Home » പുതിയവ » ഇലക്ട്രോണും സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലും

ഇലക്ട്രോണും സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലും

ഡോ.ശ്രീജ എസ്

അൽ അമീൻ കോളേജ് ആലുവ

കേവലം അണുവെന്ന ആശയത്തിൽ കുടുങ്ങിക്കിടന്ന ദ്രവ്യപ്രപഞ്ചഘടന പിളർന്നു വിശാലമായി സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലിലേക്കു വഴി തുറക്കാനിടയായ ആദ്യകണം ഇലക്ട്രോൺ ആണ്. അതുകൊണ്ടാണ് നമ്മുടെ കണങ്ങളുടെ കഥ ഇലൿട്രോണിൽ നിന്നും ആരംഭിക്കുന്നത്…മൗലിക കണങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള ലേഖനപരമ്പര..

സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ

മെൻദലീഫിന്റെ മൂലകങ്ങളുടെ ആവർത്തനപ്പട്ടിക പോലെ മൗലികകണങ്ങൾക്കും ഒരു  വർഗ്ഗീകരണപ്പട്ടികയുണ്ടു്. ഗണിതപരമായി രൂപീകരിക്കപ്പെട്ട മൗലികകണങ്ങളുടെ ഈ വർഗ്ഗീകരണ മാതൃകയെ നാം ‘സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ’ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

ദ്രവ്യപ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനഘടകങ്ങൾ എന്ന് കരുതുന്ന ഫെർമിയോണുകളും  (ക്വാർക്കുകളും ലെപ്റ്റോണുകളും) അടിസ്ഥാന ബലവാഹകരായ ബോസോണുകളും ഉൾപ്പെടുന്ന 17 മൗലിക കണികകളുടെ ഒരു സൈദ്ധാന്തിക മാതൃകയാണ്‌ സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ. ഇതിൽ ആറു വ്യത്യസ്തയിനം  ക്വാർക്കുകൾ, ആറു തരം ലെപ്റ്റോണുകൾ, അഞ്ചു തരത്തിലുള്ള ബോസോണുകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടുന്നു. പ്രകൃതിയിലെ അടിസ്ഥാന ബലങ്ങൾക്കു കാരണമാകുന്നത് നാല് ബോസോണുകളാണ്. അഞ്ചാമത്തെ ബോസോണായ ‘ഹിഗ്ഗ്സ്  ബോസോണാ’ ണ് ദ്രവ്യത്തിന് പിണ്ഡം(Mass) നൽകുന്നത്. മൗലികകണങ്ങളുടെ ഏറ്റവും പ്രധാന സവിശേഷത അവയ്ക്കു ആന്തരിക ഘടനയില്ല എന്നുള്ളതാണ്.

ദ്രവ്യവും ബലവും തമ്മിലുള്ള സൂക്ഷ്മ ഇടപെടലുകൾ, ക്വാണ്ടം ഫീൽഡ് തീയറിയെ ആധാരമാക്കിയാണ് സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലിൽ വിശദീകരിക്കപ്പെടുന്നത്. ഈ സിദ്ധാന്തത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ്, പ്രകാശവേഗത്തോടടുത്ത് സഞ്ചരിക്കുന്ന അതിസൂക്ഷ്മ കണങ്ങളെപ്പറ്റിയുള്ള പഠനം നടക്കുന്നത്. പ്രകാശവേഗത്തോട് അടുത്ത് വരുന്ന കണികകൾ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ പരിധിയിലും, സൂക്ഷ്മ കണികകൾ ക്വാണ്ടം ഭൗതികത്തിന്റെ പരിധിയിലുമാണ് വരുന്നത് .  അതുകൊണ്ട്‌, അതിവേഗ അതിസൂക്ഷ്മ കണികകൾ വിശദീകരിക്കപ്പെടണമെങ്കിൽ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തവും ക്വാണ്ടം തിയറിയും ചേർന്ന് പോകേണ്ടതുണ്ട്. ഈ സമന്വയമാണ് ക്വാണ്ടം ഫീൽഡ് തിയറി നമുക്ക് നൽകുന്നത്. എന്നാൽ ഈ മാതൃക പൂർണമല്ല. പ്രപഞ്ചത്തിലെ നാല് അടിസ്ഥാന ബലങ്ങളായ വൈദ്യുതകാന്തിക ബലം, അശക്ത ബലം, ശക്തബലം, ഗുരുത്വാകർഷണ ബലം ഇവയിൽ ഗുരുത്വാകർഷണ ബലത്തെ വിശദീകരിക്കുന്നത് സാമാന്യആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തമാണ്, ക്വാണ്ടം ഫീൽഡ് സിദ്ധാന്തമല്ല. പക്ഷെ ഈ ബലം വളരെ ദുർബലമായതിനാൽ സൂക്ഷ്മകണികകൾക്കിടയിൽ ഇതിനു കാര്യമായ പങ്കില്ല. മറ്റൊരുതരത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ ഗുരുത്വ ബലത്തിന്റെ പ്രസക്തി കണികാഭൗതികത്തിലില്ല.

മൗലികകണങ്ങളുടെ ചരിത്രം 

പ്രപഞ്ചം  നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് ചില അടിസ്ഥാനകണങ്ങൾ അഥവാ മൗലികകണങ്ങൾ കൊണ്ടാണ് എന്ന് നമുക്കറിയാം. പ്രപഞ്ച സൃഷ്ടിയുടെ നാൾവഴികളെക്കുറിച്ചു ചിന്തിക്കാൻ തുടങ്ങിയ കാലം മുതൽ ഈ മൗലികകണങ്ങളെ തിരയാനും അറിയാനുമുള്ള അന്വേഷണങ്ങളും ലോകത്തിന്റെ നാനാഭാഗത്തും  തുടങ്ങിയിരുന്നു. പ്രപഞ്ചത്തിനു ‘പൊതുവായ ഒരു മൗലിക കണഘടനയുണ്ടോ’ എന്ന് രണ്ടായിരത്തി അഞ്ഞൂറ് വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു മുൻപ് ആരംഭിച്ച ചോദ്യമാണ് മൗലികകണങ്ങളുടെ വർഗ്ഗീകരണത്തിനും സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലിനുമൊക്കെ വഴി വെച്ചത്. ഗ്രീക്ക് ചിന്തകനായ ഡെമോക്രറ്റസ് (ബി.സി. 460-370) ആണ് അതിലളിതവും അതിസൂക്ഷ്മവും വിഭജിക്കാൻ കഴിയാത്തതുമായ ‘ആറ്റം’ ആണ് പ്രപഞ്ചസൃഷ്ടിയുടെ മൂലകാരണമെന്ന സിദ്ധാന്തം  ആദ്യമായി മുന്നോട്ടു വെച്ചത്. ഭാരതീയനായ കണാദനും പരമാണുസിദ്ധാന്തം ആവിഷ്കരിച്ചിട്ടുണ്ട്. കണാദൻ ജീവിച്ചിരുന്ന കാലഘട്ടത്തെക്കുറിച്ചും ആ കാലം ഡെമോക്രറ്റസിനു മുൻപോ പിന്പോ എന്നതിനെക്കുറിച്ചും ഇന്നും വ്യക്തമായ തെളിവുകൾ നമുക്കില്ല.ഇവർ മുന്നോട്ടു വയ്ക്കുകയും പ്രചരിപ്പിക്കുകയും ചെയ്ത ഈ പരാമാണു വാദത്തെ പൊളിച്ചെഴുതിയത് ജോൺ ഡാൽട്ടൻ ആണ്. 1808-ൽ ഡാൽട്ടൻ ‘എ ന്യൂ സിസ്റ്റം ഓഫ് കെമിക്കല്‍ ഫിലോസഫി’ എന്ന ഗ്രന്ഥത്തിലൂടെ, തന്റെ നൂതന അണുസിദ്ധാന്തം മുന്നോട്ടു വയ്ക്കുമ്പോൾ പരമാണുവിന്റെ ഘടനയെക്കുറിച്ചോ, സ്വഭാവസവിശേഷതയെക്കുറിച്ചോ ഒന്നും തന്നെ അദ്ദേഹത്തിന് വ്യക്തമായ ധാരണകൾ ഇല്ലായിരുന്നു. എങ്കിലും  പരമാണു അഥവാ ആറ്റം എന്ന അടിസ്ഥാന കണത്തെ നിർവചിച്ചതും പരാമാണു വാദത്തെ പുനരുദ്ധരിച്ചതും അദ്ദേഹമാണ്. പക്ഷേ, അണുസിദ്ധാന്തം പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടായിരുന്നില്ല. ഇത് കേവലമായ തത്വചിന്ത മാത്രമായി നിലകൊണ്ടു. എങ്കിലും പ്രപഞ്ചദ്രവ്യഘടനയെപ്പറ്റി കൂടുതൽ ചിന്തിക്കാനും പഠിക്കാനും കളമൊരുക്കിയത് ഈ ചിന്തയായിരുന്നു എന്നതാണ് അണുസിദ്ധാന്തത്തിൻറെ ഗുണഫലം. 

പരമാണുക്കളെ വിഘടിപ്പിക്കാനോ നശിപ്പിക്കാനോ  കഴിയില്ലെന്നും ദ്രവ്യപ്രപഞ്ചം നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് കേവലം അഞ്ചു മൂലകങ്ങൾ കൊണ്ടല്ലെന്നും  അനേകം മൂലകങ്ങൾ പ്രപഞ്ചത്തിലുണ്ടെന്നും ഓരോ മൂലകവും ഇത്തരം മൗലികകണങ്ങളെക്കൊണ്ടു നിർമ്മിച്ചതാണെന്നും ഓരോ മൂലകത്തിന്റെയും സവിശേഷ സ്വഭാവത്തിന് നിദാനം ഇത്തരത്തിലുള്ള മൗലികകണങ്ങളാണെന്നും ഡാൽട്ടൻ സമർഥിച്ചു. അങ്ങനെയെങ്കിൽ,  നൂറുകണക്കിന് മൗലികകണങ്ങൾ ഈ പ്രപഞ്ചത്തിൽ കാണപ്പെട്ടേനെ. പക്ഷെ, പിന്നീടുണ്ടായ ശാസ്ത്ര പുരോഗതികൾ ഈ വാദമുഖങ്ങളെയെല്ലാം പൊളിച്ചെഴുതി. പരമാണു അവിഭാജ്യമായ ഒരു കണമല്ലെന്നും അതിനു സങ്കീർണ്ണമായ ഒരു ഘടനയുണ്ടെന്നും തിരിച്ചറിഞ്ഞു. സൂക്ഷ്മാണുക്കൾ എന്ന് കരുതിയ ഈ അടിസ്ഥാന കണങ്ങൾ ഇലക്ട്രോണ്‍, പ്രോട്ടോൺ, ന്യൂട്രോൺ എന്നിവ ചേർന്നതാണെന്നും കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടു. കാലക്രമത്തിൽ, ഈ ഉപകണങ്ങളെയും വിഭജിക്കാമെന്നും  തെളിഞ്ഞു. ഉപകണങ്ങൾക്കു കാരണമായ അതിസൂക്ഷ്മകണികകളിൽ ആണ് ഇന്നത്തെ കണികാഭൗതിക പഠനങ്ങൾ ശ്രദ്ധ ഊന്നുന്നത്.

ഇലക്ട്രോണുകൾ ചരിത്രത്തെ തിരുത്തുമ്പോൾ

ഈ ദ്രവ്യപ്രപഞ്ചം, ‘ആറ്റം’ അഥവാ പരമാണു എന്ന കണങ്ങളാൽ നിർമ്മിതമാണെന്നുള്ള ധാരണ  തന്നെ ചോദ്യം ചെയ്യപ്പെട്ടത് 1897 -ൽ ഇലക്ട്രോൺ കണ്ടുപിടിച്ചതോടെയാണ്. പത്തൊൻപതാം നൂറ്റാണ്ടിൽ വൈദ്യുതിയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഒട്ടനവധി ഗവേഷണങ്ങൾ നടക്കുന്നുണ്ടായിരുന്നു, ആ കാലഘട്ടത്തിൽത്തന്നെ ആറ്റവുമായി  ബന്ധപ്പെട്ടു വൈദ്യുത ചാർജുള്ള കണങ്ങൾ ഉണ്ടാകാമെന്നു സൂചന തരുന്ന പല പരീക്ഷണങ്ങളും റിച്ചാർഡ് ലാമിംഗ്, വില്യം വെബർ, ജോർജ് ജോൺസ്റ്റോൺ, സ്റ്റോണി എന്നീ ശാസ്ത്രജ്ഞർ നടത്തിയിരുന്നു. എന്നിരുന്നാൽത്തന്നെ, വൈദ്യുത  കണങ്ങളെ ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചു മാറ്റാൻ സാധ്യമല്ലെന്ന ധാരണയായിരുന്നു അന്നുണ്ടായിരുന്നത്.

ജെ.ജെ.തോംസൺ

ഇലക്ട്രോണുകളുടെ കണ്ടുപിടുത്തത്തിന്റെ അവകാശിയായി ജെ.ജെ.തോംസണെ ചരിത്രം വാഴ്ത്തുമ്പോഴും ഏതാണ്ട് അരനൂറ്റാണ്ടുകാലത്തെ നിരവധിപേരുടെ കൂട്ടായ ഗവേഷണങ്ങളാണ് ഇലക്ട്രോണുകൾ എന്ന മൗലികകണങ്ങളെ നമുക്ക് മറനീക്കി കാണിച്ചു തന്നത്. ആ ചരിത്രം മൈക്കൽ ഫാരഡേയുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ പരീക്ഷണങ്ങൾ മുതൽ ഇലൿട്രോണിന്റെ ചാർജ് തിട്ടപ്പെടുത്തിയ മില്ലിക്കണിന്റെ പരീക്ഷണങ്ങൾ വരെ നീണ്ടു നിൽക്കുന്നതാണ്.
അതുകൊണ്ടുതന്നെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചരിത്രകഥനത്തിൽ ഒഴിച്ച് നിർത്താനാവാത്ത അധ്യായങ്ങളാണ് വൈദ്യുത വിശ്ലേഷണവും വാതകങ്ങളിൽ കൂടിയുള്ള വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനങ്ങളും .വൈദ്യുത വിശ്ലേഷണത്തെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനങ്ങളാണ് വൈദ്യുതിയുടെ അണുസ്വഭാവങ്ങളിലേക്കു വെളിച്ചം വീശുന്ന സൂചനകൾ തന്നത്. തുടർന്ന് സാന്ദ്രത കുറഞ്ഞ വാതകങ്ങളിലെ വൈദ്യുതചാലകതയെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിനിടയിൽ കാതോഡിൽ നിന്ന് ഒരു ദ്യുതി പുറത്തു വരുന്നതായി ജർമ്മൻ ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജൊഹാൻ വിൽഹെമ് ഹിറ്റോർഫ് ആദ്യമായി കണ്ടെത്തി. മാത്രമല്ല മർദം കുറയുന്തോറും ഈ ദ്യുതിയുടെ തീവ്രത വർധിക്കുന്നതായും അദ്ദേഹം മനസ്സിലാക്കി.ഓയ്ഗൻ ഗോൾഡ്സ്റ്റൈൻ  ഈ രശ്മികളെ കാതോഡ് രശ്മികൾ എന്ന്  വിളിച്ചു. പിന്നീട് കാതോഡ് രശ്മികളെ കുറിച്ചുള്ള പഠനം മുന്നോട്ടു കൊണ്ടുപോയത് ഉയർന്ന ശൂന്യതയുള്ള  കാതോഡ് റേ ട്യൂബ് നിർമ്മിച്ചു കൊണ്ട് ഇംഗ്ലീഷ് രസതന്ത്രജ്ഞനും ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനുമായ സർ വില്യം ക്രുക്സ്  ആണ്. കാതോഡ് രശ്മികൾ ആനോഡിലേക്ക് സഞ്ചരിക്കുന്നുവെന്നും ഊർജ്ജം കൊണ്ടുപോകുന്നുവെന്നും കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ സാന്നിദ്ധ്യത്തിൽ ഈ രശ്മികൾ വളയുന്നുവെന്നും അതിനാൽ അവ നെഗറ്റീവ്‌ചാർജ്ജുള്ളവയായിരിക്കണമെന്നും അദ്ദേഹം മനസ്സിലാക്കി. ഇതിനു തുടർച്ചയായി  ബ്രിട്ടീഷ് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ആർതർ ഷൂസ്റ്റർ ക്രൂക്സ്  കാതോഡ് രശ്മികൾക്ക് സമാന്തരമായി ലോഹപ്ലേറ്റുകൾ വയ്ക്കുകയും അവയ്ക്കിടയിൽ പൊട്ടൻഷ്യൽ വ്യത്യാസം സൃഷ്ടിച്ച് പരീക്ഷണം നടത്തുകയും ചെയ്തു.

ക്രൂക്സ് ട്യൂബ് ഉപയോഗിച്ചുള്ള പരീക്ഷണങ്ങളാണ്‌ ഇലക്ട്രോണിന്‌ കണികാസ്വഭാവമുണ്ടെന്ന് ആദ്യമായി തെളിയിച്ചത്

വൈദ്യുതക്ഷേത്രം ഇലക്ട്രോണുകളെ പോസിറ്റീവ്‌ചാർജ്ജുള്ള പ്ലേറ്റിലേക്ക് കൊണ്ടുചെന്നു. രശ്മികൾ നെഗറ്റീവ്‌ചാർജ്ജുള്ളവയാണെന്നതിന്‌ ഇത് കൂടുതൽ തെളിവ് നൽകി. വൈദ്യുതിയും രശ്മികളുടെ വളവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധമുപയോഗിച്ച് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ വൈദ്യുതചാർജ്ജും പിണ്ഡവും തമ്മിലുള്ള അംശബന്ധവും അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. എന്നാൽ അന്ന് പ്രതീക്ഷിച്ചിരുന്നതിനെക്കാൾ ആയിരം മടങ്ങ് വലുതായിരുന്നു അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തിയ ഈ വില എന്നതിനാൽ ആരും ഈ കണ്ടെത്തലിനെ കാര്യമായെടുത്തില്ല.

മാഗ്നറ്റിക് ഫീൽഡിന്റ സാന്നിധ്യത്തിൽ വൃത്താകാരപാതയിൽ ചലിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾ

ഇലക്ട്രോണും നൊബേൽസമ്മാനങ്ങളും

ഡിസ്ചാർജ് ട്യൂബുകളിലും വാക്വം ട്യൂബുകളിലും നടത്തുന്ന പരീക്ഷണഫലമായുണ്ടാകുന്ന കാഥോഡ് രശ്മികൾക്കു കാരണം, വാതകങ്ങളിൽ നിന്ന് പുറത്തേക്കു വരുന്ന കണങ്ങളാണെന്നും, മുൻപ് ധരിച്ചിരുന്നത് പോലെ തരംഗങ്ങളോ ആറ്റങ്ങളോ തന്മാത്രകളോ അല്ലെന്നും ജെ.ജെ.തോംസൺ 1897-  കണ്ടെത്തി. ഈ കണികകളെ അദ്ദേഹം കോർപസിലുകൾ എന്ന് വിളിച്ചു. റേഡിയോആക്റ്റീവ് വസ്തുക്കൾ, ചൂടാക്കപ്പെട്ട വസ്തുക്കൾ, പ്രകാശിതമായ വസ്തുക്കൾ എന്നിവ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന നെഗറ്റീവ്‌ചാർജ്ജുള്ള കണികകൾ ഒന്നുതന്നെയാണെന്നും അദ്ദേഹം സ്ഥാപിച്ചു. ഇലക്ട്രോണുകൾ ഏറ്റവും ചെറിയ ചാർജുള്ള കണികകളാണെന്നും അതിന്റെ മാസ്‌ ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റത്തിന്റെ  ആയിരത്തി എണ്ണൂറ്റിമുപ്പത്തിയേഴിൽ ഒന്ന് മാത്രമാണെന്നും തെളിയിക്കപ്പെട്ടു. ഈ കണികകളുടെ കണ്ടുപിടുത്തത്തിന് അദ്ദേഹത്തിന് നോബൽ സമ്മാനം ലഭിക്കുകയും ചെയ്തു.പിന്നീട് 1924-ൽ ഫ്രഞ്ച് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ലൂയിസ് ഡി ബ്രോഗ്ലി ബിരുദാന്തരബിരുദത്തിനായുള്ള ഗവേഷണത്തിൽ  എല്ലാ ദ്രവ്യവും പ്രകാശത്തെപ്പോലെ ഇരട്ടസ്വഭാവം കാണിക്കുന്നുവെന്നും അതിനാൽ ഇലക്രോണുകൾ തരംഗസ്വഭാവം കൂടി കാണിക്കുന്നുവെന്നും കണ്ടെത്തി. ഡി ബ്രോഗ്ലിയുടെ ഈ സംഭാവനയാണ് അദ്ദേഹത്തെ 1929 ലെ നോബൽ സമ്മാനത്തിന് അർഹനാക്കിയത്.

ലൂയിസ് ഡി ബ്രോഗ്ലി

ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഇരട്ടസ്വഭാവത്തിനു ഡിഫ്‌റാക്ഷൻ പരീക്ഷണത്തിലൂടെ സാധൂകരണം നൽകിയത്  ജെ.പി.തോംസണും ജോസഫ് ഡേവിസനുമാണ്. 1937 ലെ നോബൽ സമ്മാനം ഈ പരീക്ഷണത്തിനായിരുന്നു ഇവർക്ക് രണ്ടുപേർക്കുമായി വീതിക്കപ്പെട്ടത്. ഇവിടെ രസകരമായ മറ്റൊരു വസ്തുത കൂടി ഉണ്ട്. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ രണ്ടുസ്വഭാവവും ലോകത്തിനു മറനീക്കി കാണിച്ചത് ഒരു കുടുംബത്തിലെ രണ്ടു പേര് ചേർന്നാണ്. കണികാസ്വഭാവം വിശദീകരിച്ചത് അച്ഛനായ ജെ.ജെ.തോംസണും,തരംഗസ്വഭാവം വിശദമാക്കിയത് മകനായ ജെ.പി.തോംസണും. അമേരിക്കൻ ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ റോബർട്ട് മില്ലിക്കൻഓയിൽ ഡ്രോപ്പരീക്ഷണത്തിലൂടെ ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാർജ്ജിന്റെ കൃത്യമായ മൂല്യം 1909-ൽ കണ്ടെത്തി. ഇലൿട്രോണിന്റെ ചാർജ് കണ്ടുപിടിച്ചതിനു 1923 ൽ മില്ലികനും നോബൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചു. ഇങ്ങനെ നോബൽ സമ്മാന മേഖലയിലെ വലിയൊരു പങ്കു തന്നെ ഇലക്ട്രോണുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഗവേഷങ്ങൾക്കായിരുന്നു ലഭിച്ചത്.

റോബർട്ട് മില്ലിക്കൻ ‘ഓയിൽ ഡ്രോപ്’ പരീക്ഷണത്തിന്റെ ലളിത മാതൃക

ഇലക്ട്രോണും സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലും

കേവലം അണുവെന്ന ആശയത്തിൽ കുടുങ്ങിക്കിടന്ന ദ്രവ്യപ്രപഞ്ചഘടന പിളർന്നു വിശാലമായി സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലിലേക്കു വഴി തുറക്കാനിടയായ ആദ്യകണം ഇലക്ട്രോൺ ആണ്. അതുകൊണ്ടാണ് നമ്മുടെ കണങ്ങളുടെ കഥ ഇലൿട്രോണിൽ നിന്നും ആരംഭിക്കുന്നത്.

ഇലക്ട്രോൺ കണ്ടുപിടിത്തത്തെ തുടർന്ന് പ്രോട്ടോൺ, ന്യൂട്രോൺ തുടങ്ങിയ കണങ്ങൾ കൂടി തിരിച്ചറിഞ്ഞു. തുടർന്ന് പയോണുകൾ, ന്യൂട്രിനോകൾ, ലാംഡാ കണങ്ങൾ, സിഗ്മ കണങ്ങൾ എന്നിങ്ങനെ കണങ്ങളുടെ പട്ടിക നീണ്ടു പോയെങ്കിലും ഇവയെക്കുറിച്ചു വേണ്ട രീതിയിൽ മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിഞ്ഞിരുന്നില്ല. ആധുനിക കണികാ ഭൗതികമനുസരിച്ചു പ്രപഞ്ചസൃഷ്ട്ടിക്കു കാരണമായ കണികകളെ ദ്രവ്യസ്വഭാവമുള്ള കണികകളെന്നും (ഫെര്മിയോണുകൾ) ഇവയുടെ ഇടപഴകലിന് കാരണമാകുന്ന ബലവാഹകരെ ഊർജസ്വഭാവമുള്ള കണികകളെന്നും (ബോസോണുകൾ) പറയുന്നു. ബലവാഹകരല്ലാത്ത  ഹിഗ്ഗ്സ് ബോസോണിനെ 65 വർഷങ്ങൾക്കു മുമ്പ് പ്രവചിച്ചത് പീറ്റർ വെയർ ഹിഗ്ഗ്സ് എന്ന ബ്രിട്ടീഷ്‌ ഊർജ്ജ തന്ത്രജ്ഞനാണ്. 2012 -ൽ സേൺ (CERN) പരീക്ഷണ ശാലയിൽ നടന്ന ലാർജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡർ പരീക്ഷണത്തിൽ ഹിഗ്ഗ്സ് ബോസോൺ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടു.

സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ അനുസരിച്ച്, ഇലക്ട്രോണുകൾ, മ്യൂവോണുകൾ, ന്യൂട്രിനോകൾ, ക്വാർക്കുകൾ മുതലായവയാണ് നമ്മുടെ  ദ്രവ്യകണങ്ങൾ അഥവാ ഫെർമിയോണുകൾ. ഈ ഫെർമിയോണുകളിൽ തന്നെ സ്വതന്ത്രമായി നിലനില്പുള്ളവയും അല്ലാത്തവയുമുണ്ട്. സ്വതന്ത്ര നിലനില്പുള്ള കണങ്ങളെ ലെപ്റ്റോണുകളെന്നും അല്ലാത്തവയെ ക്വാർക്കുകൾ എന്നും വിളിക്കാം. ഇതിൽ ലെപ്റ്റോൺ കുടുംബത്തിൽപ്പെട്ട  അംഗമാണ് നമ്മുടെ ഇലക്ട്രോൺ. ലെപ്റ്റോണുകളെ അടിസ്ഥാനകണങ്ങളായിട്ടാണ് (മൗലികകണങ്ങൾ) കണക്കാക്കുന്നത് . ചാർജ്ജുള്ള ലെപ്റ്റോണുകളിൽ പിണ്ഡം ഏറ്റവും കുറഞ്ഞവയാണ്‌ ഇലക്ട്രോണുകൾ. ഇവ അടിസ്ഥാനകണങ്ങളുടെ ഒന്നാം തലമുറയിൽ പെടുന്നു. ക്വാർക്കുകൾ സ്വതന്ത്ര നിലനില്പില്ലാത്തവയായതിനാൽ ഒന്നിലധികം ക്വാർക്കുകൾ ചേർന്ന് ഉണ്ടാക്കുന്നവയാണ് മിശ്രകണങ്ങളായ ഹാഡ്രോണുകൾ.

ഇലക്ട്രോണുകളുടെ  സവിശേഷതകൾ

ഇലക്ട്രോണിന്റെ പിണ്ഡം 9.109 × 10^−31 കിലോഗ്രാമും ചാർജ് 1.602×10^−19 കുളോമ്പുമാണ്. പിണ്ഡവും  ചാർജുമുള്ള ഏറ്റവും ചെറിയ കണമായതിനാൽ ഇലക്ട്രോണുകളെ വീണ്ടും ചെറിയ കണങ്ങളായി വിഘടിക്കുന്നത് ചാർജ് സംരക്ഷണ നിയമത്തിനു എതിരായി വരുന്നു.   ഇതുവരെയുള്ള അറിവനുസരിച്ച്, ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ഒരു ആന്തരികഘടനയില്ല. ഇലൿട്രോണിന് ഗോളാകൃതിയാണെന്നും അതിന്റെ ആരം 2.8179 × 10−15 മീറ്ററുമാണെന്നുമാണ് ക്ലാസ്സിക്കൽ ഭൗതികത്തിലെ വിലയിരുത്തൽ. മഹാവിസ്ഫോടന സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ചു പ്രപഞ്ചോല്പത്തി സമയത്ത് ഫോട്ടോണുകളുടെ സംഘട്ടനം മൂലം ഇലക്ട്രോണുകൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. സോഡിയം, പൊട്ടാസിയം തുടങ്ങിയ ചില ലോഹങ്ങളിൽ ഒരു പ്രത്യേക ഊർജ്ജനിലയിൽ കൂടുതൽ ഊർജ്ജമുള്ള പ്രകാശം പതിച്ചാൽ, അവയിൽ നിന്ന് ഇലക്ട്രോണുകൾ പുറത്തു വരുന്നു. പ്രപഞ്ചത്തിലുണ്ടാകുന്ന  ബീറ്റക്ഷയം, ഹോക്കിങ് വികിരണങ്ങൾ, കോസ്മിക് വികിരണങ്ങളിലെ മ്യൂവോണുകളുടെ ക്ഷയം ഇവയെല്ലാം ഇലക്ട്രോണുകളുടെ രൂപീകരണത്തിന് കാരണമായി പറയപ്പെടുന്നു.

പോസിട്രോൺ

എല്ലാ മൗലികകണങ്ങൾക്കും പ്രതികണങ്ങൾ കൂടിയുണ്ട്. ഇലൿട്രോണിന്റെ പ്രതികണമാണ് പോസിട്രോൺ. ഇലൿട്രോണിന്റെ അതേ പിണ്ഡവും  വിരുദ്ധ ചാർജുമാണ് ഇതിനുള്ളത്. പോസിട്രോണുകൾ അത്ര സാധാരണമല്ല. ഇവ ഉണ്ടാകുമ്പോൾ തന്നെ ഇലക്ട്രോണുകളുമായി കൂട്ടിമുട്ടി ഇല്ലാതാകുകയും ദ്രവ്യം ഊർജമായി പരിവർത്തനപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഇലക്ട്രോണുകളും വൈദ്യുതിയും 

എല്ലാ ആറ്റത്തിലും ഒരു നൂക്ലിയസും അതിനു ചുറ്റും പരിക്രമണം നടത്തുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളും ഉണ്ടെന്നു നമുക്കറിയാം.ഈ നൂക്ലിയസിന്റെ വലിപ്പവും അതിനു ചുറ്റും കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണവും ഓരോ വസ്തുക്കളുടെ ആറ്റത്തിലും വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകളും ന്യൂക്ലിയസും തമ്മിലുള്ള ആകർഷണബലമാണ് നൂക്ലിയസിനു ചുറ്റും ആറ്റത്തെ പിടിച്ചു നിർത്തുന്നത്. എന്നാൽ ഈ ആകർഷണ
ബലത്തേക്കാൾ വലിയ ബലത്തിന് വിധേയമായാൽ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് നൂക്ലിയസിന്റെ സ്വാധീനവലയത്തിൽ നിന്ന് പുറത്തുകടക്കാനാകും. നെഗറ്റീവ്‌ ചാർജുള്ള ഈ ഇലക്ട്രോണുകളെ സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകൾ എന്ന് പറയുന്നു. സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഒരേ ദിശയിലുള്ള ഒഴുക്കിനെയാണ് നാം വൈദ്യുതി എന്ന് സാധാരണയായി വിവക്ഷിക്കുന്നത് .ഇത്തരം സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകൾ ധാരാളമായി കാണുന്ന വസ്തുക്കൾ വൈദ്യുതിയുടെ ഏറ്റവും നല്ല ചാലകങ്ങളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു.ലോഹങ്ങളാണ് ഇത്തരത്തിൽ ഉള്ള ഏറ്റവും മികച്ച ചാലകങ്ങൾ.ഉയർന്ന അറ്റോമിക സംഖ്യ ഉള്ള സ്വർണം,ചെമ്പ് ,വെള്ളി എന്നീ മൂലകങ്ങളിൽ ഏറ്റവും പുറമെയുള്ള ഷെല്ലുകളിലെ ഇലക്ട്രോണുകളിന്മേൽ നൂക്ലിയസ്സിന്റെ സ്വാധീനം വളരെ ചെറുതായതിനാൽ ഇവയ്ക്കു വളരെ വേഗം സ്വതന്ത്രമാക്കാൻ കഴിയും. അതിനാൽ ഈ ലോഹങ്ങൾ വൈദ്യുതിയുടെ നല്ല ചാലകങ്ങളാണ്.

©dynamicscience.com.au

ഇലക്ട്രോണും ഇലൿട്രോണിക്‌സും 

വായു നീക്കം ചെയ്ത കുഴലിൽ രണ്ടു ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഘടിപ്പിച്ചു അതിലെ കാതോഡിനെ ചൂടാക്കുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉത്സർജ്ജിക്കുന്നു എന്ന കണ്ടുപിടിത്തമാണ്  ഇലക്ട്രോണിക്സ് എന്ന ശാസ്ത്രശാഖയ്ക്കു തുടക്കം കുറിച്ച ഡയോഡുകളുടെ നിർമാണത്തിലേക്കു നയിച്ചത്.ഈ ട്യൂബുകളിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ കാതോഡിൽ നിന്ന് ആനോഡിലേക്ക് ആകർഷിക്കപ്പെടുന്നു പിന്നീട് ഗ്രിഡുകൾ ഉപയോഗിച്ചു ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന തരത്തിലുള്ള വാക്വം ട്യൂബുകൾ നിലവിൽ വന്നു.അർധചാലകങ്ങൾ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടതോടെ   ഇലൿട്രോണിക്‌സ് ശാസ്ത്രശാഖക്കു അഭൂതപൂർവമായ വളർച്ചയാണ് ഉണ്ടായത് .ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന നിരവധി ഘടകങ്ങളിലൂടെ ഈ രംഗത്ത് വലിയ മുന്നേറ്റങ്ങളാണ് ഉണ്ടാക്കാൻ കഴിഞ്ഞിട്ടുള്ളത്. കളിപ്പാട്ടങ്ങൾ മുതൽ ബഹിരാകാശവാഹനങ്ങൾ വരെ പ്രവർത്തിക്കുന്നത് ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ സഹായത്തോടെയാണ്. ഇത്തരത്തിൽ ജീവിതത്തിന്റെ സമസ്ത മേഖലകളിലും ഒഴിച്ച് കൂടാൻ വയ്യാത്ത തരത്തിലേക്ക് മനുഷ്യ രാശിയും ഇലൿട്രോണിക്‌സും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം  മാറിയിരിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്സ് യുഗത്തിൽ നാം ജീവിക്കുമ്പോൾ ഇതിന്റെയൊക്കെ അടിസ്ഥാനകാരണം വളരെ വളരെ ചെറുതായ ഈ മൗലികകണത്തിന്റെ മഹാപ്രഭാവമാണെന്നു നാം ഓർക്കേണ്ടതാണ്.

Solar Glass

Check Also

നയോബിയം – ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം

ലൂക്ക – ആവര്‍ത്തനപ്പട്ടികയുടെ 150ാംവാര്‍ഷികത്തിന്റെ ഭാഗമായുള്ള ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം (One day One Element) പംക്തി തുടരുന്നു.  ഇന്ന് നയോബിയത്തെ പരിചയപ്പെടാം.

Leave a Reply

%d bloggers like this: