Fundamental Interactions – මූලික අන්තර්ක්‍රියා

විශ්වය තුල පවතින Fundamental Interactions 4 මොනවාද ? ඒවා ක්‍රියාත්මක වන්නේ කෙසේද ? ඒවා සතු විශේෂ ලක්ෂණ මොනවාද ? එවැනි ප්‍රශ්න වලට පිළිතුරු අද ලිපිය තුලින් සාකච්ඡා කරමු.

Fundamental Interactions කියලා කියන්නේ නැවත වෙනත් මූලික බල වලට බෙදිය නොහැකි බල වලටය. එම බල , යම් පදාර්ථ 2ක් අතර ඇති වන අතර, ඒවායේ මාධ්‍යය වන්නේ යම් අංශු විශේෂයකි. මේ විශ්වය තුල Fundamental Interactions 4ක් තියෙනවා. ඒවා ප්‍රභලතාවය අනුව අවරෝහණ පිලිවලට

1. Strong Interaction
2. Weak Interaction
3. Electromagnetism ( විද්‍යුත් චුම්භකත්වය )
4. Gravitational Force ( ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය )

මෙම Fundamental Interactions ගමන් කරන්නේ යම් කිසි අංශු විශේෂයක් මගිනි. මෙමෙ අංශු පොදුවේ Gauge Bosons ලෙස හඳුන්වනවා. මේ Fundamental Interactions වල තියන වීශේෂත්වය නම් ඔබ විශ්වයේ කොතැනක සිටියත් මේ බල 4න් අවම වශයෙන් 1ක් හෝ ඔබ මත ක්‍රියා කරනවා. ඔබ මේ විශ්වයේ කොතැනට ගියත් ඔබට පෘථිවියේ ගුරුත්වාකර්ෂණ බලයෙන් මිදෙන්න බැහැ.

Fundamental Interactions ගණිතමය ආකාරයකින් නිරූපණය කිරීම සඳහා බල ක්ෂේත්‍ර කියන සංකල්පය භාවිතා කරනවා.

1. Gravitational Force (ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය)

ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය ගැන මුලින්ම අදහස් දක්වන්නේ Sir Isaac Newton. ඔහු ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය අර්ථ දක්වන්නේ ස්කන්ධ 2ක් අතර ඇතිවන ආකර්ෂණ බලයක් විදියට.

නමුත් Albert Einstein විසින් සාමාන්‍යය සාපේක්ෂතාවාදයේදී (General Relativity) කාල අවකාශය තලයේ නැවීමක් නිසා ඇතිවන බල ක්ෂේත්‍රයක් ලෙස ගුරුත්වාකර්ෂණය අර්ථ දක්වලා තියෙනවා. පසුකාලීනවා සොයාගත් ගුරුත්වාකර්ෂණ රක්ත විස්ථාපනය (Gravitational Redshift) වැනි සංසිද්ධි මගින් Einstein ගේ අර්ථ දැක්වීම නිවැරදි බව හඳුනාගෙන තියනවා.

ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය අනන්තය දක්වා විහිදෙන බලයක්. එය සෑම විටම ආකර්ෂණ බලයක් ලෙස ක්‍රියා කරනවා.

ගුරුත්වාකර්ෂණ බලයට අදාල මාධ්‍යය අංශුව (Mediator) වන්නේ Graviton යන අංශුවයි. Heisenberg ගේ අවිනිශ්චිතතා මූලධර්මය (Uncertainty Principle) මඟින් මෙම අංශුවේ ස්කන්ධය ශුන්‍යය වන බව ඔප්පු කරන්න පුළුවන්.

2. Electromagnetism (විද්‍යුත් චුම්භකත්වය)

විද්‍යුත් චුම්භකත්වය කියන්නේ ආරෝපිත අංශු දෙකක් අතර ඇති වන බලයක්. මෙම බලය ආකර්ෂණ හෝ විකර්ෂණ බලයක් විය හැකිය.

විද්‍යුත් චුම්භකත්වයට අදාල මාධ්‍ය අංශුව වන්නේ ෆෝටෝනයයි (Photon). ෆෝටෝනයත් ශුන්‍ය ස්කන්ධයක් සහිත අංශුවක්. විද්‍යුත් චුම්භක බලය ක්වොන්ටම් භෞතික විද්‍යාවේ Quantum Electro Dynamics විෂය යටතේ සාකච්ඡා කරනවා. එහි සඳහන් අකාරයට විද්‍යුත් චුම්භක බලයහි ප්‍රබලතාවය Fine Structure Constant (α) මගින් නිරූපණය කෙරෙනවා.

ආරෝපිත අංශු 2ක් අතර විද්‍යුත් චුම්භක බලය

ආකාරයෙන් දක්වන්න පුළුවන්

Strong Interaction සහ Weak Interaction ගැන කතා කරන්න කලින් මූලික උපපරමාණුක අංශු ගැන දැන සිටිය යුතුය.
අප අවට තිබෙන සෑම පදාර්ථයක්ම නිර්මාණය වෙලා තියෙන්නේ ප්‍රධාන අංශු (Fundamental Particles) වර්ග 2කින්ය

1. Quarks
2. Leptons

ක්වාක්ස් වර්ග 6ක් ගැන Particle Physics වලදි කතා කරනවා.

1. Up
2. Down
3. Top
4. Bottom
5. Charm
6. Strange

මින් ස්ථායිම ක්වාක්ස් වර්ග වන්නේ Up Quarks, Down Quarks සහ Charm Quarks. අනෙකුත් සියලුම වර්ග වල ක්වාක්ස් අංශු Particle Decay නම් ක්‍රියාවලියක් මගින් Up සහ Down ක්වාක්ස් බවට බිඳ හෙලනවා. මේ Up Quarks සහ Down Quarks විවිධ ආකාරයෙන් සං‍යෝජනය වී ප්‍රෝටෝන සහ නියුට්‍රෝන සෑදෙනවා

• Proton (UUD; Up Quarks – 2, Down Quarks – 1)
• Neutron (UDD; Up quarks – 1, Down Quarks – 2)

ලෙප්ටෝන වර්ග 6ක් හඳුනාගෙන තියනවා.

1. Electron
2. Muon
3. Tau
4. Electron Neutrino
5. Muon Neutrino
6. Tau Neutrino

මේ අතරින් ස්ථායීම අංශුව වන්නේ ඉලෙක්ට්‍රෝනයයි.

3. Strong Interaction

අපි කලින් කතා කළා ප්‍රෝටෝන සහ නියුට්‍රෝන තුළ ක්වාක්ස් අංශු පවතින බව. Strong Interaction කියන්නේ මෙම ක්වාක්ස් අංශු එක් කර තබාගන්නා බලය. මෙම බලය කෙතරම් ප්‍රබලද කියනවානන් තනිව පවතින ක්වාක්ස් අංශු සොයාගත හැකි වන්නේ නැහැ.

Strong Interaction හී මාධ්‍යය අංශුව (Mediator) වන්නේ Gluon අංශු. එයත් ස්කන්ධය ශුන්‍යය වූ අංශුවක්. Strong Interaction හි ප්‍රබලතාවය නිරූපණය කරන්න Strong Coupling Constant (α_s) භාවිතා කරනවා.

4. Weak Interaction

යම් අන්තර් ක්‍රියාවකට Neutrinos සහ Anti Neutrinos සහභාගි වනවානම් එවන් අන්තර් ක්‍රියාවන් Weak Interaction ලෙස හැදින්වෙනවා. මෙහි මාධය අංශුව (Mediator) වන්නේ W^+- සහ Z⁰ බෝසෝන (Bosons). මෙම අංශුවලට ස්කන්ධයක් පවතිනවා.

• m_w = 80.4 GeV
• m_z = 91.2 GeV

Weak Interactions වලට උදාහරණ කිහිපයක් සලකා බලමු.

මෙම ලිපිය ආරම්භයේදී කතා කලා Fundamental Interactions වලින් දුර්වලම බලය ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය කියලා. පෘථිවිය වගේ විශාල වස්තුවක් මඟින් ඇතිකරන ගුරුත්වය එතරම් දුර්වල වීම විද්‍යාඥයින්ට පුදුමයට කරුණක් වුනා. ඒ පිළිබඳ දිගටම පරික්ෂණ කරපු විද්‍යාඥයින් අවසානයේ පිළිගත හැකි නිගමනයකට පැමිණියා. ඔවුන් පවසන ආකාරයට ගුරුත්වය, අපට නොපෙනෙන මානයක් ඔස්සේ කාන්දු වෙමින් පවතිනවා. එය එසේ සිදු වේ නම් එම සංසිද්ධිය සමාන්තර විශ්ව සමඟ සන්නිවේදනය කිරීමට වුවද යොදාගත හැකි බව තමයි විද්‍යාඥයින්ගේ මතය.

මේ වගේ විශ්මයජනක සංසිද්ධි කොපමණ ප්‍රමාණයක් මේ විශ්වයේ තියනවා ඇතිද? තවත් මෙවැනිම ලිපියක් සමගින් ඔබ හමුවීමට පැමිණෙන තෙක් ආයුබෝවන්.

ස්තූතියි.

~අතුල්‍ය රත්නායක