11.7.00- පදාර්ථයේ මූලික සංඝටක හා ඒවායේ අන්තර්ක්‍රියා

0
759

අංශු භෞතික විද්‍යාව  

  • අංශු භෞතික විද්‍යාව යනු විශ්වය තැනී ඇති මූලික අංශු(fundamental particles) හා ඒවා අතර සිදුවන අන්තර්ක්‍රියා(Interaction) පිළිබද අධ්‍යනයයි.
  • විෂ්වය තැනී ඇත්තේ මූලික තැනුම් ඒකක(fundamental building blocks) එක්වීමෙනි.
  • මෙම මූලික තැනුම් ඒකක ඉතා කුඩා වන අතර තව දුරටත් බෙදා වෙන්කර දැක්විය නොහැක.

පදාර්ථයේ ව්‍යුහය හදෑරීම සදහා වන පර්‍යේෂණාත්මක යොමුවීම

අතීතයේ විසූ ග්‍රීක චින්තකයකු වන Empedocles විසින් විශ්වය මූලික කොටස් හතරකට බෙදා දක්වන ලදී.

  • ගින්දර(Fire)
  • වායු(Air)
  • පොළව/භූමිය(Earth)
  • ජලය(Water)

පරමාණුව(Atom)

  • පරමාණුව යන වචනය ක්‍රිස්තු පූර්ව 7 වන සියවසේ විසූ ග්‍රීක දාර්ශනිකයන් දෙපලක් වන Leucippus හා Democritus විසින් ඉදිරිපත් කරන ලදී.මෙම ඉදිරිපත් කරන ලදී.මෙම ඉදිරිපත් කිරීම දාර්ශනික හා දේව ධර්ම පදනම් කර සිදු කරන ලදී.මෙහි විද්‍යාත්මක පදනමක් නොතිබිණ.

ජේ.ජේ.තොම්සන්ගේ ප්ලම් පුඩිම් ආකෘතිය J.J.Thompson’s “Plum pudding” Model

  • ජේ.ජේ.තොම්සන් විසින් 1897 වසරේදී ඉලෙක්ට්‍රෝනය(Electron) සොයා ගැනීමත් සමග පරමාණුව යනු තවදුරටත් මූලික අංශුවක් නොවන බව තහවුරු විය.
  • මෙම සොයාගැනීමත් සමගම පරමාණුව සදහා “ප්ලම් පුඩිම් ආකෘතිය(plum Pudding Model)” තොම්සන් විසින් ඉදිරිපත් කරන ලදී.

ප්ලම් පුඩිම් ආකෘතිය”  “Plum pudding model”

  • ඉලෙක්ට්‍රෝන යනු ඉතා කුඩා ඍණ ආරෝපිත අංශු විශේෂයකි. මෙහි ඍණ ආරෝපිත අංශු, ධන ආරෝපිත මාධ්‍යක් තුල ගිලී විසිරී පවතී.
  • ධන ආරෝපිත මාධ්‍ය මගින් ඍණ ආරෝපිත අංශු තුලනය කරන බැවින් පරමාණුව උදාසීන (neutral) ආරෝපණයක් රහිතව පවතී.

රදර්ෆඩ් ගේ රන් පත් පරීක්ෂණය – Rutherford’s gold foil experiment

  • 1909 සිට 1911 දක්වා සිදු කරන ලද පරීක්ෂණ අනුව පරමාණුවක
  • න්‍යෂ්ටියක් පවතින බව තහවුරු කරන ලදි.

රන් පත් පරීක්ෂණය

  • ඉතා කුඩා රන් පත්‍රයක් හරහා ශක්තියෙන් වැඩි (high energy) ඇල්ෆා අංශු කදම්බයක් වැදීමට සලස්වන ලදි. (ඇල්ෆා අංශු ධන  ආරෝපිත අංශු විශේෂයකි.)       

රදර්ෆඩ් ගේ රන් පත් පරීක්ෂණය – Rutherford’s gold foil experiment

  • මෙම පරීක්ෂණයේ අරමුණ වූයේ පරමාණුවේ ප්ලම් පුඩිම් ආකෘතිය තුල ඉලෙක්ට්‍රෝන ව්‍යාප්තිය පිළිබද අධ්‍යනයයි.
  • ඉලෙක්ට්‍රෝන මගින් ඇල්ෆා අංශු වල ගමන් මග ඉතා සුළු ලෙස වෙනස් කිරීමක් රදර්ෆඩ් විසින් අපේක්ෂා කරන ලදි.
  • නමුත් ඇල්ෆා අංශු බොහෝමයක ගමන් මග වෙනස් නොවුන අතර රන් පත්‍රය හරගා හිස් අවකාශය ඔස්සේ විනිවිද ගමන් කරන ලද අතර ඇල්ෆා අංශු කිහිපයක් ආපසු හැරී ගමන් කර තිබුණි.

රදර්ෆඩ් ගේ රන් පත් පරීක්ෂණය – Rutherford’s gold foil experiment

රදර්ෆඩ් ගේ රන් පත් පරීක්ෂණය – Rutherford’s gold foil experiment

  • ඒ අනුව තොම්සන්ගේ ආකෘතිය ප්‍රතික්ෂේප වුන අතර රදර්ෆඩ් විසින් නව අකෘතියක් ඉදිරිපත් කරන ලදි.
  • පරමාණුව හිස් අවකාශකින් සමන්විත වන අතර ධන ආරෝපණ සියල්ල කුඩා පරිමාවකින් යුත් මධ්‍යයට කේන්ද්‍ර වන අතර, ඉලෙක්ට්‍රෝන වළාවක් ලෙස වටේ පිහිටා ඇත.

න්‍යෂ්ටිය මූලික අංශුවක්ද?

  • ඉතා කුඩා දැඩි ඝනයක් ලෙස න්‍යෂ්ටි පවතින බැවින් එය මූලික අංශුවක් ලෙස සලකන ලදි.
  • නමුත්, 1932 දී ජේම්ස් චැඩ්වික් විසින් උදාසීන න්‍යුට්‍රෝනය සොයා ගැනීමත් සමග න්‍යෂ්ටිය න්‍යුට්‍රෝන හා ප්‍රෝටෝන වලින් සමන්විත බව තහවුරු විය. 

පදාර්ථයේ ව්‍යුහය හදෑරීම සදහා අධිශක්ති අංශු වල අවශ්‍යතාව

අංශු ත්වරක(Particle Accelerator)

  • ආරෝපිත අංශුවක් ප්‍රත්‍යාවර්ත විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් තුල ඉතා වේගයකියන් ත්වරණයට ලක් කරයි.එසේ ත්වරණයට ලක් වූ අංශු තවත් අංශු සමග ගැටීමට සලස්වා විවිධ පරීක්ෂණ සදහා යොදා ගනියි.

රේඛීය අංශු ත්වරක – Liner accelerator(LINAC)

  • ශරීරයේ අභ්‍යන්තරයේ ඇති පිළිකා වලට ප්‍රතිකාර කිරීම සදහා යොදා ගනී.පිළිකාව ඇති ස්ථානයට අධ් ශක්ති X කිරණ හෝ ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්බයක් මුදා හැරීම මගින් පිළිකා සෛල පමණක් විනාශ කරයි.

සයික්ලෝට්‍රෝනය (Cyclotron)

  • මෙය D හැඩැති ඉලෙක්ට්‍රෝඩ දෙකකින් ප්‍රත්‍යාවර්ථ විද්‍යුත් ධාරාවකින් යුතු වේ.
  • ආරෝපිත අංශුව චුම්හක ක්ෂේත්‍රය ඔස්සේ අර්ධ වක්‍රාකාර ගමන් මගක ගමන් කර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය තුලදී ත්වරණයට ලක් වේ.
  • න්‍යෂ්ටික විද්‍යාවේ දී අවශ්‍ය අධි ශක්ති කිරණ නිපදවීම, විකිරණශීලි ඖෂධ radiopharmaceuticals නිපදවීම.(PET scanner, Technetium-99m), පිළිකා ප්‍රතිකාර සදහා(Photon therapy).

අධි ශක්ති අංශු නිපදවීම සදහා අංශු ත්වරක වල අවශ්‍යතාව

  • අංශු භෞතික විද්‍යාවේ පරීක්ෂණ සදහා අති විශාල අංශු ත්වරක භාවිතා කරනු ලැබේ.
  • ස්විට්සර්ලන්තයේ පිහිටා ඇති ව්ශාල Hadron collider(LHC) ලෝකයේ දැනට ඇති නවීන හා බල සම්පන්න ත්වරකයයි.
  • මෙහි නිපදවන අධි ශක්ති අංශු භාවිතා කර මූලික අංශු පිලිබද අධ්‍යනයන් සිදු කරණු ලබයි.

අංශු ත්වරක යෙදවුම්

  • Super conductors නිපදවීම.
  • පරිඝණක තාක්ෂණයට (touch screen)
  • කර්මාන්ත ක්ෂේත්‍රයට
  • වෛද්‍ය ක්ෂේත්‍රයට

අංශු අනාවරකය (Particle detector)

  • න්‍යෂ්ටික ක්ෂය වීමකදී නිපදවන අයනීකරණයට ලක් වූ අංශූ හදුනාගැනීම, අනාවරණය කරගැනීමට හා ඒවායේ පථය පිළිබද අධ්‍යනයට අංශු අනාවරකය යොදා ගැනේ.
  • එසේම මෙම අනාවරක අංශු වල ශක්තිය මැනීමට හා ගම්‍යතාව, ආරෝපණය, කරකැවීම හා අංශු වර්ගය හදුනාගැනීම ආදිය සදහා යොදා ගනී.

අංශු අනාවරක වර්ග

  • අතීතයේ භාවිතා වූ අනාවරක – බුබුළු කුටීරය(Bubble chamber), වළා කුටීරය(Cloud chamber), ඡායාරූප පටල  
  • විකිරණ ආරක්ෂණය සදහා වූ අනාවරක – වායුමය අයනීකරණ(gaseous ionization) අනාවරක, උදිලුම්(scintillation) අනාවරකය, අර්ධසන්නායක(semiconductor) අනාවරක  
  • අංශු හා න්‍යෂ්ටික භෞතික විද්‍යාවේ දී යොදා ගන්නා අනාවරක – Solid-state detectors, Calorimeters, Neutron detectors

අංශු ත්වරකයක සදහා අනාවරක

  • අංශු ත්වරකයක් සදහා යොදා ගන්නා අනාවරක මිල අධික මෙන්ම විශාලත්වයෙන්ද වැඩි වේ.
  • මෙයට ගනිණය(counter) යැයිද භාවිතා වෙයි.එයට හේතුව මෙමගින් අංශු ගණනය කරන අතර ශක්තිය හා අයනීකරණය නිශ්චය කිරීමක් සිදු නොකරයි.
  • CREN – Large hadron colider (LHC) අනවරක
  • CMS – Compact muon solenoid
  • ATLAS – A toroidal LHC apparatus
  • ALICE – A large ion collider experiment  
  • LHCB – Large hadron collider beauty

 අන්තරීක්ෂ කිරණ(Cosmic rays)

  • පදාර්ථයේ ව්‍යුහය සෙවීම සදහා අධිශක්ති අංශු අවශ්‍යවේ.
  • අන්තරීක්ෂ කිරණ යනු පිටත අභ්‍යවකාශයේ සිට පෘතුවියට පැමිණෙන අධිශක්ති අංශූන් වේ.
  • අන්තරීක්ෂ කිරණ සොයා ගන්නා ලද්දේ 1912 Victor Hess නැමැති ඕස්ට්‍රේලියානු ජාතිකයා විසිනි.

අන්තරීක්ෂ කිරණ(Cosmic rays)      

  • අන්තරීක්ෂ කිරණ වල සං‍යුතිය දෙස බැලූ විට 89% ප්‍රෝටෝනද (හයිඩ්‍රජන් න්‍යෂ්ටිද) 10% හීලියම් න්‍යෂ්ටිද 1% බැර ලෝහ න්‍යෂ්ටිද අන්තර්ගත වේ.
  • මේවා අධි ශක්ති කිරණ වන අතර ආලෝකයේ වේගයට සමාන වේගයකින් ගමන් කරයි.
  • අන්තරීකෂ කිරණ පෘතුවිය කරා පැමිණීමේදී ඉහළ වායුගෝලයේ පරමාණුක න්‍යෂ්ටි සමග ගැටීමට ලක්වේ.

අන්තරීක්ෂ කිරණ(Cosmic rays)

  • 1947 දී එංගලන්තයේදී Bristol විශ්වවිද්‍යාලයේ පරීයේක්ෂකයින් විසින් PIONS සොයා ගන්නා ලදි.
  • එහිදී PIONS ප්‍රධාන වශයෙන් නැමැති අරෝපිත ඉතා කුඩා අධි ශක්ති අංශූන් නිපදවේ.
  • PIONS – π+ , π, π
  • PIONS ක්ෂනිකවම ක්ෂය වීම සිදු වේ.

අන්තරීක්ෂ කිරණ(Cosmic rays)

  • අරෝපිතPIONS (π+ , π−) MUON හා MUON NEUTRINO(ν μ) නැමැති තවත් අංශු විශේෂයකට හා උදාසීන PIONS (π0) ගැමා කිරණ බවට පත් වෙයි.
  •  Muon – 
  • MUON, PIONS මෙන් පදාර්ථ සමග වේගයෙන් ගැටීම් ඇතිකර නොගන්නා අතර වායුගෝලය හරහා ගමන් කර පොළොව තුලට විනිවිද යයි.
  • MUON අංශු, ඉතා ගැඹුරු ජලාශ තූල හා ගැඹුරු පොළොව යට ද අනවරණය කර ඇති අතර ස්වාභාවික පසුබිම් විකිරණයට ප්‍රධානව දායක වේ.

කෘතිම PIONS නිපදවීම

  • 1948 වර්ෂයේදී ඉයුජීන් ගර්ඩ්නර් (Eugene Gardner) හා ඔහුගේ කණ්ඩායම විසින් කැලිෆෝනියා විශ්වවිද්‍යාලයේ අංශු ත්වරකය භාවිතයෙන්  PIONS කෘතිමව නිපදවන ලදි.
  • අධික චාලක ශක්තියෙන් යුත් ඇල්ෆා අණුවක් ගැටීමට සැලැස්වීමෙන් මෙය සිදුකරන ලදි.

මූලික අංශු (Fundamental particles)

මූලික අංශු (Fundamental particles)

  • ප්‍රෝටෝන හා න්‍යුට්‍රෝන තැනී ඇත්තේ තව දුරටත් ඉතා කුඩා ක්වාක්ස් (Quarks) නැමැති අංශු විශේෂයකිනි.
  • ඒ අනුව ක්වාක්ස් හා ඉලෙක්ට්‍රෝන මූලික අංශු ලෙස සලකනු ලැබේ.
  • ක්වාක්ස් සහ අංශු ආකාර 6 ක් පවතී.අංශු ත්වරක මගින් මේවා පවතින බවට සාධක සොයාගෙන ඇත.6 වන ක්වාක් අංශුව 1995 වසරේදී fermi LAB හි අනාවරණය කර ඇත.
  • ආරෝපිත අංශු අතර ඇතිවේ.විද්‍යුත්, චුමබක ආලෝකය යන ක්ෂේත්‍ර තුල මෙම බලය පවතී.
  • සාමාන්‍ය ජීවිතයේ හමුවන වස්තු බොහෝමයක අභ්‍යන්තර ගුණ තීරණය කිරීමට වැදගත් වෙයි.
  •  පදාර්ථයක ස්වරූපය තීරණය කිරීමට වැදගත් වන අන්තර් අණුක සම්භන්ධතාව වේ.
  • පරමාණුවක න්‍යෂ්ටියට ඉලෙක්ට්‍රෝන බැදී තැබීමට මෙම බලය වැදගත් වෙයි.අසල්වැසි පරමාණු වල ඉලෙක්ට්‍රෝන අතර සිදුවන අන්තර්ක්‍රියා රසායන විද්‍යාව තුල දී සාකච්ඡාවට බදුන් කරන අතර එහිදී සිදුවන ක්‍රියාවලීන් පාලනය වන්නේ විද්‍යුත් චුම්භක බල මගිනි.
  • විද්‍යුත් චුමභක බලය, ගුරුත්වාකශන බලය ට වඩා ශක්තිමත් වේ.විශාල වස්තු වල මෙම බලය අවලංගු වී යයි.
  • Photon මගින් විද්‍යුත් චුම්භක බලය රැගෙන යයි.

ප්‍රබල බලය (Strong force)

  • උප පරමාණුක අංශු අතර ඇතිවන අතර න්‍යෂ්ටික අන්තර්ක්‍රියා සදහා බලපායී.
  • මෙම බල රැගෙන යන අංශු ග්ලුඔන් (Gluon) නම් වන අතර ක්වාක්ස් එකට බැද හෙඩ්‍රන්ස්() (ප්‍රෝටෝන,න්‍යුට්‍රෝන) ඇති කිරීමට හේතු වේ.එහි අවශිෂ්ට බලපෑමක් ලෙස පරමාණුක න්‍යෂ්ටිය ඇති කිරීමට දායක වන න්‍යෂ්ටික බලය ඇතිවේ.

දුර්වල බලය(Week force)

  • දුර්වල බලය – උප පරමාණුක අංශූ අතර ඇති වන අතර විකිරණ ශීලි ක්ෂය වීම සිදුකර න්‍යෂ්ටික විඛන්ඩණයට හේතු වේ.
  • මෙමෙ බල රැගෙන යන අංශු W හා Z බෝසෝන් (Bosons) නම් වන අතර පරමාණුවේ න්‍යෂ්ටිය මත ක්‍රියාත්මක වී විකිරණ ශීලී ක්ෂය වීමට වැදගත් වේ.
Weak interaction - YouTube

ප්‍රමිති ආකෘතිය (Standarad model)

  • ඉහත පාඩමේ විස්තර කර ඇති අනු කොටස් වලට අදාලව තවදුරටත් පාඩමේ පැහැදිලි කිරීමක් පහත යූ ටියුබ් ඇමිණුමෙන් අධ්‍යනය කරන්න.
පළමු කොටස
දෙවන කොටස

ඉදිරියේදී ප්‍රශ්න ඇතුලත් වන්නේ මෙතනටයි.

ඔබේ අදහස් හා ප්‍රශ්න ඇතුළත් කරන්න.