පරමාණුවටත් වඩා කුඩා දේවල්වල හැසිරීම ගැන විමසන ක්වොන්ටම් යාන්ත්රණයේ අවධානය යොමුවන්නේ උප පරමාණුක මට්ටමේ ඇති පාටිකල්ස් හෙවත් අංශු හැසිරෙන ආකාරය හා ඒ හැසිරීම් වලට තුඩු දෙන බලවේග ගැනයි. සතරවරම් බල යනු වෙන් මා මෙහිදි හඳුන්වන්නේ සමස්ත විශ්වයේ හැසිරීම මෙහෙයවන එකී මූලික බල සතරයි.
………ෆර්මියන් සහ බොසොන්……..
ක්වොන්ටම් යාන්ත්රණයට අනුව උප පරමාණුක ව්යුහය හැදෑරීෙම්දී පාර්ටිකල්ස් (particles) හෙවත් අංශු දෙවර්ගයක් අැතැයි සැලෙක්. ඉන් එක් වර්ගයක් ‘ෆර්මියොන් (fermions) යන නමින් හැඳින්වේ. මේස පුටු ග්රහලෝක ඇතුළු විශ්වයේ ඇති සියලු ද්රව්ය පදාර්ථ සැදි ඇත්තේ ෆර්මියොන් අංශුවලිනි. ඉලෙක්ට්රොන වැනි මූලික අංශු මෙන්ම ප්රෝටෝන වැනි සංයුක්ත අංශු ද ෆර්මියන් අංශු ගණයට ගැනේ.
අනෙක් අංශු වර්ගය හැඳින්වෙන්නේ ‘බොසන්ස් (bosons)යන නමිනි . විශ්වයේ ඇති බල සතර හෙවත් හතරවරම් බල වශයෙන් සැලැකිය හැකි ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය, විද්යුත්-චුම්බක බලය, දුබල න්යෂ්ථික බලය හා ප්රබල න්යෂ්ටික බලය යන මුලික සිව් වැදෑරුම් බල ජනිත වන්නේ බොසන්ස් අංශු වලිනි. මේ අංශූ වර්ග දෙක එකිනෙකින් වෙනස් වන අනෙක් වැදගත් කාරණය වන්නේ ෆර්මියන් අංශු වලට අවකාශයක් අවශ්ය වීමත් බොසන්ස් අංශුවලට අවකාශයක් අවශ්ය නොවීමත්ය. අවකාශ ප්රමාණයක විශේෂ අවශ්යතාවයක් නැති බොසන්ස් අංශුවලට ඒ අනුව එක මත එක ඕනෑම ප්රමාණයකින් පැවැතියි හැකිය. එහෙත් ෆර්මියන්ස් වර්ගයේ අංශු රාශියක් එසේ එකම අවකාශ ප්රමාණයක තැබිය නොහැකිය. එයට ක්වොන්ටම් යාන්ත්රණය පිලිබඳ නියාම ඉඩ දෙන්නේ නැත. ඒ නිසයි ෆර්මියන්ස් අංශූ සමූහ එක් වීමෙන් ඇඳ පුටු සහ ග්රහලෝක වැනි අවකාශය අවශ්යවන ඝණ ද්රව්ය වස්තු සැදෙන්නේ. බොසොන්ස් අංශු වලින් මූලිකව කෙරෙන්නේ ද්රව්ය සැදීම නොව එම ද්රව්ය මත විවිධාකාරයට බලපාන සතර වරම් බල ජනිත කිරීමයි.
අංශු වර්ග සම්බන්ධ තවත් වැදගත් කාරණයක් නම් අංශූවක ස්කන්ධය කුඩා වන තරමට එම අංශුවට වඩා වැඩි අවකාශයක් අවශ්ය වීමයි. විශ්වයේ ඇති ඕනෑම ද්රව්යක පරමාණුවක් සැදී ඇත්තේ තුන් වර්ගයක ෆර්මියන් අංශු වලිනි. ඒවා ඉහළ ක්වාර්ක්ස්, පහළ ක්වාර්ක්ස් සහ ඉලෙක්ට්රෝන් යනුවෙන් හැඳින්වෙන අතර ඒ ෆර්මියන් අංශූ තෙවර්ගයම පරමාණුවක් තුළ එකට රැඳී සිටින්නේ අර කියූ සතර වරම් බලයන් අතරින් ඒ අංශු මත බලපාන බල වර්ග නිසයි. පරමාණුවක න්යෂ්ථිය සැදී ඇත්තේ ප්රෝටෝන් සහ න්යුට්රෝන් වලනි.පරමාණුවක න්යෂ්ටියේ ඇති මේ ප්රෝටෝන සහ න්යුට්රෝන සැදී ඇත්තේ පර්මියන් අංශු වර්ග වන ඉහළ සහ පහළ ක්වාර්ක්ස් වලිනි. සාපේක්ෂව බැලූ විට ඒවා වැඩි බරකින් යුක්ත වන අතර ඒවායේ පැවැත්මට අවශ්ය වන්නේද සාපේක්ෂව බැලූවිට වඩා අඩු ඉඩ කඩකි. එහෙත් අනෙක් පර්මියන් අංශු වර්ගය වන ඉලෙක්ට්රෝන වනාහි ප්රෝටෝන් සහ න්යුට්රෝන් සංයුක්ත වී ඇති ක්වාරක්ස් වර්ග වලට වඩා සැහැල්ලූය. සාමාන්යයෙන් ඉලෙක්ට්රොනයක බර ප්රෝටෝනයක හෝ න්යුට්රෝනයක බරෙන් 1/2000 ක් පමණ වන නමුත් ඉලෙක්ට්රෝන වලට ප්රෝටෝන හා න්යුට්රෝන වලට වඩා වැඩි අවකාශයක් අවශ්ය වේ. ඇත්ත වශයෙන්ම පදාර්ථ ද්රව්ය වල ඝන ස්වභාවයට හේතුව වන්නේ පදාර්ථ පරමාණුවල ඇති ඉලෙක්ට්රෝනයි.
එහෙත් පර්මියන් අංශු මෙන් නොව බොසොන්ස් අංශූ වලට අවකාශයක් අවශ්ය නොවේ. බොසොන්ස් දෙකකට මෙන්ම බොසොන්ස් ටි්රලියන දෙකකටද එක පිට එක එකම ස්ථානයක සිටිය හැක. ඒ නිසයි බොසොන්ස් අංශු බලය දරන බලධාරී අංශු වශයෙන් සැලකෙන්නේ. අප පොළොවට ඇද තබන ගුරුතවාකර්ෂණය හෝ මාලිමාවක කටුව කරැකැවෙන චුම්බක ක්ෂේත්රය වැනි විශාල බල ක්ෂේත්රයන් බොසොන්ස් අංශු එක්වීමෙන් සෑදේ.
බලය (force) අන්තර්ක්රියාව (interaction) සම්බන්ධකය (coupling) වැනි වචන භෞතික විද්යාඥයෝ බොහෝ විට එකම අදහසක් සඳහා මාරුවෙන් මාරුවට භාවිතා කරති. එම භාවිතයෙන් පැවසෙන්නේ විසි වෙනි ශත වර්ෂයේ භෞතික විද්යාඥයන් විසින් සොයා දැනගත් එක්තරා ගැඹුරු සත්යක්. එය නම් යට කී සතර වරම් බල යනු අංශූ හුවමාරුවක ප්රතිඵල ලෙස ඇති වෙන දෙයක් බවයි. ( එම කියමන බලයක් වනාහි ක්ෂේත්රවල ඇතිවන කම්පනයෙන් බිහිවෙන දෙයක්ය යන අදහස හා සමගද ගැලපෙයි. සඳට පොළොවේ ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය දැනෙනවා යන්නෙන් අදහස් වෙන්නේ හඳ සහ පොළොව එකිනෙක මත ඇති කරන ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය හඳ සහ පොලොව යන වස්තු දෙකටම මාරුවෙන් මාරුවට බලපාන බවයි. මෙයට සමානව පරමාණුවක න්යෂ්ටියේ බලපෑමට ඉලෙක්ට්රෝන හසු වී ඇත යන්නෙන් අදහස් කරන්නේ න්යෂ්ථිය හා ඉලෙක්ට්රොන් අතර පෝටෝන (photon) හුවමාරුවීමයි. ( පෝටෝන අංශු යනු පරමාණුවක න්යෂ්ටියේ ඇති ප්රෝටෝන වලට වඩා වෙනස් දෙයක්. ආලෝක අංශු හැඳින්වෙන්නේ පෝටෝන යනුවෙන්) එහෙත් ආකර්ෂණයට මෙන්ම විකර්ෂණයට පමණක් නොව අංශූ ක්රියාකාරිත්වයන් ගේ අනෙකුත් ඵලයන් වන උච්ඡෙදනයට (annihilation) සහ ක්ෂයවීමටද (decay) හේතුවන්නේද මේ සතර වරම් බලයන්ය. උදාහරණයක් වශයෙන් ගත් විට ක්ෂයවීම කුමන ආකාරයක ක්ෂයවීමක්ද යන්න අනුව, විකිරණශීලී ද්රව්ය පරමාණූවක න්යෂ්ටිය ක්ෂයවන්නේ සතර වරම් බල අතුරින් ප්රබල හෝ දුබල න්යෂ්ටික බලය ක්රියාත්මක වන නිසා යැයි අපට කිව හැකිය. ඒ අනුව ආංශු භෞතික විද්යාවේදී බලයන් යනු විවිධ ආකාරයේ ඵලයන් ජනිත කරන ප්රපංචයකි.
මෑතදී මහත් ආන්දොලනයට ලක් වූ අංශු වර්ගයක් වන හිග්ස් (Higgs)බොසොන් වර්ගය හැරෙන විට සතර වරම් බලයන් හා සම්බන්ධ එක් එක් බොසොන්ස් අංශු වර්ග ගැන අපි සෑහෙන කලක සිට දැන සිටියෙමු. ඒ බොසොන්ස් අතරින් ග්රැවිටි හෙවත් ගුරුත්වාකර්ෂණය හා සම්බන්ධ අංශු හඳුන්වන්නේ ‘ග්රැවිටොන් (graviton) යන නමිනි. ඇත්ත වශයෙන්ම කිවහොත් තවමත් අපට ග්රැවිටෝන් අංශු තනි තනිව නිරීක්ෂණය කිරීමට හැකි වී නැහැ. අප කවුරුත් අහසේ පා නොවෙන නිසා ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය අපට එදිනෙදා දැනෙන නමුත්, මෙතෙක් කිසිවෙකු විසින් වත් ග්රැවිටෝන් නිරීක්ෂණය කර බලා නැති නිසා ක්වොන්ටම් යාන්ත්රණයේ පිළිගත් මොඩලය (Standard Model) ගැන කතා කරන විට අප ඊට ග්රැවිටොන් අඩංගු කරන්නේ නැහැ. ගුරුත්වාකර්ෂණය යනු බලයක් නිසාත් ක්වොන්ටම් යාන්ත්රණයේ සහ සාපේක්ෂතාවාදයේ මූලික නියාම වලින් ගුරුත්වාකර්ෂණය සම්බන්ධ අංශූ තිබිය යුතුය යන්න නියතවම තහවුරු කර තිබෙන නිසාත් එකී අංශු අපට හුදෙකලා කොට නිරීක්ෂණය කළ නොහැකි වුවද ඒ අංශූ හැඳින්වීම සඳහා ග්රැවිටෝන් යන වචනය අපි යොදන්නෙමු. ගුරුත්වාකර්ෂණය අනෙකුත් අංශූ වලට බලයක් ලෙස බලපාන ආකාරය ඉතා සරලය. එනම් හැම අංශුවක්ම අල්ප වශයෙන් හෝ අනෙක් හැම අංශුවක් හා ආකර්ෂණය කිරීමයි ඒ බලයේ ස්වාභාවය. විද්යුත්චුම්බක බලයද තවත් එවැනිම ආකාරයක බලයකි. 1800 ගනන් වලදීම විද්යුතය සහ චුම්බකත්වය යනු එකම ආකාරයක බලයක නිර්මිත හෙවත් මාදිලි (versions) දෙකක් බව විද්යාඥයෝ දත්හ. විද්යුත්චුම්බක බලය හා සම්බන්ධ අංශු හැඳින්වෙන්නේ පෝටෝන්ස් (Photons) යන නමිනි. පෝටෝන්ස් අපට නිරන්තරයෙන්ම නිරීක්ෂණය කළ හැකිය. විද්යුත්චුම්බකත්වය සමග අනතර්ක්රියා කරන අංශූ ආරෝපිත අංශූ වශයෙනුත් එසේ අන්තර්ක්රියා නොකරන අංශු නියුට්රල් අංශු යනුවෙනුත් හැඳින්වේ. මෙහිදී මතක තබාගත යුතු කරුණ නම් විද්යුත් ආරෝපණ ධන මෙන්ම ඍණ වර්ග යෙන්ද ඇති විය හැකි බවයි. මෙහිදී ධන හා ධන (හෝ ඍණ හා ඍණ) වැනි සමාන වර්ග වල ආරෝපණයක් ඇති අංශු එකි නෙකින් විකර්ෂණය වන විට ධන හා ඍණ වැනි ප්රතිවිරුද්ධ වර්ග වල ආරොපණයක් ඇති අංශූ එකිනෙක ආකර්ෂණය වෙයි. මෙසේ ආරෝපණ වලට විකර්ෂණය වීමට ඇති හැකියාව විශ්වයේ ක්රියාකාරීත්වයට අතිශයින්ම වැදගත්ය. කිසියම් අයුරකින් ආරෝපණ වල ආකර්ෂණයවීම පමණක් විශවය පුරාම විද්යුත්ච්ම්බකත්වයේ පොදු ස්වාභාවය වීනම් විශ්වයේ ඇති සෑම අංශූවක්ම අනෙක් සෑම අංශුවකටම ආකර්ෂණය වීමට ඉඩ තිබුනි. එසේ වී නම් ඒ අනුව සිදුවන්නේ විශ්වයේ ඇති සෑම ද්රව්යක්ම දැවැන්ත කලු කුහරයක් තුළට කඩා වැටීමයි. වාසනාවකට ආකර්ෂණය මෙන්ම විද්යුත්චුම්බක විකර්ෂණයද තිබෙන නිසා විශ්වය ඊට වඩා විසිතුරු වී තිබේ.
…….න්යෂ්ථික බල……..
යට සඳහන් කළ සිව් මහා බලයන් අතරින් ඉතිරි බල දෙක වන්නේ දුබල හා ප්රබල න්යෂ්ථික බලයි. ගුරුත්වාකර්ෂණය සහ විද්යුත්චුම්බකත්වය මෙන් නොව ඒ බල දෙකේ බලපෑම විහිදෙන්නේ පරමාණුවක න්යෂ්ටියේ ප්රමාණයට අනුකූලව ඉතා කෙටි දුර ප්රමාණයකට පමණි. පරමාණුවක ඇති ප්රෝටොන් සහ න්යුට්රෝන් සැදී ඇත්තේ ක්වාරක්ස් වලිනුයි. ඒ ක්වාර්ක්ස් ප්රෝටොන් සහ න්යුට්රෝන් තුළ එක්ව තබා ගන්නේ ප්රබල න්යෂ්ථික බලය යනුවෙන් හැඳින්වෙන බලයෙනි. එම බලයට අයත් අංශු හැඳින්වෙන්නේ ග්ලූඔන්ස් (gluons) යන පියකරු නමෙනි. ප්රබල න්යෂ්ටික බලය ශක්තිමත් බලයක් නමුත් එය පරමාණුවේ ප්රෝටෝන් සහ නි්යුට්රෝන් තුළ ඇති ක්වාර්ක්ස් සමග මිස පරමාණුවක ඇති ඉලෙක්ට්රෝන කෙරෙහි බලපෑමක් දක්වන්නේ නැත. ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය හා විද්යුත්චුම්බක බලය හා පිළිවෙලින් සම්බන්ධ ගැවිටෝන් සහ පෝටොන් මෙන්ම ග්ලූඔන්ස් ද ස්කන්ධයකින් තොරය. ස්කන්ධයකින් තොර අංශූ ඔස්සේ කිසියම් බලයක් සංසරණයවන්නේ නම් එම බලය ඉතා විශාල පරාසයක පැතිරිය හැකියැයි අපට සිතුනද මේ කියන ප්රබල න්යෂ්ථික බලයේ පැතිරීමේ සීමාව අතිශයින් කෙටිය.
ඬේවිඞ් ග්රොස්, ඬේවිඞ් පොලිට්සර් සහ ප්රැන්ක් විල්සෙක් යන විද්යාඥයන් විසින් 1973දී පෙන්වා දුනු පරිදි මේ ප්රබල න්යෂ්ටික බලයට විශ්මය දනවන ගති ලක්ෂණ තිබේ. ඉන් එක් ලක්ෂණයක් වන්නේ ක්වාර්ක්ස් දෙකක් එකිනෙකින් ඈත්වන තරමට ඒවා අතර ඇති අනෝන්ය ආකර්ෂණයද වැඩි වෙයි. ඒ නිසා ක්වාර්ක්ස් දෙකක් එකිනෙකින් ඈත් කිරීමට තව තවත් ශක්තිය අවශ්යවේ. එසේ ශක්තිය වැඩිකරන විට ඇත්ත වශයෙන්ම සිදුවන්නේ තව තවත් ක්වාර්ක්ස් ජනිත වීමයි. ( රබර් පටියක් දෙකොන ක්වාර්ක්ස් දෙකක් වශයෙන් සැලැකුවහොත් ඔබට රබර් පටියේ දෙකොනෙන් දෙපසට ඇදිය හැකි නමුත් එකකොනකින් පමනක් ඇදීමෙන් ක්වාරක්ස් දෙක නියෝජනය කරන දෙකොනම එක් කළ නොහැකිය. ඒ වෙනුවට සිදුවන්නේ රබර් පටිය කැඞී අලුත් දෙකොනක් ඇති තවත් රබර් පටියක් බිහිවීමයි.) කෙසේ වුවද තනි ක්වාරක්ස් එකක් නිදැල්ලේ සිටිනු ඔබට දැකිය නොහැකිය. ඇත්තටම ඒවා ඇත්තේ වඩා බර සංයුක්ත අංශුවක ඇතුළට සීමාවීය. ක්වාරක්ස් සහ ග්ලූඔන් වලින් යුක්ත මෙවැනි සංයුක්ත අංශු හැ`දින්වෙන්නේ හාඩන්ස් (hardons) යන නමිනි. LHC හෙවත් මහත් හාඩන් සංඝට්ටකය (Large Hardon Collieder) යන නාමයේ මැද කොටසින් කියන්නේ මෙකී සංයුක්ත හාඩන් අංශුයි. ප්රබල න්යෂ්ටික බලයේ මේ අපූරු ස්වරූපය සොයා ගැනීම නිසා ග්රොස්” පොලිට්සර් සහ විල්සෙක් යන විද්යාඥයන් තිදෙනාට 2004දී භෞතික විද්යාව පිලිබඳ නොබෙල් ත්යාගය හිමිවුනා.
ඊළඟ බලවිශේෂය හැඳින්වෙන්නේ දුබල න්යෂ්ටික බලය යන නමින්. එහි ස්වභාවය ඊට දි ඇති නමට මැනවින් ගැලපෙයි. පෘථිවිය මත අපේ ආසන්න වට පිටාවට එම බලය තදින් බල නොපාන මුත් මිහිමත ජීවිතයේ පැවැත්මට දුබල න්යෂ්ටික බලය වැදගත් මෙහෙවරක් ඉටු කරයි. මන්ද ඒ බලය නිසායි සූර්යයා බැබලෙන්නේ. සූර්යය ශක්තිය ජනිත වෙන්නේ ප්රෝටෝන්ස් හීලියම් බවට අනුවර්තනය වීම නිසයි. එසේ අනුවර්තනය වීම පිණිස පෝටෝන වලින් ඇතැම් ඒවා න්යුට්රෝන බවට පත්විය යුතුය. එය ඉටු වෙන්නේ දුබල න්යෂ්ටික බලය හේතුකොට ගෙනයි. කෙසේ වෙතත් ඔබ න්යෂ්ටික භෞතික විද්යාඥයෙක් හෝ අංශුක භෞතික විදයාඥයෙක් නොවන්නේ නම් පොළොව මත දී දුබල න්යෂ්ටික බලය ක්රියාත්මක වන ආකාරය නිරීක්ෂණය කිරීමට ඔබට ඇති අවස්ථා ඉතා විරලයි.
මෙකී දුබල න්යෂ්ටික බලයේ වාහක වශයෙන් එකිනෙකට වෙනස් බොසොන්ස් වර්ග තුනක් ක්රියා කරති. මෙයින් එකක් Z බොසොන් යනුවෙන් හැඳින්වෙන අතර එය විද්යුත් ආරොපණය අතින් උදාසීන බොසොන් වර්ගයකි. අනෙකූත් බොසොන් වර්ග දෙකම හැඳදින්වෙන්නේ W බොසොන්ස් යන නමින් වුවද ඒවාද එකිනෙකින් වෙනස්ය. ඉන් එකක් ධන විද්යුත් ආරෝපණයක් සහිත වන අතර අනෙකට ඇත්තේ ඍණ විද්යුත් ආරොපණයකි. මූලික අංශු වල සාමාන්ය ප්රමාණය හා සසඳා බැලූ විට සහ W බොසොන්ස් යන දෙවර්ගයම විසල්යැයි කිව හැක. (උදාහරණයක් වශයෙන් සර්කොනියම් නමැති මූලද්රව්යයේ පරමාණුවක් තරමටම ඒවා විශාලය.) ඒ අනුව ඒවා නිපදවීම තරමක් අසීරු වෙන අතර ඉක්මනින්ම ක්ෂයවීමටද ලක්වෙති. මේ සියලූ ගති ලක්ෂණ දුබල න්යෂ්ටික බලය දුබල බලයක් වශයෙන්ම පැවැතීමට හේතු වෙයි.
එදිනෙදා භාවිතයේදී බලය යන්න අප විවිධ දේවල් සඳහා යොදන්නෙමු. යමක ලිස්සා යන විට ඒ මත බලයක් වශයෙන් ඝර්ෂණය යෙදෙන බව අපි පවසන්නෙමු. ඔබ බිත්තියක වැදුනොත් බල ඝට්ටනයක් සිදුවෙන බව අපි කියන්නෙමු. පිහාටුවක් බිමට පතිත වීමේදී වාතය නිසා ඇති වන ප්රතිරෝධය අප හඳුන්වන්නේ බලයක් වශයෙනි. මේ කිසිදු බලයක් අප මෙතෙක් විස්තර කළ සතරවරම් බලවලට අයත් නොවෙන බව ඔබට පෙනෙන්නට ඇත. එමෙන්ම ඒවා සහ බොසොන්ස් අතර සම්බන්ධයක්ද නැත. මූලික ආංශුක භෞතික විද්යාවේ සහ එදිටනදා ජීවිතයේ ව්යවහාරික යෙදුම්වල ඇති වෙනස එයයි. මොටර් රියක ඇක්සලරේටරය පෑගූ විට ඇතිවන ත්වරණයේ සිට ලෙහෙනකු දුටු විට හඹායන්නට තැත් කරන බල්ලෙකූගේ දම්වැල අල්ලා රඳවා ගැනීමට යොදන බලය දක්වා අප එදිනෙදා ජීවිතයේදී අත්දකින සාර්ව බලයන්ම අවසාන වශයෙන් උද්ගත වන්නේ මෙතෙක් අප විස්තර කළ සතර වරම් බල වල අතුරු පලයක් ලෙසයි. ඇත්ත වශයෙන්ම බැලූවොත් සියල්ල පහලට අදින ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය හැරෙන විට එදිනෙදා අප අත්දකින අනෙකුත් සර්ව බල වනාහී විද්යුත්චුම්බක බලය සහ පරමාණු අතර ඇතිවන අන්තර්ක්රියාවල ප්රකාශයන්ය. නවීන විද්යාවේ විචක්ෂණ ස්වාභාවය නිසා අප අවට ලෝකයේ ඇති ඒ අපූරු විවිධත්වය මෙසේ සතර වරම් බල වැනි සරල ප්රපංච කිහිපයකට ලඝු කල හැකියි…
උපුටා ගැනීම: දැනුම සොයන්න මේ පාරෙන් එන්න