एनीमेशन और फिल्म के माध्यम से प्रोटॉन की कल्पना करना

प्रोटोन

प्रोटॉन की क्वार्क संरचना। इसमें दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क होता है। मजबूत बल की मध्यस्थता ग्लून्स (लहरदार) द्वारा की जाती है। प्रबल बल में तीन प्रकार के आवेश होते हैं, तथाकथित लाल, हरा और नीला। ध्यान दें कि डाउन क्वार्क के लिए हरे रंग का चुनाव मनमाना है; “रंग आवेश” को तीन क्वार्कों के बीच परिसंचारी माना जाता है। श्रेय: अर्पाद होर्वथ/विकिपीडिया

एक प्रोटॉन को चित्रित करने का प्रयास करें – एक परमाणु नाभिक के भीतर मिनट, सकारात्मक चार्ज कण – और आप एक परिचित, पाठ्यपुस्तक आरेख की कल्पना कर सकते हैं: क्वार्क और ग्लून्स का प्रतिनिधित्व करने वाले बिलियर्ड गेंदों का एक बंडल। 1803 में जॉन डाल्टन द्वारा पहली बार प्रस्तावित ठोस क्षेत्र मॉडल से लेकर 1926 में इरविन श्रोडिंगर द्वारा प्रस्तुत क्वांटम मॉडल तक, अदृश्य की कल्पना करने की कोशिश कर रहे भौतिकविदों की एक कहानी है।

अब, भौतिकी के एमआईटी प्रोफेसर रिचर्ड मिलनर, जेफरसन प्रयोगशाला के भौतिक विज्ञानी रॉल्फ एंट और रिक योशिदा, एमआईटी वृत्तचित्र फिल्म निर्माता क्रिस बोएबेल और जो मैकमास्टर, और स्पुतनिक एनिमेशन के जेम्स लाप्लांटे ने मिलकर उप-परमाणु दुनिया को एक नए तरीके से चित्रित किया है। MIT सेंटर फॉर आर्ट, साइंस एंड टेक्नोलॉजी (CAST) और जेफरसन लैब द्वारा प्रस्तुत, “विज़ुअलाइज़िंग द प्रोटॉन” प्रोटॉन का एक मूल एनीमेशन है, जिसका उद्देश्य हाई स्कूल की कक्षाओं में उपयोग करना है। एंट और मिलनर ने अमेरिकन फिजिक्स सोसाइटी की अप्रैल की बैठक में योगदान वार्ता में एनीमेशन प्रस्तुत किया और इसे 20 अप्रैल को एमआईटी ओपन स्पेस प्रोग्रामिंग द्वारा आयोजित एक सामुदायिक कार्यक्रम में भी साझा किया। एनीमेशन के अलावा, सहयोगी प्रक्रिया के बारे में एक लघु वृत्तचित्र फिल्म कार्य प्रगति पर है।

यह एक ऐसी परियोजना है जिसके बारे में मिलनर और एंट कम से कम 2004 से सोच रहे हैं जब एमआईटी में भौतिकी के हरमन फेशबैक प्रोफेसर फ्रैंक विल्जेक ने अपने नोबेल व्याख्यान में एक एनीमेशन साझा किया था। क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (क्यूसीडी), एक सिद्धांत जो प्रोटॉन में ग्लून्स के अस्तित्व की भविष्यवाणी करता है। “इस विषय के लिए एक बहुत मजबूत एमआईटी वंश है,” मिलनर बताते हैं, भौतिकी में 1990 के नोबेल पुरस्कार का भी उल्लेख करते हुए, एमआईटी के जेरोम फ्रीडमैन और हेनरी केंडल और एसएलएसी नेशनल एक्सेलेरेटर प्रयोगशाला के रिचर्ड टेलर को उनके अग्रणी शोध के लिए उनके अस्तित्व की पुष्टि करने के लिए सम्मानित किया गया। दही।

शुरुआत के लिए, भौतिकविदों ने सोचा था कि एनीमेशन इलेक्ट्रॉन आयन कोलाइडर के पीछे के विज्ञान की व्याख्या करने के लिए एक प्रभावी माध्यम होगा, जो यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी ऑफिस ऑफ साइंस का एक नया कण त्वरक है – जिसमें मिलनर सहित कई एमआईटी संकाय, साथ ही साथ एंट जैसे सहयोगी भी शामिल हैं। , के लिए लंबे समय से वकालत की है। इसके अलावा, अभी भी प्रोटॉन के प्रतिपादन स्वाभाविक रूप से सीमित हैं, क्वार्क और ग्लून्स की गति को चित्रित करने में असमर्थ हैं। “भौतिकी के आवश्यक भागों में एनीमेशन, रंग, कणों का विनाश और गायब होना, क्वांटम यांत्रिकी, सापेक्षता शामिल है। एनीमेशन के बिना इसे व्यक्त करना लगभग असंभव है,” मिलनर कहते हैं।

2017 में, मिलनर को बोएबेल और मैकमास्टर से मिलवाया गया, जिन्होंने बदले में लाप्लांटे को बोर्ड पर खींच लिया। मिलनर को “एक अंतर्ज्ञान था कि उनके सामूहिक कार्य का एक दृश्य वास्तव में, वास्तव में मूल्यवान होगा,” परियोजना की शुरुआत के बोएबेल याद करते हैं। उन्होंने एक कास्ट संकाय अनुदान के लिए आवेदन किया, और टीम का विचार जीवन में आने लगा।






क्रेडिट: मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी

कला पहल और कास्ट के कार्यकारी निदेशक लीला किन्नी कहते हैं, “कास्ट चयन समिति चुनौती से चिंतित थी और इसे प्रोटॉन के एनीमेशन के साथ-साथ एनीमेशन बनाने में शामिल प्रक्रिया को उजागर करने के लिए एक शानदार अवसर के रूप में देखा।” “सच्चे कला-विज्ञान सहयोग से अधिक जटिल हैं विज्ञान संचार या विज्ञान दृश्य परियोजनाओं। उनमें रचनात्मक खोज और व्याख्यात्मक निर्णय लेने के विभिन्न, समान रूप से परिष्कृत तरीकों को एक साथ लाना शामिल है। प्रोटॉन की कल्पना करने के लिए चयनित दृश्य प्रौद्योगिकी में पहले से ही अंतर्निहित संभावनाओं, सीमाओं और विकल्पों को समझना महत्वपूर्ण है। हमें उम्मीद है कि लोग महत्वपूर्ण पूछताछ और ज्ञान उत्पादन के साथ-साथ भौतिकी के रूप में दृश्य व्याख्या की बेहतर समझ के साथ आएंगे।”

बोएबेल और मैकमास्टर ने पर्दे के पीछे से ऐसी दृश्य व्याख्या बनाने की प्रक्रिया को फिल्माया। “यह हमेशा चुनौतीपूर्ण होता है जब आप ऐसे लोगों को एक साथ लाते हैं जो वास्तव में विश्व स्तरीय विशेषज्ञ हैं, लेकिन विभिन्न क्षेत्रों से हैं, और उन्हें कुछ तकनीकी के बारे में बात करने के लिए कहते हैं,” मैकमास्टर टीम के वैज्ञानिक रूप से सटीक और नेत्रहीन दोनों तरह से कुछ बनाने के प्रयासों के बारे में कहते हैं। “उनका उत्साह वास्तव में संक्रामक है।”

फरवरी 2020 में, एनिमेटर LaPlante ने अपना पहला विचार साझा करने के लिए मेन में अपने स्टूडियो में वैज्ञानिकों और फिल्म निर्माताओं का स्वागत किया। यद्यपि क्वांटम भौतिकी की दुनिया को समझना एक अनूठी चुनौती थी, वे बताते हैं, “मेरे पास एक लाभ यह है कि मैं वैज्ञानिक पृष्ठभूमि से नहीं आता हूं। मेरा लक्ष्य हमेशा विज्ञान के चारों ओर अपना सिर लपेटना और फिर पता लगाना है, “ठीक है, अच्छा, यह कैसा दिखता है?'”

उदाहरण के लिए, ग्लून्स को स्प्रिंग्स, इलास्टिक्स और वेक्युम के रूप में वर्णित किया गया है। लाप्लांटे ने कण की कल्पना की, जो कि क्वार्क को एक साथ रखने के लिए सोचा था, कीचड़ के टब के रूप में। यदि आप अपनी बंद मुट्ठी को अंदर रखते हैं और इसे खोलने का प्रयास करते हैं, तो आप हवा का एक निर्वात बनाते हैं, जिससे आपकी मुट्ठी खोलना कठिन हो जाता है क्योंकि आसपास की सामग्री इसे रील करना चाहती है।

LaPlante को अपने 3D सॉफ़्टवेयर का उपयोग “फ्रीज़ टाइम” के लिए और एक गतिहीन प्रोटॉन के चारों ओर उड़ने के लिए भी प्रेरित किया गया था, केवल भौतिकविदों ने उन्हें सूचित करने के लिए कि मौजूदा डेटा के आधार पर ऐसी व्याख्या गलत थी। कण त्वरक केवल दो-आयामी स्लाइस का पता लगा सकते हैं। वास्तव में, त्रि-आयामी डेटा कुछ ऐसा है जिसे वैज्ञानिक अपने प्रयोग के अगले चरण में पकड़ने की उम्मीद करते हैं। वे सभी एक ही दीवार के खिलाफ आ गए थे – और एक ही सवाल – विषय को पूरी तरह से अलग तरीके से देखने के बावजूद।







श्रेय: “विज़ुअलाइज़िंग द प्रोटॉन” टीम के एनिमेशन के सौजन्य से

“मेरी कला वास्तव में संचार की स्पष्टता के बारे में है और जटिल विज्ञान को कुछ समझने योग्य बनाने की कोशिश कर रही है,” लाप्लांटे कहते हैं। विज्ञान की तरह, चीजों को गलत करना अक्सर उनकी कलात्मक प्रक्रिया का पहला कदम होता है। हालांकि, एनीमेशन में उनका प्रारंभिक प्रयास भौतिकविदों के साथ एक हिट था, और उन्होंने ज़ूम पर परियोजना को उत्साहपूर्वक परिष्कृत किया।

“दो बुनियादी घुंडी हैं जो प्रयोगवादी डायल कर सकते हैं जब हम उच्च ऊर्जा पर एक प्रोटॉन से एक इलेक्ट्रॉन को बिखेरते हैं,” मिलनर बताते हैं, बहुत कुछ पसंद है स्थानिक संकल्प और फोटोग्राफी में शटर स्पीड। “उन कैमरा चरों में इस बिखरने का वर्णन करने वाले भौतिकविदों की गणितीय भाषा में प्रत्यक्ष समानताएं हैं।”

“एक्सपोज़र टाइम,” या ब्योर्केन-एक्स, जो क्यूसीडी में एक क्वार्क या ग्लूऑन द्वारा किए गए प्रोटॉन की गति के अंश की भौतिक व्याख्या है, को कम किया जाता है, आप प्रोटॉन को लगभग अनंत संख्या में ग्लून्स और क्वार्क के रूप में चलते हुए देखते हैं। तुरंत। यदि ब्योर्केन-एक्स उठाया जाता है, तो आप लाल, नीले और हरे रंग में तीन बूँदें, या वैलेंस क्वार्क देखते हैं। जैसे ही स्थानिक संकल्प को डायल किया जाता है, प्रोटॉन एक गोलाकार वस्तु से एक पैनकेक वस्तु में चला जाता है।

“हमें लगता है कि हमने एक नए उपकरण का आविष्कार किया है,” मिलनर कहते हैं। “बुनियादी विज्ञान प्रश्न हैं: ग्लून्स को कैसे वितरित किया जाता है? प्रोटोन? क्या वे वर्दी में हैं? क्या वे जमे हुए हैं? हमें पता नहीं। ये बुनियादी, मौलिक प्रश्न हैं जिन्हें हम चेतन कर सकते हैं। हमें लगता है कि यह संचार, समझ और वैज्ञानिक चर्चा का एक उपकरण है।

“यह शुरुआत है। मुझे आशा है कि लोग इसे दुनिया भर में देखेंगे, और वे प्रेरित होंगे।”


प्रोटॉन स्पिन की उत्पत्ति की जांच


द्वारा उपलब्ध कराया गया
मैसाचुसेट्स की तकनीकी संस्था


यह कहानी एमआईटी न्यूज के सौजन्य से पुनर्प्रकाशित है (web.mit.edu/newsoffice/), एक लोकप्रिय साइट है जो एमआईटी अनुसंधान, नवाचार और शिक्षण के बारे में समाचारों को कवर करती है।

प्रशंसा पत्र: एनीमेशन और फिल्म के माध्यम से प्रोटॉन की कल्पना करना (2022, 26 अप्रैल) 27 अप्रैल 2022 को https://phys.org/news/2022-04-visualizing-proton-animation.html से लिया गया।

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