சுழற்சி (இயற்பியல்): திருத்தங்களுக்கு இடையிலான வேறுபாடு
No edit summary |
No edit summary |
||
| வரிசை 9: | வரிசை 9: | ||
[[Image:Zeeman p s doublet.svg|400 px]] |
[[Image:Zeeman p s doublet.svg|400 px]] |
||
[[போர்]] தனது அணு மாதிரியை முதன்முதலாக உலகிற்கு விளக்கிய போது அனைவரும் இந்த [[ஜீமான் விளைவை]] எவ்வாறு இந்த [[அணு மாதிரி]] விளக்கும் என்று எதிர்பார்த்து இருந்தனர். [[போர்]] அணு மாதிரிபடி [[எதிர்மின்னி|எதிர்மின்துகள்கள்]] ஒரு குறிபிட்ட பாதையில் மட்டுமே அனுகருவை சுற்ற முடியும். இந்த |
[[போர்]] தனது அணு மாதிரியை முதன்முதலாக உலகிற்கு விளக்கிய போது அனைவரும் இந்த [[ஜீமான் விளைவை]] எவ்வாறு இந்த [[அணு மாதிரி]] விளக்கும் என்று எதிர்பார்த்து இருந்தனர். [[போர்]] அணு மாதிரிபடி [[எதிர்மின்னி|எதிர்மின்துகள்கள்]] ஒரு குறிபிட்ட பாதையில் மட்டுமே அனுகருவை சுற்ற முடியும். இந்த சுழற்சியின் காரணத்தால் ஒரு [[சுற்றுப்பாதை கோண உந்தம்]] ( Orbital Angular Momentum ) ஏற்படுகிறது. மேலும் [[எதிர்மின்துகள்கள்]] [[மின் ஆற்றலை]] பெற்றிருக்கும் காரணத்தால் இதன் ஓட்டம் ஒரு காந்த புலத்தை உருவாகுகிறது. இந்த காந்த புலம் ஒரு [[சுற்றுப்பாதை காந்தத்திருப்புதிறனை]] (Orbital Magnetic Moment) ஏற்படுத்துகிறது. இதன் காரணத்தால் ஆற்றல் மட்டங்களில் மாற்றம் மேலும் அதிகமாக ஏற்படுவதற்கு வழிவகுத்தது. இருப்பினும் முரண்பாடான [[ஜீமான் விளைவு]] ஏற்பட இந்த ஆற்றல் மட்டங்களுக்கு மேலும் சில ஆற்றல் மட்டங்கள் தேவைப்பட்டன. இதனை விளக்க உலேன்பேக் (Uhlenbeck) மற்றும் கௌட்ச்மித் (Goudsmit) ஒரு புதிய விளக்கத்தினை கொடுத்தனர். அதுதான் [[சுழற்சி (இயற்பியல்)|எதிர்மின்துகள்களின் தற்சுழற்சி]] (electron spin) என்பது ஆகும். |
||
பொதுவாக இந்த தற்சுழற்சியை பூமி தன்னைதானே சுழல்வது போன்று, என்று கூறுவது வழக்கம். ஆனால் இந்த கருத்து உதவவில்லை. மேலும் அவர்கள் இதனை கூர்ந்து உற்று நோக்கும் பொழுது இது எதிர்மின்துகள்கள் தன்னைதானே சுழல்வது போன்றுஅல்ல, ஆனால் இந்த எதிர்மின்துகள்கள் அதிகபடியான கோண உந்தம் (extra Angular Momentum) கொண்டுள்ளது. மேலும் துகள்களின் இயக்கம் நமது அன்றாட வாழ்கையில் காணமுடியாத ஒன்றாக இருப்பதன் காரணத்தால் இதை ஊகிப்பதில் கடினம் உள்ளது. இந்த சுழற்சி அதிபடியான [[உரிமை அளவெண்]] (Degree of Freedom) கொடுப்பதை தவிர வேறுஒன்றும் இல்லை. இது இரண்டு அளவுகள் மட்டுமே கொள்ளும். அவையாவன + 1/2 மற்றும் - 1/2. இது போன்று அரை அளவுகள் சுழற்சி கொண்ட துகள்கள் [[பெர்மியோன்]] (Fermion) என்று அழைக்கபடுகின்றன. இதே போன்று ஒளி துகள்களின் (Photon) சுழற்சி ஒன்று (±1) ஆகும் <ref>{{cite book|author=G. Venkataraman |title=Bose and His Statistics, Page No: 88, Universities Press, 1997}}</ref>. இது போன்று முழு அளவுகள் சுழற்சி கொண்ட துகள்கள் [[போசோன்]] (Boson) என்று அழைக்கபடுகின்றன. |
பொதுவாக இந்த தற்சுழற்சியை பூமி தன்னைதானே சுழல்வது போன்று, என்று கூறுவது வழக்கம். ஆனால் இந்த கருத்து உதவவில்லை. மேலும் அவர்கள் இதனை கூர்ந்து உற்று நோக்கும் பொழுது இது எதிர்மின்துகள்கள் தன்னைதானே சுழல்வது போன்றுஅல்ல, ஆனால் இந்த எதிர்மின்துகள்கள் அதிகபடியான கோண உந்தம் (extra Angular Momentum) கொண்டுள்ளது. மேலும் துகள்களின் இயக்கம் நமது அன்றாட வாழ்கையில் காணமுடியாத ஒன்றாக இருப்பதன் காரணத்தால் இதை ஊகிப்பதில் கடினம் உள்ளது. இந்த சுழற்சி அதிபடியான [[உரிமை அளவெண்]] (Degree of Freedom) கொடுப்பதை தவிர வேறுஒன்றும் இல்லை. இது இரண்டு அளவுகள் மட்டுமே கொள்ளும். அவையாவன + 1/2 மற்றும் - 1/2. இது போன்று அரை அளவுகள் சுழற்சி கொண்ட துகள்கள் [[பெர்மியோன்]] (Fermion) என்று அழைக்கபடுகின்றன. இதே போன்று ஒளி துகள்களின் (Photon) சுழற்சி ஒன்று (±1) ஆகும் <ref>{{cite book|author=G. Venkataraman |title=Bose and His Statistics, Page No: 88, Universities Press, 1997}}</ref>. இது போன்று முழு அளவுகள் சுழற்சி கொண்ட துகள்கள் [[போசோன்]] (Boson) என்று அழைக்கபடுகின்றன. |
||
16:44, 26 மே 2016 இல் நிலவும் திருத்தம்
அணுக்களின் நிறமாலையை அறிவது மிகவும் கடினமான ஒன்று. இதை அறிவதற்கு சில கடினமான வியுகங்களை உருவாக்க வேண்டியதாக உள்ளது. அவ்வாறு ஏற்பட்ட ஒரு கடினமான அனுமானமே துகள்களின் தற்சுழற்சி (spin) ஆகும்.
செய்முறை வல்லுநர்களின் மூலம் இதன் ஆரம்பம் ஏற்பட்டது. அவர்கள் காந்த புலத்தை ஒளியின் குறுக்கே வைத்து சோதனை செய்தனர். அபொழுது நிரமளைகளில் இருந்த நிற வரிகள் தனித்தனியாக பிரிவதை கண்டனர்.இந்த விளைவை ஹாலோந்த் நாட்டை சேர்ந்த ஜீமான் என்பவர் 1896-ம் ஆண்டு சோதனை மூலம் கண்டறிந்தார். இதற்கு ஜீமான் விளைவு அல்லது சீமன் விளைவு என்று பெயரிடப்பட்டது. ஆனால் இந்த பிரிதலுக்கான காரணம் என்ன? என்று அவருக்கு விளங்கவில்லை. இதனை விளக்க டச்சு இயற்பியல் அறிஞ்சர் லாரன்ஸ் ஒரு விளக்கதினை கொடுத்தார். அப்பொழுது போர் அணு மாதிரி (Bohr atom model) இல்லாத காலம். போர் தனது அணு மாதிரி விளக்குவதற்கு சுமார் பதினைந்து ஆண்டுகளுக்கு முற்பட்டது. லாரன்ஸின் இந்த விளக்கம், சோடியம் நிறமாலையில் ஏற்பட்ட D1 மற்றும் D2 நிற வரிகளை விளக்க முடியவில்லை. இதனை முரணிய அல்லது முரண்பாடான ஜீமான் விளைவு என்று அழைக்கபட்டது.
போர் தனது அணு மாதிரியை முதன்முதலாக உலகிற்கு விளக்கிய போது அனைவரும் இந்த ஜீமான் விளைவை எவ்வாறு இந்த அணு மாதிரி விளக்கும் என்று எதிர்பார்த்து இருந்தனர். போர் அணு மாதிரிபடி எதிர்மின்துகள்கள் ஒரு குறிபிட்ட பாதையில் மட்டுமே அனுகருவை சுற்ற முடியும். இந்த சுழற்சியின் காரணத்தால் ஒரு சுற்றுப்பாதை கோண உந்தம் ( Orbital Angular Momentum ) ஏற்படுகிறது. மேலும் எதிர்மின்துகள்கள் மின் ஆற்றலை பெற்றிருக்கும் காரணத்தால் இதன் ஓட்டம் ஒரு காந்த புலத்தை உருவாகுகிறது. இந்த காந்த புலம் ஒரு சுற்றுப்பாதை காந்தத்திருப்புதிறனை (Orbital Magnetic Moment) ஏற்படுத்துகிறது. இதன் காரணத்தால் ஆற்றல் மட்டங்களில் மாற்றம் மேலும் அதிகமாக ஏற்படுவதற்கு வழிவகுத்தது. இருப்பினும் முரண்பாடான ஜீமான் விளைவு ஏற்பட இந்த ஆற்றல் மட்டங்களுக்கு மேலும் சில ஆற்றல் மட்டங்கள் தேவைப்பட்டன. இதனை விளக்க உலேன்பேக் (Uhlenbeck) மற்றும் கௌட்ச்மித் (Goudsmit) ஒரு புதிய விளக்கத்தினை கொடுத்தனர். அதுதான் எதிர்மின்துகள்களின் தற்சுழற்சி (electron spin) என்பது ஆகும்.
பொதுவாக இந்த தற்சுழற்சியை பூமி தன்னைதானே சுழல்வது போன்று, என்று கூறுவது வழக்கம். ஆனால் இந்த கருத்து உதவவில்லை. மேலும் அவர்கள் இதனை கூர்ந்து உற்று நோக்கும் பொழுது இது எதிர்மின்துகள்கள் தன்னைதானே சுழல்வது போன்றுஅல்ல, ஆனால் இந்த எதிர்மின்துகள்கள் அதிகபடியான கோண உந்தம் (extra Angular Momentum) கொண்டுள்ளது. மேலும் துகள்களின் இயக்கம் நமது அன்றாட வாழ்கையில் காணமுடியாத ஒன்றாக இருப்பதன் காரணத்தால் இதை ஊகிப்பதில் கடினம் உள்ளது. இந்த சுழற்சி அதிபடியான உரிமை அளவெண் (Degree of Freedom) கொடுப்பதை தவிர வேறுஒன்றும் இல்லை. இது இரண்டு அளவுகள் மட்டுமே கொள்ளும். அவையாவன + 1/2 மற்றும் - 1/2. இது போன்று அரை அளவுகள் சுழற்சி கொண்ட துகள்கள் பெர்மியோன் (Fermion) என்று அழைக்கபடுகின்றன. இதே போன்று ஒளி துகள்களின் (Photon) சுழற்சி ஒன்று (±1) ஆகும் [1]. இது போன்று முழு அளவுகள் சுழற்சி கொண்ட துகள்கள் போசோன் (Boson) என்று அழைக்கபடுகின்றன.
இது போன்று தனித்தனியான அளவைகள் பாரம்பரிய அல்லது பழைய இயக்கவியலில் (Classical mechanics) அல்லாத ஒன்று. கடைசியாக துகள்களின் தற்சுழற்சி என்பது துகள் தன்னைதானே சுற்றுவது அல்ல அது ஒரு அதிகபடியான உரிமை அளவெண் ஆகும்.
சுழற்சி கொண்டு அடிப்படை துகள்களின் பகுப்பு [2]
| துகள்கள் | சுழற்சி | போசோன் | பெர்மியோன் |
|---|---|---|---|
| எலேக்ட்ரான் (electron) | 1/2 | X | |
| பாசிடிரன் (positron) | 1/2 | X | |
| நியுற்றினோ (neutrino) | 1/2 | X | |
| புரோட்டன் (proton) | 1/2 | X | |
| நியுட்ரான் (neutron) | 1/2 | X | |
| μ-மேசான் (μ-meson) | 1/2 | X | |
| ஒமேகா (omega) | 3/2 | X | |
| π-மேசான் (π-meson) | 0 | X | |
| K-மேசான் (K-meson) | 0 | X | |
| போட்டன் (photon) | 1 | X | |
| க்ராவிடன் (graviton) | 2 | X |
சுழற்சியும் சமச்சீர் தன்மையும்[3]
சுழற்சியை ஒரு பந்து சுழல்வது போல கற்பனை செய்வது உதவாத காரணத்தால், இந்த சுழற்சியை அறிவதில் பல அறிஞ்சர்கள் முற்பட்டனர். ஸ்டீபன் ஹாகிங் இதை பின்வருமாறு விளக்குகிறார்.
•
துகள் சுழற்சி=0
துகள் சுழற்சியை பூஜியம் (spin=0) என்று எடுத்துக்கொண்டால் அது ஒரு புள்ளி (•)போன்று தோன்றும். எந்த திசையில் இருந்து இதை பார்த்தாலும் அந்த துகள் ஒரே மாதிரியாக தோன்றும்.
மாறாக இந்த சுழற்சியை ஒன்று (spin=1) என்று கொண்டால் அது ஒரு அம்பு (arrow) போன்று எண்ணலாம். இதற்கு நாம் சீட்டு கட்டில் உள்ள ஸ்பேடு சீட்டை (♠) நினைவு கொள்ளலாம். இந்த பூவை (ஸ்பேடை) வெவ்வேறு திசையிலிருந்து பார்த்தால் வெவ்வேறாக தெரியும். இந்த பூ வை (♠) 360° சுழல செய்தால் மட்டுமே அதன் பூ (♠) அமைப்பை மீண்டும் பெறமுடியும். இதற்கு மாறாக 90° அல்லது 180° சுற்றினால் நமக்கு பூ (♠) அமைப்பு பக்கவாட்டிலோ அல்லது தலைகீழகவோ தோன்றும் அல்லவா?
இதே போன்று சுழற்சியை இரண்டு (spin=2) என கொண்டால் இதற்கு அர்டீன் சீட்டை (♥) கொள்ளலாம். இந்த பூவை (அர்டீனை) 180° சுழல செய்தால், அதன் பூ (♥) அமைப்பை மீண்டும் பெறமுடியும். இதற்கு மாறாக 90° அல்லது 270° சுற்றினால் நமக்கு பூ (♥) அமைப்பு பக்கவாட்டில் தெரியும். இதே போன்று அதிக சுழற்சி எண்கள் கொண்ட துகள்கள் வெவ்வேறு குறிபிட்ட கோணத்தில் சுழல்வதால் அதன் இயல்பு அமைப்பை பெறுகின்றன.
மேலும் துகள்களின் சுழற்சி அரை (spin=1/2) என்று கொண்டால், இதற்கு நம்மிடத்தில் உதாரணம் இல்லை. ஆனால் சுழல் கோணம் 720° சுழலும் பொழுது இந்த துகள் தன் இயல்பு நிலையை பெருகின்றன. அதாவது இரண்டு முறை சுழன்றால் அந்த துகள் தன் இயல்பு நிலையை அடையும். சுருங்க சொன்னால் ஒரு துகள் சுழலும் பொழுது எந்த கோணத்தில் அந்த துகள் தன்னுடைய இயல்பு அமைப்பை அல்லது சமச்சீர் தன்மையை பெறுகின்றனவோ அதை கொண்டு அந்த துகளின் சுழற்சி நிர்ணயிக்கபடுகிறது. அதாவது சுழற்சி அந்த துகளின் சமச்சீர் தன்மையை பற்றியது ஆகும்.
மேற்கோள்
- G. Venkataraman. Quantum Revolution I THE BREAKTHROUGH, Page No: 40-43. Universities Press, 1997