வலிய இடைவினை

துகள் இயற்பியலில் வலிய இடைவினை என்பது, இயற்கையின் நான்கு அடைப்படை இடைவினைகளுள் ஒன்று. ஏனைய மூன்றும் மின்காந்தம், வலிகுறை இடைவினை, ஈர்ப்பு என்பனவாகும். வலிய இடைவினையை, வலிய விசை, வலிய அணுக்கரு விசை, குவார்க்கிடை விசை போன்ற பெயர்களாலும் அழைப்பர். அணுவின் அளவு மட்டத்தில் வலிய இடைவினை, மின்காந்த விசையிலும் 100 மடங்கு வலுவானது. மின்காந்த விசை, வலிகுறை இடைவினையிலும் வலுவானது. ஈர்ப்பு விசையே ஏனைய மூன்றிலும் வலுக் குறைந்தது. 10−15 மீ (பெம்டோமீட்டர்]]) நெடுக்கத்தில், வலிய விசை மின்காந்த விசையை விட ஏறக்குறைய 137 மடங்கு வலிமை உடையதாகும்; வலிகுறை இடைவினையை விட மில்லியன் மடங்கு வலிமை கொண்டதாகும்; ஈர்ப்பை விட 1038 மடங்கு பெரியதாகும். இடைவினையின் சார்பு வலிமை இடையில் நிலவும் தொலைவைப் பொறுத்தமைகிறது. எடுத்துகாட்டாக, மேட் சுட்டிராசிலர் கட்டுரையான, "அறிந்த விசைகளின் வலிமை" என்பதைக் காணலாம்.வல்விசை குவார்க்குகளை இணைத்து முதன்மி, நொதுமி போன்ற வன்மிகளை (இருகுவார்க்குகளை) சிறைப்படுத்துவதால் இது இயல்பான பொருண்மத்தைப் பிணிக்கிறது. அதோடு கூட, வல்விசை நொதுமிகளையும் முதன்மிகளையும் பிணித்து அணுக்கருவை உருவாக்குகிறது. பொதுவாஅ முதன்மி அல்லது நொதுமியின் பொருண்மை-ஆற்றல் சமன், வல்விசைப் புல ஆற்றலில் இருந்து விளைகிறது அல்லது கிடைக்கிறது; முதன்மியின் பொருண்மையில் தனிக்குவார்க்குகள்  1%  பங்களிப்பையே தருகின்றன.

வலிய இடைவினையை இரண்டு நெடுக்கங்களில் கவனிக்க முடியும். பெரிய அளவு மட்டத்தில் (1 முதல் 3 பெம்டோமீட்டர் (பெமீ)) வரை, இவ்விசையே புரோட்டான்களையும் (முதன்மிகளையும்) நியூட்ரான்களையும் (நொதுமிகளையும்) இணைத்து அணுக்கருவை உருவாக்குகிறது. சிறிய அளவு மட்டத்தில் (0.8 பெமீ இலும் குறைவான அணுக்கருவன் ஆர மட்டத்தில்) இந்த விசையே குவார்க்குகளை இணைத்து புரோட்டான்கள் (முதன்மிகள்), நியூட்ரான்கள் (நொதுமிகள்), மற்ற ஆட்ரான்கள் (வன்மிகள்) போன்றவற்றை உருவாக்குகிறது. பிந்தைய நிலையில் இது வண்ண விசை எனப்படுகிறது.வல்விசை மிகவும் உயர்வலிமையைப் பெற்றிருப்பதால், இதனால் பிணிக்கப்படும் வன்மிகள் மேலும் புதிய உயர்பொருண்மைத் துகள்களை உருவாக்குகிறது. எனவே, உயராற்றல் துகள்களால் வன்மிகளை மொத்தும்போது கட்டற்ற நகர்கதிர்வீச்சுகளான பசையன்கள் உமிழப்படாமல்,  புதிய வன்மிகளே உருவாகின்றன. வல்விசையின் இந்த இயல்பு வண்ணச்சிறைப்பு எனப்படுகிறது. இதுவல்விசையின் கட்டற்ற உமிழ்வைத் தவிர்க்கிறது. மாறாக, நடைமுறையில், உயர்பொருண்மைத் துகள்களின் தரைகள் பொழிகின்றன.

முதன்மிகளையும், நொதுமிகளையும் இணைத்து அணுக்கருவை உருவாக்கும்போது, வலிய இடைவினை, அணுக்கரு விசை எனப் பெயர் பெறுகிறது.இந்நேர்வில், முதன்மிகளையும் நொதுமிகளையும் குவார்க்குகளின் இடையில் நிகழும் எச்ச வல்விசையே உருவாக்கும். இந்நிலையில், அதாவது அணுக்கருவன்களுக்கு இடையில் வன்மிகளைப் பிணிக்கும்போது, அவற்றிடையே எச்ச வல்விசை முற்றிலும் வேறுபட்ட தொலைவு சார்ந்த நடத்தையைப் பின்பற்றுகிறது. அணுக்கரு பிளவுறும்போது வெளியிடப்படும் பகுதி பிணைப்பு ஆற்றல் எச்ச வல்விசையைச் சார்ந்ததே ஆகும். இந்தப் பிளவு ஆற்றல் அணுமின் திறனாக்கத்திலும் அணுக்கருப் படைக்கலங்களிலும்  பயன்படுகிறது .on Binding energy: see Binding Energy, Mass Defect, Furry Elephant physics educational site, retr 2012 7 1on Binding energy: see Chapter 4 NUCLEAR PROCESSES, THE STRONG FORCE, M. Ragheb 1/27/2012, University of Illinois

வலிய இடைவினை குவார்க்குகளிடையில் செயல்படும் பொருண்மையற்ற துகள்களாகிய பசையன்கள், எதிர்த்துகள்கள், பிற பசையன்களுக்கு இடையிலான பரிமாற்றத்தின்  ஊடாக நிகழ்கிறது.பசையன்கள் குவார்க்குகளுடனும் பிற பசையன்களுடனும் வண்ண ஊட்டம் எனும் ஒருவகை ஊட்ட்த்தினூடாக இடைவினை புரிகின்றன. வண்ண ஊட்டமும் மின்காந்த ஊட்டங்களைப் போன்றதே. ஆனால், அது ஒன்றாக இல்லாமல், (+/− சிவப்பு, +/− பச்சை, +/− நீலம்) என மூன்று வகைகளாக அமைகிறது. இவை முற்றிலும் வேறுபட்ட விசையை வேறுபட்ட நட்த்தை விதிகளுடன் விளைவிக்கின்றன. இந்த விதிகள். குவார்க்கு-பசையன் இடைவினைகளின் கோட்பாடான குவைய வண்ண இயங்கியலில் விவரிக்கப்படுகின்றன (QCD).

பெரு வெடிப்புக்குப் பின்னரான புடவியின் மின்மெலிவு ஊழியின்போது, மின்மெல் விசை வல்விசையில் இருந்து தனியாகப் பிரிந்தது. இதை விளக்கும் பேரொருங்கிணைப்புக் கோட்பாடு நிலவியதாக கருதுகோள் வாஇக்கப்பட்டாலும், இதுவரையில் வெற்றிகரமாக உருவாக்கப்படவில்லை. இந்த ஒருங்கிணைப்பு இயற்பியலின் தீர்வெட்டாத நிலையிலேயே இன்னமும் உள்ளது.

வரலாறு

இயற்பியலாளர்கள் 1970 களுக்கு முன்பு எப்படி அணுக்கரு ஒன்றாக பிணிந்துள்ளது என உறுதியாக கூறவியலாமல் இருந்தனர். அணுக்கருவில் முதன்மிகளும் நொதுமிகளும் உள்ளதையும் முதன்மிகள்  நேர்மின்னூட்டத்துடனும் நொதுமிகள் மின்னூட்டம் ஏதும் இன்றியும் அமைவதை அறிந்திருந்தனர். அன்றைய இயற்பியலின் புரிதலின்படி நேர்மின்னூட்டங்கள் ஒன்றையொன்று விலக்கும். எனவே. நேர்மின்னூட்டம் உடைய முதன்மிகள் அணுக்கருவைப் பிய்த்துப் பறாகாவிடவேண்டும். என்றாலும் அப்படி ஏதும் நேர்வதில்லை. இந்த நிகழ்வை விளக்க புதிய இயற்பியல் தேவைப்பட்டது.

முதன்மிகளின் மின்காந்த விலக்கத்தையும் மீறி அணுக்கருவின் கட்டுறும் தன்மையை விளக்க வலிய இடைவினை அல்லது வல் ஈர்ப்பு விசை எடுகோளாகக் கருதப்பட்டது. இந்த கருதுகோள் விசை வல்விசை எனப்பட்டது. இது ஓர் அடிப்படை விசையாகவும் கொள்ளப்பட்டது. இது முதன்மிகள் மீதும் நொதுமிகள் மீதும் செயற்பட்டு நிலைத்த அணுக்கருவை உருவாக்குகின்றன.

பிறகு முதன்மிகளும் நொதுமிகளும் அடிப்படைத் துகள்கள் அல்ல என்பதும் இவை குவார்க்குகல் எனும் அடிப்படைத் துகள்களால் ஆனவை என்பதும் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. அணுக்கருவன்களுக்கு இடையில் உள்ள வலிய ஈர்ப்பு, குவார்க்குகளை முதன்மிகளாகவும் நொதுமிகளாகவும் பிணிக்கும் மேலும் அடிப்படை விசையின் பக்கவிளைவே ஆகும். குவைய மின் இயங்கியல் கோட்பாடு குவார்க்குகள் வண்ண ஊட்டங்களைக் கொண்டுள்ளன என்பதை விளக்குகிறது. ஆனால் இது கட்புல நிறத்தோடு எவ்வகையிலும் தொடர்புடையதல்ல. ஒத்தமையாத வண்ண ஊட்டமுள்ள குவார்க்குகள் வலிய இடைவினையால் ஈர்க்கின்றன. இதை நிகழ்த்தும் ஊடகமாக பசையன் எனும் துகள் அமைகிறது.

விவரங்கள்

இது இயற்கை விசைகள் நான்கில் மற்ற மூன்றைவிட மிகவும் வலிமை வாய்ந்தது என்பதால் வலிய எனும் சொல் பயன்படுகிறது. 10−15 மீட்டர் (பெம்டோமீட்டர்) அல்லது அதற்கும் குறைந்த தொலைவில், வலிய இடைவினையின் வலிமை மின்காந்த விசையை விட 137 மடங்கு பெரியதாகும்;மெல்விசையை விட 106 மடங்கு பெரியதாகும்; ஈர்ப்பை விட 1038 மடங்கு பெரியதாகும்.

வல்விசை நடத்தை

துகள் இயற்பியலின் செந்தரப் படிமத்தின் ஒரு பகுதியாக வல்விசையைக் குவைய வண்ண இயங்கியல் விவரிக்கிறது. கணிதவியலாக, குவஇ (QCD) அபெலியன் அல்லாத கடிகைக் கோட்பாடு. இது SU(3) எனும் களக்குழுவைச் சார்ந்த்தாகும்.

குவார்க்குகளும் பசையன்களும் அழியாத வண்ண ஊட்டம் சுமக்குமடிப்படைத் துகள்களாகும். எனவே இவை தம்முள் மட்டுமே ஒன்றுக்கொன்று வலிய இடைவினைகளில் பங்கேற்கின்றன. வல்விசை என்பது பிற குவார்க்குகளுடனும் பசையன் துகள்களுடனும் பசையன் புரியும் இடைவினையின் வெளிப்பாடாகும்.

அனைத்து குவார்க்குகளும் பசையன்களும் குவைய வண்ண இயங்கியலில் ஒன்றோடொன்று வல்விசையூடாக இடைவினை புரிகின்றன. இந்நிலையில், இடைவினையின் வலிமை வல்பிணிப்பு மாறிலியால் அளபுருவாகிறது. இந்த வலிமை துகளின் கடிகை வண்ண ஊட்டத்தால் மாற்றப்படுகிறது. கடிகை வண்ண ஊட்டம் என்பது ஒரு குலக் கோட்பாட்டு இயல்பாகும்.

வல்விசை குவார்க்குகளுக்கு இடையில் செயல்படுகிறது. ஏனைய மூன்று விசைகளைப் போல்லாமல் (மின்காந்த மெல், ஈர்ப்பு விசைகளைப் போலல்லாமல்), வல்விசை குவார்க்கு இணைகளுக்கு இடையில் உள்ள தொலைவைப் பொறுத்து வலிமை குன்றுவதில்லை.  ஒரு வரம்பு தொலைவுக்கு அப்பால், அதவது வன்மியின் உருவளவுக்கு அப்பால், இது 10,000 நியூட்டன்கள் வலிமையுடன் குவார்க்குகளுக்கு இடையிலான தொலைவு எத்துணை கூடினாலும் மாறாமல் இருக்கிறது.Fritzsch, op. cite, p. 164. The author states that the force between differently colored quarks remains constant at any distance after they travel only a tiny distance from each other, and is equal to that need to raise one ton, which is 1000 kg x 9.8 m/s^2 = ~10,000 N.

எச்ச வல்விசை

வல்விசையின் எச்ச விளைவு அணுக்கரு விசை எனப்படுகிறது. அணுக்கரு விசை இடைமிகள், அடர்மிகள் ஆகிய வன்மிகளுக்கிடையில் செயல்படுகிறது. மரைமுகமாகச் செயல்படும் இந்த எச்ச வல்விசை,பசையன்களைச் செலுத்தி மெய்நிகர் பையான்களின், உரோ இடைமிகளின், ஒரு பகுதியாக்குகிறது. இவை மீண்டும் அணுக்கருவன்களுக்கு இடையிலான விசையைச் செலுத்தி அணுக்கருவை ஒன்றாகக் கட்டிப் பிணிக்கிறது.

எச்ச வல்விசை என்பது குவார்க்குகளை முதன்மிகளாகவும் நொதுமிகளாகவும் கட்டிப் பிடிக்கும் வல்விசையின் சிறிய எச்சமே ஆகும். இந்த விசை முதன்முகளுக்கும் நொதுமிகளுக்கும் இடையில் மேலும் மெலிவாகிறது. ஏன்னில், இது நொதுமலான அணுக்களில் மின்காந்த விசைகள் நொதுமலாவதைப் போலவே தமக்கிடையில் நொதுமல் அடைகிறதால் தான் எனலாம். அணுக்கருக்களோடு மின்னன்களைப் பிணித்து அணுக்களை உருவாக்கும்  வாந்தெர்வால் விசைகள் மின்காந்த விசைகளைவிட மிக மெலிந்தனவாகும்.

வல்விசையைப் போன்றல்லாமல், எச்ச வல்விசை தொலைவைப் பொறுத்து வலிமையில் குன்றுகிறது. உண்மையில் இது தொலைவைப் பொறுத்து மிக வேகமாக்க் குறைகிறது. இந்தக் குன்றல் தொலைவின் எதிர்ப்படி வீதத்தில் அமைகிறது. என்றாலும் இந்தக் குன்றலுக்கான எளிய கோவை இன்னமும் காணப்படவில்லை.வல்விசையைப் போன்றல்லாமல், எச்ச வல்விசை தொலைவைப் பொறுத்து வலிமையில் குன்றுகிறது. உண்மையில் இது தொலைவைப் பொறுத்து மிக வேகமாக்க் குறைகிறது. இந்தக் குன்றல் தொலைவின் எதிர்ப்படி வீதத்தில் அமைகிறது. என்றாலும் இந்தக் குன்றலுக்கான எளிய கோவை இன்னமும் காணப்படவில்லை. அணுக்கருவுக்குள் தொலைவைச் சார்ந்து மிக வேகமாகக் குறையும் இந்த எச்ச ஈர்ப்பு விசையும் இதைவிட குறைந்த வேகத்தில் குறையும் மின்காந்த விலக்கு விசையும் சேர்ந்து 82 அணுநிறைக்கும் மேலான உயர்எடைத் தனிமங்களின் அணுக்கருவின், அதாவது ஈயத்துக்கு அப்பால் உள்ள தனிமங்களின் அணுக்கருவின் நிலைப்பைக் குன்றச் செய்கின்றன.

மேற்கோள்கள்

மேலும் படிக்க

வெளி இணைப்புகள்

பகுப்பு:இயற்பியல்
பகுப்பு:இயற்பியல் கோட்பாடுகள்