પદાર્થો અને પ્રક્રિયાઓ વચ્ચે ડાબા-જમણાના વિનિમય માટે એકસરખી સંભાવના ધરાવે છે.

આ સિદ્ધાંત પ્રબળ અને વિદ્યુતચુંબકીય આંતરક્રિયાઓ માટે પ્રાયોગિક રીતે સાચો છે. 1956 સુધી ન્યૂટ્રીનોને તે લાગુ પાડવામાં આવેલ નહિ. તે વર્ષે જાપાની ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ ટી. ડી. લી અને સી. એન. યંગે સૂચન કર્યું કે ન્યૂટ્રીનો અને પ્રતિન્યૂટ્રીનોને જુદી જુદી handedness હોય તો કેટલીક સૈદ્ધાંતિક સમસ્યાઓ હલ થાય. ત્યાર પછી પ્રાયોગિક રીતે એકીઅવાજે સ્વીકારાયું કે ન્યૂટ્રીનો અને પ્રતિન્યૂટ્રીનોને જુદાં પાડી શકાય છે અને તે વામાવર્તી અને દક્ષિણાવર્તી પ્રચક્રણ ધરાવે છે.

લેપ્ટૉન પરિવારના બીજા બે સભ્યો છે. મ્યૂયૉન (μ) તેનો સાથી ન્યૂટ્રીનો (υ_μ); જે ધન વિદ્યુતભારિત(π⁺)ના ક્ષયથી મળે છે.

પાયૉનના ક્ષયથી મળતા ન્યૂટ્રીનો બીટાક્ષયથી મળતા ન્યૂટ્રીનોથી જુદા જ હોય છે. આ બે પ્રકારના ન્યૂટ્રીનોનું અસ્તિત્વ 1962માં સ્થાપિત થયું. મ્યૂયૉનનો ક્ષય નીચે પ્રમાણે થાય છે.

મ્યૂયૉનનો ક્ષય સામાન્ય રીતે ધીમેથી થાય છે. બીજા લેપ્ટૉનની જેમ તે પ્રબળ આંતરક્રિયા કરતો નથી. દ્રવ્યમાં તે સારા એવા અંતર સુધી ભેદન કરી શકે છે. સમુદ્રની સપાટીએથી વધુ ઊંચાઈએ મળતાં બ્રહ્માંડકિરણોમાં ગૌણ કણો તરીકે ઘણા બધા મ્યૂયૉન માટે છે. મ્યૂયૉનનો જીવનકાળ વધુ હોય છે.

લેપ્ટૉનનો બીજો સભ્ય ટાઉ (τ) મેસૉન છે, જે તાજેતરમાં શોધાયો છે અને ન્યૂટ્રીનો તેના સાથી તરીકે હોય છે.

લેપ્ટૉન પરિવારના સભ્યોની લાક્ષણિકતાઓ નીચેની સારણીમાં દર્શાવવામાં આવી છે.

પ્રહલાદ છ. પટેલ