गोंद का गोला

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कण भौतिकी में, एक ग्लूबॉल (ग्लूओनियम, ग्लूऑन-बॉल भी) एक काल्पनिक मिश्रित उपपरमाण्विक कण है।[1] इसमें वैलेंस क्वार्क के बिना, केवल ग्लूऑन कण होते हैं। ऐसी स्थिति संभव है क्योंकि ग्लूऑन में रंग आवेश होता है और वे आपस में मजबूत अंतःक्रिया का अनुभव करते हैं। कण त्वरक में ग्लूबॉल की पहचान करना बेहद मुश्किल है, क्योंकि वे सामान्य मेसन राज्यों के साथ जितना कि सुपरइम्पोज़िशन करते हैं।[2] शुद्ध गेज सिद्धांत में, ग्लूबॉल स्पेक्ट्रम की एकमात्र अवस्थाएं हैं और उनमें से कुछ स्थिर हैं।[3] सैद्धांतिक गणना से पता चलता है कि ग्लूबॉल को वर्तमान कोलाइडर तकनीक के साथ पहुंच योग्य ऊर्जा सीमा पर मौजूद होना चाहिए। हालाँकि, उपरोक्त कठिनाई (दूसरों के बीच) के कारण, उन्हें अब तक निश्चित रूप से देखा और पहचाना नहीं जा सका है,[4] यद्यपि घटनात्मक गणनाओं ने सुझाव दिया है कि प्रयोगात्मक रूप से पहचाने गए ग्लूबॉल उम्मीदवार को दर्शाया गया है , मानक मॉडल ग्लूबॉल से अपेक्षित गुणों के अनुरूप है।[5] यह भविष्यवाणी कि गोंद के गोले मौजूद हैं, कण भौतिकी के मानक मॉडल की सबसे महत्वपूर्ण भविष्यवाणियों में से एक है जिसकी अभी तक प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि नहीं की गई है।[6] ग्लूबॉल एकमात्र ऐसे कण हैं जिनकी मानक मॉडल द्वारा कुल कोणीय गति (जे) (कभी-कभी आंतरिक स्पिन कहा जाता है) के साथ भविष्यवाणी की जाती है जो कि उनकी जमीनी अवस्था में 2 या 3 हो सकते हैं।

प्रायोगिक साक्ष्य की घोषणा 2021 में एलएचसी में टीओटीईएम सहयोग द्वारा फ़र्मिलाब में पूर्व टेवाट्रॉन कोलाइडर में डीओ सहयोग के सहयोग से ओडेरॉन (विषम सी समता | सी-समता के साथ एक मिश्रित ग्लूओनिक कण) विनिमय की घोषणा की गई थी। क्वार्कलेस थ्री-ग्लूऑन वेक्टर ग्लूबॉल से जुड़े इस एक्सचेंज की पहचान प्रोटॉन-प्रोटॉन और प्रोटॉन-एंटीप्रोटॉन स्कैटरिंग की तुलना में की गई थी।[7][8][9]


गुण

सिद्धांत रूप में, ग्लूबॉल के सभी गुणों की सटीक गणना करना और बिना किसी प्रायोगिक इनपुट के क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (क्यूसीडी) के समीकरणों और मौलिक भौतिक स्थिरांक से सीधे प्राप्त करना सैद्धांतिक रूप से संभव है। इसलिए, इन काल्पनिक कणों के अनुमानित गुणों को केवल मानक मॉडल भौतिकी का उपयोग करके उत्कृष्ट विवरण में वर्णित किया जा सकता है, जिसे सैद्धांतिक भौतिकी साहित्य में व्यापक स्वीकृति प्राप्त है। लेकिन, कुछ प्रासंगिक प्रमुख भौतिक स्थिरांकों की माप में काफी अनिश्चितता है, और क्यूसीडी गणना इतनी कठिन है कि इन समीकरणों के समाधान लगभग हमेशा संख्यात्मक अनुमान (कई अलग-अलग तरीकों का उपयोग करके गणना) होते हैं। इससे ग्लूबॉल गुणों की सैद्धांतिक भविष्यवाणियों में भिन्नता हो सकती है, जैसे ग्लूबॉल क्षय में द्रव्यमान और शाखा अनुपात।

घटक कण और रंग आवेश

ग्लूबॉल के सैद्धांतिक अध्ययन में दो ग्लूऑन या तीन ग्लूऑन से बने ग्लूबॉल पर ध्यान केंद्रित किया गया है, मेसॉन और बेरिऑन के अनुरूप, जिनमें क्रमशः दो और तीन क्वार्क होते हैं। मेसॉन और बेरियन के मामले में, ग्लूबॉल क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स रंग चार्ज तटस्थ होंगे। ग्लूबॉल की बैरियन संख्या शून्य है।

कुल कोणीय संवेग

डबल-ग्लूऑन ग्लूबॉल में कुल कोणीय गति हो सकती है J = 0 (जो या तो अदिश बोसोन या छद्म अदिश हैं) या J = 2 (स्पिन टेंसर)। ट्रिपल-ग्लूऑन ग्लूबॉल में कुल कोणीय गति हो सकती है J = 1 (वेक्टर बोसोन) या 3 (टेंसर फ़ील्ड|थर्ड-ऑर्डर टेंसर बोसोन)। सभी ग्लूबॉल में पूर्णांक कुल कोणीय गति होती है जिसका अर्थ है कि वे फरमिओन्स के बजाय बोसॉन हैं।

ग्लूबॉल एकमात्र ऐसे कण हैं जिनकी कुल कोणीय गति के साथ मानक मॉडल द्वारा भविष्यवाणी की गई है (J ) (कभी-कभी स्पिन (भौतिकी) | आंतरिक स्पिन कहा जाता है) जो कि उनकी जमीनी अवस्था में 2 या 3 हो सकता है, हालांकि मेसॉन दो क्वार्क से बने होते हैं J = 0 और J = 1 समान द्रव्यमान के साथ देखा गया है और अन्य मेसॉन की उत्तेजित अवस्थाओं में कुल कोणीय गति के ये मान हो सकते हैं।

बिजली का आवेश

सभी ग्लूबॉल में शून्य विद्युत आवेश होगा, क्योंकि ग्लूऑन में स्वयं कोई विद्युत आवेश नहीं होता है।

द्रव्यमान और समता

क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स द्वारा ग्लूबॉल के बड़े पैमाने पर होने की भविष्यवाणी की गई है, इस तथ्य के बावजूद कि ग्लूऑन में मानक मॉडल में शून्य आराम द्रव्यमान होता है। क्वांटम संख्याओं के सभी चार संभावित संयोजनों के साथ ग्लूबॉल P (समता (भौतिकी)) और C (सी समता) प्रत्येक संभावित कुल कोणीय गति के लिए विचार किया गया है, जिससे उत्तेजित ग्लूबॉल राज्यों सहित कम से कम पंद्रह संभावित ग्लूबॉल राज्य उत्पन्न होते हैं जो समान क्वांटम संख्या साझा करते हैं लेकिन हल्के राज्यों के साथ अलग-अलग द्रव्यमान होते हैं जिनका द्रव्यमान कम होता है 1.4 GeV/c2 (क्वांटम संख्याओं वाले ग्लूबॉल के लिए J = 0, P = +1, C=+1, या समकक्ष J PC = 0++), और सबसे भारी राज्य जिनका द्रव्यमान लगभग उतना ही अधिक है 5 GeV/c2 (क्वांटम संख्याओं वाले ग्लूबॉल के लिए J = 0, P = +1, C = −1, या J PC = 0+−).[4]

ये द्रव्यमान परिमाण के उसी क्रम पर हैं जैसे कई प्रयोगात्मक रूप से देखी गई मेसॉन की सूची और बैरियन की सूची के द्रव्यमान के साथ-साथ लेप्टान चार्ज, आकर्षण क्वार्क , निचला क्वार्क , कुछ हाइड्रोजन आइसोटोप और कुछ हीलियम आइसोटोप के द्रव्यमान के समान हैं।

स्थिरता और क्षय चैनल

जिस तरह प्रोटॉन को छोड़कर सभी मानक मॉडल मेसॉन और बैरियन अलगाव में अस्थिर होते हैं, मानक मॉडल द्वारा सभी ग्लूबॉल को अलगाव में अस्थिर होने की भविष्यवाणी की जाती है, विभिन्न क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स गणनाओं के साथ कुल क्षय चौड़ाई की भविष्यवाणी की जाती है (जो कार्यात्मक रूप से आधे से संबंधित है) जीवन) विभिन्न ग्लूबॉल अवस्थाओं के लिए। क्यूसीडी गणना ग्लूबॉल के अपेक्षित क्षय पैटर्न के संबंध में भी भविष्यवाणियां करती है।[10][11] उदाहरण के लिए, ग्लूबॉल में विकिरण या दो फोटॉन क्षय नहीं होंगे, लेकिन पिओन के जोड़े, खाओ के जोड़े, या और मेसन के जोड़े में क्षय होंगे।[10]


मैक्रोस्कोपिक कम ऊर्जा भौतिकी पर व्यावहारिक प्रभाव

एक ग्लूबॉल (जी) का फेनमैन आरेख जो दो पियोन में क्षय हो रहा है (
π
). इस तरह के क्षय गोंद के गोलों के अध्ययन और उनकी खोज में मदद करते हैं।[12]

क्योंकि मानक मॉडल ग्लूबॉल इतने अल्पकालिक होते हैं (लगभग तुरंत अधिक स्थिर क्षय उत्पादों में क्षय हो जाते हैं) और केवल उच्च ऊर्जा भौतिकी में उत्पन्न होते हैं, ग्लूबॉल केवल पृथ्वी पर पाई जाने वाली प्राकृतिक परिस्थितियों में कृत्रिम रूप से उत्पन्न होते हैं जिन्हें मनुष्य आसानी से देख सकते हैं। वे वैज्ञानिक रूप से उल्लेखनीय हैं क्योंकि वे मानक मॉडल की एक परीक्षण योग्य भविष्यवाणी हैं, न कि मैक्रोस्कोपिक प्रक्रियाओं, या उनके अभियांत्रिकी अनुप्रयोगों पर घटनात्मक प्रभाव के कारण।

जाली क्यूसीडी सिमुलेशन

जाली QCD सैद्धांतिक रूप से और पहले सिद्धांतों से ग्लूबॉल स्पेक्ट्रम का अध्ययन करने का एक तरीका प्रदान करता है। जाली क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स विधियों (1980 में) का उपयोग करके गणना की गई पहली मात्राओं में से कुछ ग्लूबॉल द्रव्यमान अनुमान थे।[13] मॉर्निंगस्टार और पियरडन[14] 1999 में गतिशील क्वार्क के बिना क्यूसीडी में सबसे हल्के ग्लूबॉल के द्रव्यमान की गणना की गई। तीन सबसे निचले राज्यों को नीचे सारणीबद्ध किया गया है। गतिशील क्वार्क की उपस्थिति इन आंकड़ों को थोड़ा बदल देगी, लेकिन गणना को और अधिक कठिन भी बना देगी। उस समय से क्यूसीडी (जाली और योग नियम) के भीतर गणना से पता चलता है कि सबसे हल्का ग्लूबॉल एक अदिश राशि है जिसका द्रव्यमान लगभग की सीमा में है 1000–1700 MeV/c2.[4]स्केलर और स्यूडोस्केलर ग्लूबॉल के लिए जाली की भविष्यवाणियों, उनके उत्तेजनाओं सहित, की पुष्टि यांग-मिल्स सिद्धांत में डायसन-श्विंगर/बेथ-सैलपीटर समीकरणों द्वारा की गई थी।[15]

J PC mass
0++ 1730±80 MeV/c2
2++ 2400±120 MeV/c2
0−+ 2590±130 MeV/c2


प्रायोगिक उम्मीदवार

कण त्वरक प्रयोग अक्सर अस्थिर मिश्रित कणों की पहचान करने और उन कणों को लगभग सटीकता के साथ द्रव्यमान निर्दिष्ट करने में सक्षम होते हैं 10 MeV/c2, कण की प्रतिध्वनि को तुरंत निर्दिष्ट करने में सक्षम होने के बिना, उस कण के सभी गुणों को देखा जाता है। ऐसे सैकड़ों कणों का पता लगाया गया है, हालांकि कुछ प्रयोगों में पाए गए कणों को संदिग्ध के रूप में नहीं देखा जा सकता है। कुछ उम्मीदवार कण अनुनाद जो गोंद के गोले हो सकते हैं, हालांकि सबूत निश्चित नहीं हैं, उनमें निम्नलिखित शामिल हैं:

वेक्टर, छद्म-वेक्टर, या टेंसर ग्लूबॉल उम्मीदवार

  • बाबर प्रयोग सहयोग द्वारा देखा गया एक्स(3020) एक उत्तेजित अवस्था का उम्मीदवार है J PC = 2−+, 1+− या 1−− ग्लूबॉल लगभग के द्रव्यमान के साथ स्थित है 3.02 GeV/c2.[6]


अदिश ग्लूबॉल उम्मीदवार

  • एफ0(500) को σ के रूप में भी जाना जाता है - इस कण के गुण संभवतः द्रव्यमान के गोंद के गोले के अनुरूप हैं 1000 MeV/c2 या 1500 MeV/c2.[4]* एफ0(980) - इस मिश्रित कण की संरचना एक हल्के गोंद के गोले के अस्तित्व के अनुरूप है।[4]* एफ0(1370) - इस अनुनाद का अस्तित्व विवादित है लेकिन यह ग्लूबॉल-मेसन मिश्रण राज्य के लिए एक उम्मीदवार है[4]* एफ0(1500) - इस प्रतिध्वनि का अस्तित्व निर्विवाद है लेकिन ग्लूबॉल-मेसन मिश्रण अवस्था या शुद्ध ग्लूबॉल के रूप में इसकी स्थिति अच्छी तरह से स्थापित नहीं है।[4]* एफ0(1710) - इस प्रतिध्वनि का अस्तित्व निर्विवाद है लेकिन ग्लूबॉल-मेसन मिश्रण अवस्था या शुद्ध ग्लूबॉल के रूप में इसकी स्थिति अच्छी तरह से स्थापित नहीं है।[4]


अन्य उम्मीदवार

  • एलईपी प्रयोग में ग्लूऑन जेट विद्युतचुंबकीय रूप से तटस्थ समूहों की सैद्धांतिक अपेक्षाओं से 40% अधिक दिखाते हैं, जो बताता है कि ग्लूबॉल जैसे ग्लूऑन-समृद्ध वातावरण में अपेक्षित विद्युतचुंबकीय रूप से तटस्थ कण मौजूद होने की संभावना है।[4]

इनमें से कई उम्मीदवार कम से कम अठारह वर्षों से सक्रिय जांच का विषय रहे हैं।[10]ग्लूएक्स प्रयोग को विशेष रूप से ग्लूबॉल के अधिक निश्चित प्रयोगात्मक साक्ष्य उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।[16]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. Close, Frank; Page, Phillip R. (November 1998). "गोंद के गोले". Scientific American. 279 (5): 80–85. JSTOR 26058158.
  2. Vincent Mathieu; Nikolai Kochelev; Vicente Vento (2009). "The Physics of Glueballs". International Journal of Modern Physics E. 18 (1): 1–49. arXiv:0810.4453. Bibcode:2009IJMPE..18....1M. doi:10.1142/S0218301309012124. S2CID 119229404. Glueball on arxiv.org
  3. Shuryak, E. (2021). "9". क्यूसीडी और संबंधित सिद्धांतों में नॉनपरटर्बेटिव टोपोलॉजिकल फेनोमेना. Springer. p. 233. ISBN 978-3030629892.
  4. 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 Wolfgang Ochs (2013). "गोंद के गोले की स्थिति". Journal of Physics G. 40 (4): 043001. arXiv:1301.5183. Bibcode:2013JPhG...40d3001O. doi:10.1088/0954-3899/40/4/043001. S2CID 73696704.
  5. Frederic Brünner; Anton Rebhan (2015-09-21). "Nonchiral Enhancement of Scalar Glueball Decay in the Witten–Sakai–Sugimoto Model". Phys. Rev. Lett. 115 (13): 131601. arXiv:1504.05815. Bibcode:2015PhRvL.115m1601B. doi:10.1103/PhysRevLett.115.131601. PMID 26451541. S2CID 14043746.
  6. 6.0 6.1 Hsiao, Y.K.; Geng, C.Q. (2013). "Identifying glueball at 3.02 GeV in baryonic B decays". Physics Letters B. 727 (1–3): 168–171. arXiv:1302.3331. Bibcode:2013PhLB..727..168H. doi:10.1016/j.physletb.2013.10.008. S2CID 119235634.
  7. D0 collaboration†; TOTEM Collaboration‡; Abazov, V. M.; Abbott, B.; Acharya, B. S.; Adams, M.; Adams, T.; Agnew, J. P.; Alexeev, G. D.; Alkhazov, G.; Alton, A. (2021-08-04). "Odderon Exchange from Elastic Scattering Differences between $pp$ and $p\overline{p}$ Data at 1.96 TeV and from $pp$ Forward Scattering Measurements". Physical Review Letters. 127 (6): 062003. arXiv:2012.03981. doi:10.1103/PhysRevLett.127.062003. hdl:10138/333366. PMID 34420329. S2CID 237267938.
  8. Chalmers, Matthew (9 March 2021). "ओडेरॉन ने खोजा". CERN Courier. Retrieved 13 April 2021.
  9. Csörgő, T.; Novák, T.; Ster, A.; Szanyi, I. (23 February 2021). "TeV ऊर्जाओं पर लोचदार प्रकीर्णन के गुणों की स्केलिंग से ओडेरॉन-एक्सचेंज का साक्ष्य". The European Physical Journal C. Springer Nature Switzerland AG. 81 (180): 180. arXiv:1912.11968. Bibcode:2021EPJC...81..180C. doi:10.1140/epjc/s10052-021-08867-6. ISSN 1434-6052.
  10. 10.0 10.1 10.2 Taki, Walter (1996). "ग्लूबॉल खोजें" (PDF). Stanford Linear Accelerator. Stanford University.
  11. Eshraim, Walaa I.; Janowski, Stanislaus (2013). "Branching ratios of the pseudoscalar glueball with a mass of 2.6 GeV". arXiv:1301.3345. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  12. T. Cohen; F. J. Llanes-Estrada; J. R. Pelaez; J. Ruiz de Elvira (2014). "Non-ordinary light meson couplings and the 1/Nc expansion". Physical Review D. 90 (3): 036003. arXiv:1405.4831. Bibcode:2014PhRvD..90c6003C. doi:10.1103/PhysRevD.90.036003. S2CID 53313057.
  13. B. Berg. Plaquette–plaquette correlations in the su(2) lattice gauge theory. Phys. Lett., B97:401, 1980.
  14. Colin J. Morningstar; Mike Peardon (1999). "अनिसोट्रोपिक जाली अध्ययन से ग्लूबॉल स्पेक्ट्रम". Physical Review D. 60 (3): 034509. arXiv:hep-lat/9901004. Bibcode:1999PhRvD..60c4509M. doi:10.1103/PhysRevD.60.034509. S2CID 18787544.
  15. M. Huber, C. S. Fischer, H. Sanchis-Alepuz, Spectrum of scalar and pseudoscalar glueballs from functional methods. Eur.Phys.J.C 80 (2020) 11, 1077
  16. "The Physics of GlueX".