فوٽان

فوٽان یا نوریو (photon) روشني جي بنيادي ذرڙي، جو ھڪ قسم آھي. اھو برقناطيسي ميدان جي ھڪ مقدار ھوندو آھي جنھن ۾ روشني جي صورت ۾ برقناطيسي تابڪاري ۽ برقناطيسي طاقت کي سانڍي کڻندڙ شامل ھوندا آھن. نوریو جو غير متبدل مايو (Invariant mass) ٻڙي ھوندو آھي. اھو خالي جاء منجھ ھميشه روشني جي رفتار ۾ ھلندو آھي. نوریو جي لھر ۽ ان جي وصفن جو مقدار ھڪڙي حالت جا ٻہ الڳ پاسا ھوندا آھن، جن کي ڪنھن بہ ميڪانياتي نموني سان بيان نہ ٿو ڪري سگھجي.  نوریو جو جديد تصور ويھين صدي عيسويءَ جي شروعات ۾ البرٽ آئنسٽائن ڏنو، جنھن اھڙا تجرباتي مشاھدہ سمجھايا جيڪي روشني جي لھر جي نموني سان پيا ٺھڪن.

 نوریو جو دور
بگ بينگ (Big Bang) کان پوء 10 سيڪنڊن تائين ڪائنات نحیفو (Leptons) ۽ ضد نحیفو (Anti-leptons) (جيئن برقیو ۽ پروٽان) سان ڀرجي ويو ڇو جو ان وقت انهن کي جوڙڻ لاء توانائي گهڻي ھئي. اھي جيئن تڪڙا جڙيا انهن ھڪ ٻئي کي فنا ڪرڻ شروع ڪيو پر بگ بينگ جي ڏھن سيڪنڊن کان پوء ڪائنات تمام ٿڌي ٿي وڃڻ جي ڪري ايتري تابڪاري (Radiation) نہ ٺھي سگھي جيڪا ان وقت خلا کي ڀري جنھن سبب گهڻا نحیفا ۽ ضد نحيفا (برقیو ۽ پروٽان) ڏھن سيڪنڊن ۾ ھڪ ٻئي کي فنا ڪري چڪا ھئا پر ڪجهه نحیفا باقي بچي ويا جيڪي اڄ تائين وجود ۾ آھن. فنا ٿيندڙ برقیا ۽ پروٽان (مادو ۽ ضد مادو) وڏي توانائي وارن گاما فوٽانن ۾ تبديل ٿي ويا جيڪي 3,77,000 سالن تائين ڪائنات تي غالب رھيا. ھن دور جي شروعات ۾ ڪائنات پلازما سان ڀرجي وئي جيڪا فوٽانن، پروٽانن، نيوٽرانن، اليڪٽرانن ۽ نيوٽرينوئن (Neutrinos) مان ٺھيل ھئي. بگ بينگ وقت جوھري رچاء (Nuclear fusion) جي رونما ٿيڻ جي ڪري ڪائنات پھرين تمام گرم ٿي وئي. پروٽان ۽ نيوٽران مستقل طور تي ھڪ ٻئي کي ڌڪ ھڻندا رھيا. انهن ۾ ايتري گهڻي توانائي پيدا ٿي جو ھڪ ٻئي کي تابڪاري جي ڌماڪي سان تباھه ڪري سگهيا پئي يا ڪڏ ڏيئي سگهيا پئي پوء لڳ ڀڳ منٽ جي خاتمي تي ڪائنات ايتري ٿڌي ٿي وئي، جو ڊيوٽيرئم (ھائڊروجن جو آئسوٽوپ) ۽ ٽرائيٽيم (ھائڊروجن جو ٻيو آئسوٽوپ) ٺاھڻ لاء ۽ پوء هيليئم جي مرڪزن ۽ ليٿيئم (lithium) جي ننڍي نسبت  ۽ بيريليئم (Beryllium) جي مرڪزن ٺاھڻ لاء نيوٽران ۽ پروٽانن سان ٻڌل رچاء وجود ۾ اچي ويو. ھن مرڪزن جي ترڪيب (Nucleosynthesis) جو وقت ڪجهه منٽ ھليو ۽ انهي جي آخر ۾ گهڻا ھائڊروجن جا مرڪز ۽ ھيليم جا مرڪز تخليق ٿي ويا جيڪي ڪائنات ۾ سدائين رھندا. ان ڪائنات جي شروعات واري وقت کان ھائڊروجن ڪائنات جو سڀ کان گھڻو عنصر بڻجي ويو. بگ بينگ کان پوءِ وارن ڪجهه منٽن ۾ ئي (ڪاري مادي کي ڇڏي) سڀ عنصر ٺھي چڪا ھيا جن جو 75 سيڪڙو ھائيڊروجن، 24 سيڪڙو ھيليم ھئا ۽ باقي ٻيا ھڪ سيڪڙو ھيا جن ۾ ڪاربان، نائٽروجن، آڪسيجن پڻ شامل آھن جيڪي انساني جسم کي جوڙين ٿا. ڪجهه عنصر فوٽان دؤر کان لکين سالن بعد رچاء  (fusion) ذريعي تارن جي گهرائين ۾ جڙيا.

فوٽان دور جي وچ ۾ ھڪ ٻيو دلچسپ پڪو وقت (Time stamp) آيو. بگ بينگ کان پوء وارن 70 ھزار سالن ۾ ڪائنات ۾ تابڪاري توانائي جي گھاٽائي (Energy density) مادي جي توانائي واري گهاٽائي کان وڌيڪ ھئي جيڪا ظاھر ڪري ٿي تہ زمان (Space-time) تيزي سان پکڙجي رھيو آھي يا ايئن بہ ٿي سگھي ٿو تہ بگ بينگ کان پوءِ وارن جي 70 ھزار سالن ۾ ڪائنات ايترو وڌي وئي جو تابڪاري جي گهاٽائي مادي جي گھاٽائي کان گھٽ ٿي وئي ۽ مادو اسان جي نظام شمسي ٺھڻ تائين ڪائنات جي دور ۾ غالب ٿي داخل ٿيو ۽ لکين سالن تائين رھي آيو ان وقت تائين جڏھن ڪائنات ۾ مادي جي گهاٽائي ڪافي ھيٺ لٿي ۽ ڪاري مادي (Dark matter) ۽ ڪاري توانائي (Dark energy) جو زمان (خلائي وقت) جي ڦھلاء تي غلبو ٿيو.

فوٽان جي تشڪيل
طبعي ڪائناتي علم ۾ فوٽان ڪائنات جي ابتدائي دور جي ارتقائي مرحلي جو اھو عرصو آھي جنھن ۾ فوٽان جو ڪائنات ۾ موجود توانائي تي غلبو ھيو. بگ بينگ جي ڏھن سيڪنڊن گذرڻ کان پوء جڏھن گهڻا ليپٽان (Lepton) ۽ ضد ليپٽان (Anti lepton) ليپٽان دور (Lepton ages) کان پوء فنا ٿي ويا ھئا تہ فوٽان دور ۾ انهن جي شروعات ٿي ھئي.  <nowiki>https://m.facebook.com/groups/1896424147306334?view=permalink&id=2307237066225038 

جوھري مرڪز (Nucleus) فوٽان دور کان پھرين ڪجهه منٽن دوران نيوڪلائي ترتيب (Nuclear Synthesis) جي عمل ۾ ٺھي چڪا هئا. فوٽان دور جي باقي حصي ۾ گرم گهاٽا مرڪز، اليڪٽران ۽ پلازما (Plasma) بچي ويا ھئا. بگ بينگ جي  3,79,000 سالن گذرڻ کان پوء ڪائنات جو گرمي پد ان نقطي تي اچي ويو، جتي مرڪزا (Nuclei) اليڪٽرانن سان گڏجي وچولي جوھر (Moderation essence) کي بنائي سگهيا، نتيجي طور ان وقت فوٽان جي مادي سان رلمل ٿي نہ سگهي. ائين ڪائنات شفاف ٿي وئي ۽ ڪائناتي خورد لھرون پس منظر جي شعائون بنجي وئي ۽ جوڙجڪي روپ واقع ٿي ويو.

فوٽان جي تاريخ 

فوٽان مقداري روشني، برقي مقناطيسي تابڪاري جو ننڍڙو توانائي وارو پيڪيٽ آھي. سال 1905ع ۾ البرٽ آئن اسٽائن پنھنجو نظريو، فوٽو برقي اثر بابت آئن اسٽائن جي وضاحت  پيش ڪيو جنھن ۾ ھن روشني جي ترسيل  دوران  توانائي جي الڳ پيڪٽ جي وجود جو اظھار ڪيو. سال 1900ع کان اڳ فزڪس سان لاڳاپيل ميڪس پلانڪ (Max Planck) نظريو ڏنو تہ حرارتي تابڪاري خارج  ٿي الڳ ايڪن يا ڪوانٽا (Quanta) ۾  جذب ٿئي ٿي. سال 1923ع ۾ فزڪس جي ماھر، آرٿر ايڇ ڪامپٽن پاران "ايڪسري جي ذراتي نوعيت" (Corpuscular nature of X-rays) جي تشريح ڪرڻ کانپوء  ھي نظريو عام استعمال ۾ آيو. اصطلاح فوٽان يوناني لفظ فوٽو (Photo) تان ورتل آھي جيڪو سال 1926ع کان پوء رائج ٿي. فوٽان جي توانائي تابڪاري جي اڳاڻ (Radiation frequency) تي مدار رکي ٿي.

سڀني توانائين جا ڏسڻي توانائي ذريعي وڏ توانا گاما (High-energy gamma) ۽ ايڪس شعاعن (X-rays) کان گهٽ توانائي واري انفراريڊ (Low-energy infrared) ۽ تابڪار لھرن (Radio waves) تائين فوٽان ٿين ٿا. سڀ فوٽان روشني جي رفتار سان ھلن ٿا. ذيلي ايٽمي ذرڙن (اليڪٽرون، نيوٽران،  پروٽان) ۾ شمار ڪندي فوٽان بوسون (Bosons) آھن جن کي ڪابہ چارج ناھي نه ڪي ساڪن مايو (Rest mass) رکن ٿا ۽ ٻور (Spin) جا ايڪا آھن. اھي ميداني ذرا (Field particles) آھن جيڪا برقي مقناطيسي ميدان (Electromagnetic field) رکن ٿا.

فوٽان جي ماھيت
فزڪس ۾ فوٽان برقي مقناطيسي توانائي جو بنڊل آھي. اھو بنيادي يونٽ آھي جيڪو روشني جوڙي ٿو. فوٽان کي ڪڏھن ڪڏھن برقناطيسيت جي اڪائي (Quantum of electromagnetic) طور ڄاتو وڃي ٿو. خيال ڪيو وڃي ٿو تہ فوٽان ننڍڙن ذرڙن جا ٺھيل ناھن. اھي قدرت جا بنيادي ايڪا آھن جن کي ابتدائي ذرا سڏيو وڃي ٿو.

فوٽان برقي مقناطيسي طاقت کي کڻندڙ ٿئي ٿو. ھي ان وقت جڙيو جڏھن سج ذرڙن کي گرمي ۽ روشني ۾ تبديل ڪيو. فوٽان کي ڪڏھن بہ تباھه نٿو ڪري سگهجي. اھا تڏھن تباھه ٿي سگهن ٿا، جڏھن اها زمين مان گذري جذب ٿين ٿا. جاذبيت جي مرحلي ۾ ھڪ يا ھڪ کان وڌيڪ فوٽان جوھري ذرڙن (Nuclear particles) يا ايٽم پاران جذب ٿي سگهن ٿا ۽ بنيادي طور تي تباھه ٿي سگهن ٿا.

فوٽان تڏھن پيدا ٿئي ٿو جڏھن وچٿري کان وڌيڪ مٿي آربٽ ۾ اليڪٽران (An electron in a higher-than-normal orbit) پنھنجي وچٿري آربٽ (Normal orbit) ۾ واپس اچي ٿو. وڏي توانائي (High energy) مان وچٿري توانائي (Normal energy) ۾ اچڻ دوران اليڪٽران فوٽان کي تمام گهڻين خوبين (Specific Characteristics) سان توانائي جي پيڪٽ (A packet of energy) طور خارج ڪري ٿو.

فوٽان بنيادي طور تي برقي مقناطيسي توانائي جي اڪائي (ڪوانٽم) (A quantum of electromagnetic energy) آهي.

فوٽان ھڪ بنيادي ذرو آھي جنھن مان روشني ۽ ٻيون تمام برقي مقناطيسي شعاعون (Electromagnetic waves) ٺھن ٿيون. ڪنھن بہ توانائي جي فوٽون جي رفتار خلا ۾ روشني جي رفتار جي برابر ٿئي ٿي، جيڪا  299,792,458 ميٽر في سيڪنڊ آھي. جيڪڏھن ڪنھن فوٽان کي وڌيڪ توانائي ملي تہ ان جي اڳاڻ (Frequency) بہ وڌيڪ ٿئي ٿي جيئن ايڪسري جا فوٽان، جڏھن تہ گهٽ توانائي وارا فوٽان گهٽ اڳاڻ (Low frequency) رکن ٿا.

روشني جي ماھيت ھميشہ انسان جي سمجھه کان مٿيان رھي آھي. ويھين صدي جي آغاز تائين روشني کي لھر سمجهيو ويندو ھيو،  ڇوجو موڙي لھراڻ (Diffraction) ۽ رل مل اثر (Interference) جھڙن مشاھدن جي وضاحت ھن مفروضي سان ڪئي ويندي ھئي، پر مشڪل اها اچي رھي ھئي تہ ڪامپتن جي ڦھلجندڙ اثر (Compton scattering effect) ۽ فوٽو برقي اثر جھڙن مشاھدن جي وضاحت روشني کي لھر مڃڻ سان نہ پئي ٿي.

تمام ٻين ذرن وانگر فوٽان جي بہ سڀ کان سٺي وضاحت مقداري ميڪانيت (Quantum mechanics) سان ڪري سگهجي ٿي. مقداري ميڪانيات مطابق ھر ذري ۾ خاص ذرا موجود ٿين ٿا ان ورتاء کي، موجي-ذراتي ٻيوڙائي (wave-particle duality) چيو وڃي ٿو. ذرا جيترا ننڍا ٿين ٿا انهن جا موجي خواص ايترا ايترا ئي واضح ٿين ٿا ۽ ذرو جيترو وڏو ٿئي ٿو اوترا ان جا موجي خواص جهيڻا ٿين ٿا. اليڪٽران بہ ھڪ مقدار رکڻ وارو ذرو آھي پر واضح موجي خواص بہ رکي ٿو. موجود نظريي مطابق فوٽان پڻ اھو خواص رکي ٿو.

سمورن فوٽانن جي رفتار بلڪل برابر ٿئي ٿي جيڪي خلا ۾ 30 لک ڪلوميٽر في سيڪنڊ آھي. ھن کي عام طور تي "c" سان ظاھر ڪيو وڃي ٿو. فوٽان جي خلا ۾ رفتار نڪي وڌائي سگهجي ٿي ۽ نڪي کٽائي سگهجي ٿي.

فوٽان جيڪڏھن ساڪن آھي تہ ان جي مقدار بہ ٻڙي ٿئي ٿي يعني فوٽان جو ساڪن مايو (Rest mass) ٻڙي ٿئي ٿو. آسان لفظن ۾ فوٽان توانائي جو ذرو آھي پر مادي جو ذرو ناھي پر حرڪت ڪندڙ فوٽانن کي مقدار بہ ٿئي ٿي،  جيڪا ھن جي توانائي جي ڪري ٿئي ٿي  ڇو ته آئنسٽائن مطابق توانائي ۽ مقدار ھڪ ٻئي ۾ تبديل ٿين ٿا (E = mc2). حرڪت ڪندڙ ھر فوٽان ۾ توانائي ۽ مومينٽم ٻنهي موجود هوندا آهن. خيال رھي تہ مومينٽم لاء مايو جي مقدار (mass) ۽ حرڪت، ٻنهي جو ھجڻ ضروري آھي. ھر فوٽان اڳاڻ (Frequency) رکي ٿو. جيڪڏھن فوٽان وڌيڪ توانائي رکي ٿو تہ ان جي اڳاڻ بہ وڌيڪ ھوندي آھي. جيڪڏھن فوٽون گهٽ توانائي رکي ٿو ان جي اڳاڻ بہ گهٽ ھوندي آھي. خيال رھي تہ توانائي جي گهٽ وڌ ٿيڻ سان فوٽون جي اڳاڻ تي فرق نٿو پوي (اليڪٽران ۽ پروٽان جي ابتڙ). فوٽون جو ٻور نمبر (.Spin No) ھڪ ٿئي ٿو ۽ ھي بوسون خاندان سان تعلق رکي ٿو ان جي برعڪس فرميون (Fermion) جو ٻور نمبر، اڌ، ڏيڍ ۽ اڍائي ٿئي ٿو.

ڪئارڪ (Quark) جا 36 قسم ٿين ٿا پر فوٽان جي ھڪ قسم ٿئي ٿو. ان ڪري حرڪت ٻن قسمن جي ڪارڻ ڪري ٿو جنھن جي ڪري روشني جي تقطيب (Polarisation) بہ ٻن قسمن جي ٿئي ٿي. اسٽينڊرڊ ماڊل مطابق فوٽان ۽ گلون (Gluon) بغير مايي جي (Mass less) آھن.

فوٽان جو ڪم
فوٽان برقناطيسي ميدان (Electromagnetic field) جي ھيجان انگيزي (Excitation) آھي. ھن جو بنيادي وجود صرف برقي مقناطيسي ميدان (Magnetic field) ۾ هوندو آهي، جيڪا اسان ميڪسويل جي مساوات (Maxwell Eqation) تان وٺون ٿا. ڪوانٽائيزيشن (Quantisation) جو سڌو سنئون نتيجو ھي ٿئي ٿو تہ ڪنھن بہ اڳاڻ (Frequency) ۾ فيلڊ جي توانائي مرحلي وار وڌنڌي يا گهٽجندي آھي. ھي ھيجان انگيزي ئي فوٽان سڏرائي ٿي. ڪا به شي جيڪا فوٽان کي خارج ڪري ٿي، اصل ۾ برقناطيسي زمين ۾ ھيجان انگيزي پيدا ٿئي ٿي. ھن ھيجان انگيزي جي اھم خصوصيتن ۾ توانائي ۽ حرڪت شامل آھن. مساوات اسان کي ٻڌائي ٿي تہ ڪھڙي طرح ھي ھيجان انگيزي پکڙجي ٿي. ھي اھو بہ ٻڌائي ٿي تہ ان جو مختلف جڳھن تي مشاھدو ڪرڻ لاء ڪھڙا امڪان ٿين ٿا. آخر ۾ اسان فوٽان جو مشاھدو ڪريون ٿا، ان جو مطلب هي ٿيو ته اسان ميدان (Field) مان فوٽان کي ڪشيد ڪريون ٿا. 

هن مساوات ۾ فوٽان کي توپ جي گولي وانگر سمجهايو ويو آھي جيڪو تصوير ۾ ڏسي سگهجي ٿو تہ ڇو فوٽان توپ جي گولي وانگر ٿئي ٿو.
پڻ ڏسو
:باب:طبعيات
 توانائي جو مقدار
 ڊيراڪ جي مساوات
 آئن اسٽائن جي مساوات 
 ڦوٽو اليڪٽرڪ اثر
 ڪامپٽن اثر 
 ڊاپلر اثر 
 فوٽون دور 
 فوٽونڪس
 روشني جي تبدل واري رفتار

نوٽ
پارٽيڪل فزڪس ۾، هڪ بوزون (boson) هڪ ذيلي ائٽمي ذرڙو آهي جنهن جو اسپن ڪوانٽم نمبر هڪ عددي قدر (0, 1, 2, ...) آهي. بوزون ذيلي ائٽمي ذرڙن جي ٻن بنيادي طبقن مان ھڪڙو ٺھي ٿو، ٻيو فرميون (firmion) آھي، جنھن ۾ بي مثال اڌ انٽيجر اسپن (1⁄2, 3⁄2, 5⁄2, ...) ھوندا آھن.

ٻاهريان ڳنڍڻا 



زمرو:فوٽان
زمرو:ڪيميائي اصطلاحون
زمرو:طبيعيات جي اصطلاحون
زمرو:برقناطيسيت
زمرو:بصريات
زمرو:ميڪانيات
Category:Bosons
Category:Gauge bosons
Category:Elementary particles
Category:Electromagnetism
Category:Optics
Category:Quantum electrodynamics
Category:Photons
Category:Force carriers
Category:Subatomic particles with spin 1

حوالا

زمرو:بصريات
زمرو:برقناطيسيت
زمرو:جديد طبیعیات
زمرو:ڪوانٽم میڪینڪس