5.15 کمیت اور توانائی کی تبدیلی

ہوم ／ باب:5 خردبینی ذرّات

کمیت اصل میں محفوظ شدہ توانائی ہے۔ یہ توانائی کے باریک ریشوں کی ایک گرہ ہے جو توانائی کے سمندر میں خود کو سنبھالتی ہے۔ توانائی ایسے لہروں کی صورت میں سفر کرتی ہے جو اسی سمندر میں بنتی اور ہم آہنگ لہری پیکٹ بناتی ہیں۔ کمیت اور توانائی کی تبدیلی سے مراد یا تو گرہ کا کھل کر لہروں میں بدل جانا ہے، یا لہروں کا سمٹ کر ریشوں میں ڈھل جانا جو دوبارہ گرہ کی شکل اختیار کر لیں۔ ایک ہی ٹینسر ماحول میں تبادلے کی شرح مستقل رہتی ہے۔ مختلف ماحول کا تقابل کرتے وقت وقت اور طوالت کو مقامی ٹینسر بنیاد کے مطابق دوبارہ ناپ تول سے باندھنا پڑتا ہے۔

I. قابل اعتماد مثالیں — کمیت سے توانائی

• ذرہ اور ضد ذرہ کی فنا
  جب الیکٹران پوزیٹرون سے ملتا ہے تو جوڑا سمندر میں لوٹ آتا ہے اور تقریباً ساری محفوظ توانائی دو فوٹون شعاعوں کی صورت میں نکلتی ہے۔ اسی طرز پر بہت سے کم عمر میزون ٹوٹتے ہیں اور ساختی توانائی روشنی اور ہلکے ذرات بن کر خارج ہوتی ہے۔
• برانگیختہ حالت سے واپسی
  جوہری یا سالماتی ساختیں جو بیرونی اثر سے اوپر اٹھتی ہیں، زیادہ بچت والی ساخت میں لوٹتی ہیں اور فرق شدہ توانائی فوٹون کے طور پر چھوڑ دیتی ہیں۔ یہی روزمرہ سپیکٹروسکوپی اور لیزر کے بڑھانے والے مادوں کی بنیاد ہے۔
• جوہری عمل میں کمیت کی کمی
  فیوژن منتشر نیوکلیون کو زیادہ مستحکم ڈھانچے میں پرو دیتا ہے جس کی کل کمیت کم ہوتی ہے۔ اس کی بندھن توانائی نیوٹرون، گاما شعاع اور ذرات کی حرکی توانائی بن کر نکلتی ہے۔ فیشن حد سے زیادہ کھنچی ہوئی ساخت کو آسان ترکیب میں بدل دیتا ہے اور زائد توانائی حرکت اور تاب کاری میں ڈھل جاتی ہے۔ جوہری توانائی اور سورج کی تابانی اسی راستے پر ہیں۔
• بلند توانائی ٹوٹ پھوٹ اور جیٹیں
  بھاری ذرات بنتے ہی تیزی سے ٹوٹتے ہیں۔ ساختی توانائی ترجیحی راستوں سے بہت سے ہلکے ذرات اور تاب کاری کو منتقل ہوتی ہے اور توانائی کا حساب کتاب بند ہو جاتا ہے۔

مشترکہ نکتہ
مستحکم یا عبوری ساخت پھر سے لکھی جاتی ہے اور خود محفوظ توانائی ہم آہنگ لہری پیکٹ اور ہلکے ذرات بن کر لوٹتی ہے۔ یعنی گرہ لہروں میں کھل جاتی ہے۔

II. قابل اعتماد مثالیں — توانائی سے کمیت

• مضبوط کولمبی میدان کے پاس گاما سے جوڑا بننا
  بلند توانائی کا گاما فوٹون کسی بھاری مرکزے کے میدان میں تھم جاتا ہے اور الیکٹران پوزیٹرون جوڑے میں بدل جاتا ہے۔ اندر آنے والی شے برقی مقناطیسی توانائی ہے اور باہر نکلنے والی حقیقی ذرات ہیں جن کی آرامی کمیت ہوتی ہے۔
• دو فوٹون اور طاقت ور میدان میں جوڑا بننا
  دو بلند توانائی فوٹونوں کی روبرو ٹکر یا حد سے زیادہ طاقت ور لیزر کا بلند توانائی الیکٹران شعاع سے جڑنا مقامی میدان کو دہلیز سے اوپر اٹھا دیتا ہے اور بار دار جوڑے پیدا ہوتے ہیں۔ انتہائی حاشیائی بھاری آئن ٹکراؤ اس کو صاف دکھاتے ہیں۔
• accelerator میں بھاری ذرات کی تیاری
  شعاعوں کی حرکی توانائی نہایت خفیف فضائی زمانی حجم میں سمیٹ دی جاتی ہے۔ ایک لمحے کے لیے ریشے کھنچ کر بند ہو جاتے ہیں اور بھاری ذرات سامنے آتے ہیں جیسے بوزون ڈبلیو، بوزون زیڈ، ٹاپ کوارک اور ہگز ذرہ، جو فوراً ٹوٹ جاتے ہیں۔ اندر آنے والی توانائی حرکت اور میدان سے آتی ہے اور باہر نکلنے والی اہم آرامی کمیت ہوتی ہے۔
• خلا کے پس منظر کو حقیقی فوٹون میں ابھارنا
  حرکی اثر کازیمیر اور خود رو پیرا میٹرک نیچے کی طرف تبدیلی ایسی جوڑی فوٹون پیدا کر سکتے ہیں جو آپس میں مربوط ہوں، خواہ مطلوبہ تعدد پر کوئی اشارہ نہ ڈالا جائے۔ بیرونی رسد کے ساتھ نقطہ صفر کے جھول دہلیز پار کر کے ناپے جانے والے کوانٹم بن جاتے ہیں۔ اگرچہ پیداوار فوٹون ہیں جن کی آرامی کمیت نہیں، مگر منطق وہی رہتی ہے کہ توانائی دکھائی دینے والے کوانٹم میں بدلتی ہے۔

مشترکہ نکتہ
بیرونی رسد یا جیومیٹری کی نئی ترتیب مقامی ٹینسر اور ہم آہنگی کو نُکلیئیشن یعنی نئی ساخت بننے کی دہلیز سے اوپر لے جاتی ہے، یوں مختصر عمر کے آدھی گرہیں حقیقی گرہ بن جاتی ہیں۔

III. جدید طبیعیات کی وضاحت کہاں تک پہنچتی ہے

میدان اور کوانٹمی جھول کی زبان میں جدید طبیعیات احتمال، زاویائی تقسیم، پیداوار اور توانائی کے حساب کو بہت درستی سے بتا دیتی ہے۔ یہ انجینئرنگ کی کامیابی ہے۔ ہگز طریقۂ کار بہت سے بنیادی ذرات کے لیے کمیتی اجزا کو قابل پیمانہ بناتا ہے۔ تاہم تصویری سوالات کہ اصل میں جھولتا کیا ہے اور خلا اس طرح کیوں جھولتا ہے کے جواب میں رائج ڈھانچا حساب اور قیاس کو ترجیح دیتا ہے نہ کہ ایسا مادی نقشہ جس سے طریقۂ کار آنکھوں کے سامنے آجائے۔ دوسرے لفظوں میں حساب اور فٹنگ مضبوط ہیں مگر عمل کی صورت گری کم نمایاں رہتی ہے۔ یہ انتخاب ہے، خطا نہیں۔

IV. ساختی نقشۂ کار — نظریۂ توانائی کے ریشے

اس نظریے میں سمندر ایسا پیہم واسطہ ہے جسے کھینچا یا ڈھیلا کیا جا سکتا ہے۔ ریشے اسی سمندر سے نکلی ہوئی مادی لکیریں ہیں جو حلقہ بن کر بند ہو سکتی ہیں۔

• کمیت سے توانائی — ریشوں کا سمندر میں پلٹنا
  جب خود برقرار رکھنے کی شرطیں ٹوٹتی ہیں، یعنی کوئی زور دار واقعہ ٹینسر منظر نامہ بدل دیتا ہے، مرحلہ بندی کی قفل بندی ٹوٹ جاتی ہے یا بیرونی دباؤ بہت بڑھ جاتا ہے، تو گرہ ڈھیلی پڑتی ہے اور محفوظ توانائی لہری پیکٹ بن کر کم رکاوٹ والی راہوں پر نکل جاتی ہے۔ فنا، برانگیختہ حالت سے واپسی اور جوہری توانائی کا اخراج اسی خانے میں آتے ہیں۔
• توانائی سے کمیت — ریشوں کا کھنچنا اور نُکلیئیشن
  جب بیرونی میدان یا ہیت مقامی ٹینسر بلند کر دیں اور رسد مرحلہ بندی کو قائم رکھتے ہوئے جاری رہے تو سمندر توانائی کو ریشوں میں کھینچتا اور انہیں بند کرنے کی کوشش کرتا ہے۔ زیادہ تر کوششیں مختصر عمر کی آدھی گرہیں رہتی ہیں، کچھ دہلیز پار کر کے قابل دریافت بن جاتی ہیں۔ گاما جوڑے، دو فوٹون یا طاقت ور میدان کے جوڑے اور accelerator میں بھاری ذرات کی تیاری اسی کی شکلیں ہیں کہ بیرونی رسد آدھی گرہ کو دہلیز سے پار دھکیل دیتی ہے۔
• تبادلہ اور پیمانہ بندی
  ایک ہی ماحول میں کمیت اور توانائی طے شدہ نسبت پر بدلتے ہیں۔ ماحول بدلتے وقت وقت اور طوالت کو مقامی ٹینسر بنیاد پر دوبارہ باندھنا لازم ہے۔ یہی نکتہ پہلے واضح کیا جا چکا ہے۔

یہ مادی نقشہ اس سوال کو کھول دیتا ہے کہ تبادلہ کیوں ممکن ہے۔ کیا دہلیز پار ہو چکی ہے۔ دوبارہ جڑاؤ کیسے ہوتا ہے۔ کم سے کم مزاحمت والی راہ کون سی ہے۔

V. دو لہجے آمنے سامنے — مثالوں کے جوڑے

• الیکٹران اور پوزیٹرون کی فنا
  مرکزی بیان یہ کہ الٹے کوانٹمی اعداد والے ذرات رد عمل دے کر توانائی کو فوٹون بنا دیتے ہیں۔ نظریۂ توانائی کے ریشے کے مطابق دو الٹی لپیٹ والی ریشیاں ایک دوسرے کو کھول دیتی ہیں، ٹینسر میں محفوظ توانائی سمندر میں پلٹتی اور روشنی کے گچھوں کی صورت میں نکلتی ہے۔
• بھاری مرکزے کے پاس گاما سے جوڑا
  مرکزی بیان یہ کہ مضبوط کولمبی میدان میں گاما فوٹون جوڑے میں بدلتا ہے۔ نظریے کے مطابق مرکزہ مقامی ٹینسر کو نُکلیئیشن دہلیز سے اوپر اٹھاتا ہے، گاما کی لہری توانائی ریشوں میں سمٹ کر بند ہو جاتی ہے اور حقیقی جوڑا وجود میں آتا ہے۔
• دو فوٹون اور طاقت ور میدان
  مرکزی بیان یہ کہ دو فوٹون کافی توانائی سمیٹ لیتے ہیں یا غیر خطی طریقے سے جڑ کر دہلیز پار کراتے ہیں۔ نظریے کے مطابق دو ہم آہنگ رسدیں بہت چھوٹے حجم میں مرحلہ بند ہو کر سمندر کو ریشے کھینچنے کے کامی نقطے تک دھکیل دیتی ہیں اور آدھی گرہیں حقیقت اختیار کر لیتی ہیں۔
• accelerator میں بھاری ذرات
  مرکزی بیان یہ کہ مرتکز شعاعی توانائی نئے بھاری ذرات بناتی ہے جو جلد ٹوٹ جاتے ہیں۔ نظریے کے مطابق نہایت چھوٹے حجم میں بلند ٹینسر کی بلبلا پیدا ہوتی ہے۔ موٹے ریشے ایک ساتھ کھنچ کر بھاری گرہیں بنتی ہیں اور فوراً بکھر جاتی ہیں۔
• حرکی اثر کازیمیر اور خود رو پیرا میٹرک نیچے کی تبدیلی
  مرکزی بیان یہ کہ سرحدی شرطیں بدل کر یا غیر خطی واسطہ لا کر خلا کی جھول کو حقیقی فوٹون میں بڑھایا جاتا ہے۔ نظریے کے مطابق سمندر کی سرحدیں اور حالتی بناوٹ تیزی سے بدلی جاتی ہیں، چینل کھلتے ہیں جو آدھی گرہوں کو تھام کر بڑھاتے ہیں اور قابل شمار جوڑی فوٹون نظر آتے ہیں۔

VI. مشترک اور قابل آزمائش نشانیاں دونوں رُخوں کے لیے

• توانائی کا بند حساب کہ کیا کم ہوا، کیا بڑھا اور فرق کہاں گیا۔ یہ حساب واقعہ کی سطح پر بھی اور نمونے کی سطح پر بھی پورا ہونا چاہیے۔
• دہلیزیں اور ڈھلوانیں۔ نُکلیئیشن یا ساختی ٹوٹ پھوٹ کے بھڑکنے اور ڈھلوان بدلنے کے قابل پیمائش آثار ہوتے ہیں جو مقامی ٹینسر اور رسد کی طاقت کے ساتھ ساتھ چلتے ہیں۔
• قطبیت اور مرحلے کی باہمی تبدیلی۔ جب راستے یا ماحول سمت یافتہ ٹینسر بدل دیں تو پیداوار کی قطبیت اور مرحلہ وار نسبتیں بھی ساتھ بدلتی ہیں۔
• راستے کی ترجیح۔ کم مزاحمت والی راہداریاں روشنی چھوڑنے یا جوڑے بنانے میں زیادہ موزوں ہوتی ہیں۔ مکانی تقسیم انہی چینلوں کی ہیت سے میل کھاتی ہے۔

خلاصہ یہ کہ

• جدید طبیعیات کمیت اور توانائی کے تبادلے کی کیفیت اور اعداد کو بڑی درستی سے بتا اور پرکھ چکی ہے۔
• پھر بھی خلا کیا ہے اور توانائی ذرات کیوں بنتی ہے کی بنیادی تصویر تاحال تجریدی ہے۔
• نظریۂ توانائی کے ریشے ایک دکھائی دینے والا اور ساختی طریقۂ کار پیش کرتا ہے۔ سمندر ریشے کھینچ سکتا ہے اور ریشے گرہ بن کر بند ہو سکتے ہیں۔ دہلیز سے نیچے آدھی گرہیں اور پس منظر دکھتے ہیں اور دہلیز سے اوپر ذرات دریافت ہوتے ہیں۔ غیر مستحکم گرہیں کھل کر سمندر میں لوٹ آتی ہیں۔
• جہاں حدود آپس میں ملتی ہیں وہاں پیش گوئیاں ہم آہنگ ہوتی ہیں۔ فرق اس بات میں ہے کہ مواد اور راستے کی مزاحمت کو صاف صاف بیان کیا جائے۔ اس نقشے کے ساتھ ہر تجربہ ٹھوس انداز میں پڑھا جا سکتا ہے کہ سمندر کا کون سا حصہ تنگ ہوا، کون سی راہ زیادہ سازگار تھی اور کون سا قدم نُکلیئیشن دہلیز سے گزر گیا۔ لہٰذا توانائی کمیت بنتی ہے اور کمیت توانائی۔