کائنات میں سب سے مضبوط قوّت کونسی ہے؟

(اِس مضمون کو مکمل طور پر سمجھنے کے لیے سینڈرڈ ماڈل آف پارٹیکل فزکس کی سمجھ ضروری ہے جس کا لنک پوسٹ کے آخر میں موجود ہے۔)
اگر اس کا انتہائی مختصر جواب دیا جائے تو کائنات کی سب سے مضبوط قوّت سٹرونگ نیوکلئیر فورس ہے۔ لیکن کائنات میں پائی جانے والی یہ قوّت اتنی مضبوط کیوں اور کیسے ہے؟ 1934ء سے پہلے تک ہم جانتے تھے کہ ایٹم کے نیوکلئیس میں پروٹونز اور نیوٹرونز ایک ساتھ رہتے ہیں لیکن ایک جیسے چارج رکھنے والے پروٹونز کیونکر اکھٹے رہ سکتے ہیں؟ اِن کے درمیان برقی مقناطیسی قوت کیوں نہیں جو اِن کو الگ کر دے؟
ہائیڈیک یوکاوا کو 1949 میں پائی میزون کی پیش گوئی کرنے پر نوبل انعام دیا گیا۔ پائی میزون ایسا کوانٹم ذرہ ہے جو پروٹونز اور نیوٹرونز کے درمیان تبدیل ہوتا ہے اور اِنہیں آپس میں جوڑے رکھتا ہے۔ لیکن کہتے ہیں انسانی تجسّس کی انتہا نہیں۔ بعد ازاں ہم نے یہ جانا کہ پروٹونز اور نیوٹرونز بنیادی پارٹیکلز نہیں۔ یہ مزید تین، تین کوارکس سے مل کر بنے ہیں۔ پروٹونز دو اپ کوارک اور ایک ڈاؤن کوارک جبکہ نیوٹرون ایک اپ کوارک اور دو ڈاؤن کوارک پر مشتمل ہوتا ہے۔ پالی ایکسکلوژن پرنسپل کہتا ہے کہ ایک ہی سٹیٹ میں دو فرمیونز ایک ساتھ نہیں رہے سکتے تو پروٹون یا نیوٹرون میں یہ ایک جیسے دو کوارکس کیسے ساتھ رہتے ہوں گے؟
یہاں ہم ایک مثال پروٹون کی لیتے ہیں۔ پروٹون میں دو اپ کوارکس ایک جیسی سٹیٹس رکھتے ہوئے ساتھ کیسے رہ رہے ہیں؟ تو اِس کا جواب یوں ہو گا کہ اِس میں ایک کوارک کی سپن دوسرے کی مخالف سمت میں ہو گی۔ اِس طرح دو ایک جیسے کوارکس مخالف سمت کے ساتھ ایک کوانٹم سٹیٹ میں رہ سکتے ہیں۔ یہاں مسلئہ ختم نہیں ہوتا۔ لیکن اگر ہم ڈیلٹا پلس پلس ⁺⁺Δ، ڈیلٹا مائنس ⁻Δ یا اومیگا مائنس ⁻Ω ہیڈرونز کو دیکھیں تو ڈیلٹا پلس پلس ⁺⁺Δ پارٹیکل تین اپ کوارکس، ڈیلٹا مائنس پارٹیکل ⁻Δ تین ڈاؤن کوارکس اور اومیگا مائنس ⁻Ω پارٹیکل تین سٹرینج کوارکس سے مل بنتا ہے۔ اگر ہم یہاں دیکھیں تو دو کوراکس کی سپن تو ایک دوسرے کے اُلٹ ہو سکتی ہے لیکن تیسرے کوارک کی سپن کسی ایک کوارک کی سپن سے مل جائے گی۔ تو کیا اِس صورت میں یہ فرمیونز پالی ایکسکلوژن پرنسپل کو فالو نہیں کر رہے؟
لیکن کوارکس میں ایک ایسی خاصیت پائی جاتی ہے کہ جس بنا پر دو ایک جیسی کوانٹم سپن رکھنے والے کوارکس ایک ہیڈرون بن کر اکٹھے رہ رہے ہوتے ہیں۔ جسے کلر چارج کہتے ہیں۔ جہاں دو کوارکس ایک جیسی سپن کے ساتھ ایک جیسی کوانٹم سٹیٹ رکھیں گے تو لازمی طور پر اُن کا کلر چارج مختلف ہو گا۔ یہ خاصیت صرف کوارکس اور اِن کے انٹریکشن پارٹیکل گلوآن میں پائی جاتی ہے۔
ہم جانتے ہیں کہ کوارکس آزادنہ حالت میں نہیں ملتے۔ یہ ہمیشہ تین کوارکس، تین اینٹی کوارکس یا ایک کوارک اور اینٹی کوارک کی صورت میں پائے جاتے ہیں۔ اصل میں کلر چارج تین طرح کا ہوتا ہے۔ جسے ریڈ، بیلو اور گرین کہتے ہیں۔ اِسی طرح اینٹی کوارکس بھی اینٹی ریڈ، اینٹی بلیو یا اینٹی گرین کلر چارج رکھ سکتے ہیں۔ تین مختلف کلر چارج رکھنے والے کوارکس یا تین مختلف اینٹی کلر چارج رکھنے والے اینٹی کوارکس مل کر ایک کلر لیس ہیڈرون پارٹیکل بناتے ہیں جسے بیریون پارٹیکل کہتے ہیں۔ اِسی طرح ریڈ، بیلو، گرین کلر چارج رکھنے والا کوارک بالترتیب اینٹی ریڈ، اینٹی بیلو، اینٹی گرین کلر چارج رکھنے والا اینٹی کوارک سے مل کر کلر لیس ہیڈرون پارٹیکل بناتے ہیں جو میزون پارٹیکل کہلاتا ہے۔ تین کوارکس یا تین اینٹی کوارکس پر مشتمل ہیڈرون، بیریون پارٹیکل ہوتا ہے جبکہ ایک کوارک اور ایک اینٹی کوارک کے جوڑے پر مشتمل ہیڈرون کو میزون پارٹیکل کہتے ہیں۔ یوں ہم نے جانا کہ ایک جیسی کوانٹم سٹیٹس رکھنے والے فرمیونز ایک جگہ اکھٹے کیسے رہتے ہیں۔
اوپر کیے گئے ذکر کے مطابق کوارکس ہمیشہ کلر لیس ہیڈرون پارٹیکل کی صورت میں ملتے ہیں۔ کبھی کوئی کوارک آزادنہ حالت میں نہیں ملتا۔ آج تک کوارک کو الگ کرنی کی جتنی بھی کوششیں کی گئی ہیں سب ناکام ہوئی ہیں۔ جب ہم کسی ہیڈرون پارٹیکل کو الگ کرنے کے لیے پارٹیکل ایکسلیریٹر میں بہت زور سے ٹکراتے ہیں یا اِن پر ہائی انرجی گیما فوٹونز ڈالتے تو یہ انرجی مزید نئے کوارکس بناتی ہے جو مل کر نئے ہیڈرون پارٹیکلز بنا دیتی ہے۔
فرض کریں ہمارے پاس ایک نیوٹرون ہے جو دو ڈاؤن کوارکس اور ایک اپ کوراک پر مشتمل ہوتا ہے۔ اِن کوارکس کو الگ کرنے کے لیے ہائی انرجی گیما فوٹونز کو نیوٹرون پر پھینکا جاتا ہے۔ لیکن ہماری دی گئی انرجی پھر بھی کائنات کی سب سے طاقت ور فورس سٹرونگ نیوکلئیر فورس پر غالب نہیں آتی۔ لیکن ہماری دی گئی انرجی، آئن شٹائن کے ماس انرجی ایکویلنس پرنسپل کے تحت (جس کے مطابق ماس توانائی میں اور توانائی ماس میں تبدیل ہو سکتی ہے) ماس رکھنے رکھنے والے اپ کوارک اور اینٹی اپ کوارک کے جوڑے میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ لیکن یہ جوڑا مل کر کل لیس ہیڈرون پارٹیکل نہیں بنا سکتا۔ اِس لیے نیوٹرون کا ایک اپ کوارک اور ایک ڈاؤن کوارک اِس جوڑے کے اپ کوارک سے مل کر کلر لیس ہیڈرون پارٹیکل پروٹون بنا دیتے ہیں۔ نیوٹرون سے باقی بچنے والے ایک ڈاؤن کوارک اور جوڑے سے باقی بچنے والے اینٹی اپ کوارک سے ایک کلر لیس ہیڈرون پارٹیکل بن جاتا ہے۔ ایک سنگل کوارک کو حاصل کرنے کی اس ناکام کوشش کو ہم کوارک کنفائنمنٹ کہتے ہیں۔ یوں ہم نے جانا کہ سٹرونگ نیوکلئیر فورس کائنات کی سب سے مضبوط ترین فورس ہے۔
نوٹ: یہاں کلر چارج کو ویژول کلرز سے تشبیہ نہیں دی جا سکتی۔ کلر چارج بلکل ایسے ہی کوارکس کی ایک صرف خصوصیت ہے جیسے الیکٹرک چارج کسی ذرے کی خصوصیت ہوتی ہے۔
سٹینڈرڈ ماڈل آف پارٹیکل فزکس پر مضمون