৪৯তম বিসিএস ⎯ পদার্থবিদ্যা [৫১১]

Beta rays are streams of electrons or positrons, not cathode rays (though both are electrons, beta rays come from nuclei while cathode rays come from discharge tubes).
Gamma rays are electromagnetic radiation, not neutrons.
Alpha particles are doubly ionized helium nuclei (₂⁴​He²⁺), not singly ionized.
Protons and neutrons have nearly equal masses (~1 amu each), which makes statement (a) correct.
(বিটা রশ্মি আসলে ইলেকট্রন বা পজিট্রনের প্রবাহ, ক্যাথোড রশ্মির মতো নয়। গামা রশ্মি হলো তড়িৎচৌম্বক তরঙ্গ, নিউট্রন নয়। আলফা কণা হলো দ্বিগুণ আয়নিত হিলিয়াম নিউক্লিয়াস, একবার আয়নিত নয়। কিন্তু প্রোটন ও নিউট্রনের ভর প্রায় সমান (≈১ amu), তাই (a) সঠিক।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Artificial radioisotopes are produced by bombarding stable target nuclei with neutrons or protons in nuclear reactors or particle accelerators. This process transforms stable nuclei into radioactive ones, which can then be used in medical, industrial, or research applications.

(কৃত্রিম রেডিওআইসোটোপ উৎপাদন করা হয় স্থির নিউক্লিয়াসের উপর নিউট্রন বা প্রোটন দিয়ে ত্বরক বা পারমাণবিক রিয়্যাক্টরে আঘাত করার মাধ্যমে। এই প্রক্রিয়ায় স্থির নিউক্লিয়াসকে রেডিওঅ্যাকটিভ নিউক্লিয়াসে রূপান্তর করা হয়, যা পরে চিকিৎসা, শিল্প বা গবেষণায় ব্যবহার করা যায়।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

In Bohr’s model, the magnetic moment of an orbiting electron is proportional to the current multiplied by the orbital area. The orbital radius is proportional to n², and the current is inversely proportional to n³. Combining these, the net magnetic moment comes out proportional to n. Hence, the magnetic moment increases linearly with the principal quantum number.

(বোহার মডেল অনুযায়ী, চৌম্বক আয়তন নির্ভর করে কক্ষপথের ক্ষেত্রফল এবং প্রবাহের উপর। কক্ষপথের ব্যাসার্ধ ∝ n², প্রবাহ ∝ 1/n³। এই দুই মিলিয়ে চৌম্বক আয়তন ∝ n। অর্থাৎ n যত বাড়ে, চৌম্বক আয়তনও সরলরেখার মতো বাড়ে।)

[Source: Introduction to Quantum Mechanics – David J. Griffiths]

Cobalt-60 is a gamma-emitting radioisotope widely used for sterilizing medical equipment. Its high-energy gamma rays can penetrate packaging and effectively destroy bacteria, viruses, and other pathogens without leaving any chemical residues, making it ideal for sterilization purposes.

(কোবাল্ট-৬০ একটি গামা নির্গতকারী রেডিওআইসোটোপ যা চিকিৎসা সরঞ্জাম জীবাণুমুক্ত করতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এর উচ্চ-শক্তি গামা রশ্মি প্যাকেজিং অতিক্রম করতে পারে এবং ব্যাকটেরিয়া, ভাইরাস এবং অন্যান্য জীবাণু ধ্বংস করতে কার্যকর, কোনো রাসায়নিক অবশিষ্ট ছাড়াই, যা এটিকে জীবাণুমুক্তকরণের জন্য আদর্শ করে তোলে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

The Q-value of a nuclear reaction quantifies the net energy change. A positive Q-value indicates energy is released (exothermic reaction), while a negative Q-value indicates energy is absorbed (endothermic reaction). It reflects the difference in mass-energy between reactants and products.

(নিউক্লিয়ার রিয়্যাকশনের Q-মান মোট শক্তি পরিবর্তনকে পরিমাপ করে। ধনাত্মক Q-মান নির্দেশ করে যে শক্তি নির্গত হয়েছে (উষ্ণনিঃসরণমূলক), এবং ঋণাত্মক Q-মান নির্দেশ করে যে শক্তি শোষিত হয়েছে (উষ্ণশোষণমূলক)। এটি প্রতিক্রিয়াশীল এবং উৎপাদিত কণার মধ্যে ভর-শক্তির পার্থক্য প্রকাশ করে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Δm = [Z × m(H) + N × m(n)] − M(atom)
= [17 × 1.007825 + 20 × 1.008665] − 36.966
= 37.306325 − 36.966
≈ 0.341 amu

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Carbon-14 undergoes beta-minus (β⁻) decay, where a neutron is converted into a proton and an electron (beta particle) is emitted. This property is used in radiocarbon dating to measure the age of organic materials.

(কার্বন-১৪ β⁻ ক্ষয় দ্বারা নির্গত হয়, যেখানে একটি নিউট্রন প্রোটনে রূপান্তরিত হয় এবং একটি ইলেকট্রন (বেটা কণিকা) নির্গত হয়। এই বৈশিষ্ট্যটি জৈব পদার্থের বয়স নির্ধারণের জন্য কার্বন-ডেটিং-এ ব্যবহার করা হয়।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Protons are widely used in particle accelerators for medical treatments, especially in proton therapy for cancer. Proton beams can be precisely targeted to destroy cancerous tissues while minimizing damage to surrounding healthy tissues. This precision reduces side effects compared to conventional X-ray radiation therapy. Particle accelerators accelerate protons to high energies, allowing them to penetrate tissues and deposit maximum energy at a specific depth, known as the Bragg peak, making them highly effective for tumor treatment.

(প্রোটনগুলি চিকিৎসা ক্ষেত্রে, বিশেষত ক্যান্সারের জন্য প্রোটন থেরাপিতে, পার্টিকেল অ্যাকসেলারের মাধ্যমে ব্যাপকভাবে ব্যবহার হয়। প্রোটন বিম লক্ষ্য নির্ধারণ করে ক্যান্সারগ্রস্ত টিস্যু ধ্বংস করতে সক্ষম, পাশাপাশি আশেপাশের সুস্থ টিস্যুকে ক্ষতি কমায়। এই লক্ষ্য নির্দিষ্টতা প্রচলিত এক্স-রে থেরাপির তুলনায় পার্শ্বপ্রতিক্রিয়া কমায়। পার্টিকেল অ্যাকসেলারের মাধ্যমে প্রোটনকে উচ্চ শক্তিতে ত্বরান্বিত করা হয়, যাতে তারা টিস্যুর মধ্যে প্রবেশ করে এবং একটি নির্দিষ্ট গভীরে সর্বোচ্চ শক্তি নির্গত করে (Bragg peak), যা টিউমার চিকিৎসার জন্য খুব কার্যকর।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Isobars are atoms of different chemical elements that have the same mass number (total number of protons and neutrons) but different atomic numbers. This means they have different numbers of protons but the same total nucleons.

(আইসোবার হল বিভিন্ন উপাদানের পরমাণু যাদের ভর সংখ্যা (মোট প্রোটন ও নিউট্রনের সংখ্যা) একই, কিন্তু পারমাণবিক সংখ্যা ভিন্ন। এর অর্থ তারা ভিন্ন সংখ্যক প্রোটন ধারণ করে, তবে মোট নিউক্লিয়নের সংখ্যা একই থাকে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

In a cyclotron, the maximum kinetic energy gained by a particle is proportional to the square of its charge (q²) divided by its mass (m). This is because the accelerating voltage imparts energy proportional to q, and the circular motion in the magnetic field depends on the mass-to-charge ratio. Therefore, heavier particles gain less energy for the same charge, while particles with higher charge gain more energy, making the energy proportional to q²/m.

(সাইক্লোট্রনে, একটি কণিকা প্রাপ্ত সর্বাধিক কাইনেটিক শক্তি তার চার্জের বর্গ (q²) এবং ভরের (m) অনুপাত অনুযায়ী নির্ধারিত হয়। কারণ ত্বরান্বিত ভোল্টেজ কণিকাকে q এর সমান শক্তি প্রদান করে, এবং চৌম্বক ক্ষেত্রে বৃত্তাকার চলাচল ভর-চার্জ অনুপাতের উপর নির্ভর করে। তাই একই চার্জের ভারী কণিকা কম শক্তি পায়, এবং উচ্চ চার্জের কণিকা বেশি শক্তি পায়, ফলে শক্তি q²/m এর অনুপাত অনুযায়ী হয়।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Fusion reactions involve the combination of light nuclei to form a heavier nucleus, releasing a large amount of energy. Because these reactions occur at extremely high temperatures, they are often called thermonuclear reactions.

(ফিউশন রিয়্যাকশন হল হালকা নিউক্লিয়াসকে মিশিয়ে একটি ভারী নিউক্লিয়াস তৈরি করা এবং প্রচুর শক্তি মুক্ত করা। যেহেতু এই প্রতিক্রিয়াগুলি অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রায় ঘটে, সেগুলিকে থার্মোনিউক্লিয়ার রিয়্যাকশনও বলা হয়।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Radioisotopes act as tracers because they can be chemically incorporated into compounds and later tracked by detecting the radiation they emit. This allows scientists to follow the movement, reaction, or distribution of substances in chemical, biological, or industrial processes without altering the substance itself.

(রেডিওআইসোটোপ ট্রেসার হিসেবে কাজ করে কারণ এগুলো রাসায়নিকভাবে কোনো যৌগে সংযুক্ত করা যায় এবং পরে নির্গত বিকিরণ দ্বারা সনাক্ত করা যায়। এটি বিজ্ঞানীদের পদার্থের গতি, প্রতিক্রিয়া বা বণ্টন নিরীক্ষণ করতে দেয় রাসায়নিক, জৈব বা শিল্প প্রক্রিয়ায়, পদার্থকে পরিবর্তন না করেই।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Alpha particles are heavy and carry a +2 charge, which causes them to interact strongly with matter. This makes them very easily stopped, even by a sheet of paper or a few centimeters of air. Beta particles are lighter and more penetrating, while gamma rays, X-rays, and neutrons are much more penetrating.

(আলফা কণিকা ভারী এবং +2 চার্জ বহন করে, যা তাদের পদার্থের সঙ্গে শক্তভাবে প্রতিক্রিয়া করতে বাধ্য করে। তাই এগুলো খুব সহজেই থেমে যায়, এমনকি কাগজের পাতায় বা কয়েক সেন্টিমিটার বাতাসে। বেটা কণিকা তুলনামূলকভাবে হালকা এবং বেশি প্রবেশকারী, আর গামা কিরণ, এক্স-রে এবং নিউট্রন অনেক বেশি প্রবেশকারী।)

[Source: Concepts of Modern Physics – Arthur Beiser]

Nuclear fission of heavy nuclei like Uranium-235 produces energy, neutrons, and smaller fission fragments. These fission fragments are often highly radioactive, creating radioactive waste that must be carefully managed and stored due to its long-lived radioactivity.

(ভারী নিউক্লিয়াস যেমন ইউরেনিয়াম-২৩৫-এর নিউক্লিয়ার ফিশন শক্তি, নিউট্রন এবং ছোট ফিশন ফ্র্যাগমেন্ট উৎপন্ন করে। এই ফিশন ফ্র্যাগমেন্ট প্রায়ই অত্যন্ত রেডিওঅ্যাকটিভ হয়, যার ফলে রেডিওঅ্যাকটিভ বর্জ্য তৈরি হয়, যা দীর্ঘস্থায়ী বিকিরণ কারণে সতর্কতার সঙ্গে সংরক্ষণ ও পরিচালনা করা প্রয়োজন।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

A Geiger-Muller tube detects ionizing radiation by measuring the ionization produced in a low-pressure gas inside the tube. When radiation passes through, it ionizes the gas, creating a pulse of current that is counted, making it a gas ionization detector.

(জাইগার-মুলার টিউব আয়নায়নকারী বিকিরণ সনাক্ত করে টিউবের মধ্যে নিম্নচাপের গ্যাস আয়নিত হলে। বিকিরণ গ্যাসের মধ্য দিয়ে গেলে এটি গ্যাস আয়নিত করে, যার ফলে একটি কারেন্ট পালস তৈরি হয় যা গণনা করা হয়, তাই এটি একটি গ্যাস আয়নন ডিটেক্টর।)

[Source: Introduction to Nuclear Physics – H. Enge]

A linear accelerator (linac) is designed to accelerate charged particles, such as electrons or protons, along a straight trajectory using oscillating electric fields. In medical applications, linacs are used to generate high-energy beams for radiation therapy to treat cancer. In physics research, linacs provide high-energy particle beams for experiments, including collisions in colliders. Unlike circular accelerators, linacs avoid synchrotron radiation losses and maintain a straight-line path for precise acceleration.

(লিনিয়ার অ্যাকসেলেটার (লিন্যাক) কণাগুলোকে, যেমন ইলেকট্রন বা প্রোটন, সরল পথে ত্বরান্বিত করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে, যেখানে দোলনশীল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ব্যবহৃত হয়। চিকিৎসা ক্ষেত্রে, লিন্যাককে উচ্চ শক্তির বিম তৈরি করতে ব্যবহার করা হয়, যা রেডিয়েশন থেরাপিতে ক্যান্সার চিকিৎসার জন্য ব্যবহৃত হয়। পদার্থবিজ্ঞান গবেষণায় লিন্যাক উচ্চ শক্তির কণার বিম সরবরাহ করে, যা সংঘর্ষ এবং অন্যান্য পরীক্ষার জন্য ব্যবহার করা হয়। বৃত্তাকার অ্যাকসেলেটরের তুলনায়, লিন্যাক সিঙ্ক্রোট্রন রেডিয়েশন ক্ষতি এড়ায় এবং সোজা পথে কণাকে ত্বরান্বিত করে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

The number of protons in an atom's nucleus, also called the atomic number, defines the element and its chemical properties. Electrons are arranged according to this number, which dictates how the atom interacts chemically with other atoms.

(একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসে প্রোটনের সংখ্যা, যা পারমাণবিক সংখ্যা নামেও পরিচিত, উপাদান এবং এর রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে। ইলেকট্রনগুলো এই সংখ্যার অনুযায়ী বিন্যস্ত থাকে, যা পরমাণুটি কীভাবে রাসায়নিকভাবে অন্যান্য পরমাণুর সঙ্গে প্রতিক্রিয়া করবে তা নির্ধারণ করে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Iodine-131 is widely used in nuclear medicine for treating hyperthyroidism and certain thyroid cancers. It selectively accumulates in the thyroid gland, where its beta emissions destroy overactive or cancerous thyroid cells, while minimizing effects on the rest of the body.

(আইডিন-১৩১ পারমাণবিক চিকিৎসায় হাইপারথাইরয়েডিজম এবং নির্দিষ্ট থাইরয়েড ক্যান্সারের চিকিৎসায় ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এটি থাইরয়েড গ্রন্থিতে নির্বাচনভাবে জমা হয়, যেখানে এর বেটা নির্গমন অতিসক্রিয় বা ক্যান্সারযুক্ত থাইরয়েড কোষ ধ্বংস করে, এবং শরীরের অন্যান্য অংশের উপর প্রভাব কম রাখে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Fission is a nuclear reaction in which a heavy atomic nucleus, such as uranium-235 or plutonium-239, absorbs a neutron and becomes unstable. This instability causes the nucleus to split into two or more smaller nuclei, called fission fragments, while releasing additional neutrons and a significant amount of energy in the form of kinetic energy and gamma radiation. The emitted neutrons can trigger further fission reactions, resulting in a chain reaction. Fission is exploited in nuclear power plants to generate electricity and in nuclear weapons to produce explosive energy.

(ফিশন হলো একটি নিউক্লিয়ার প্রতিক্রিয়া, যেখানে একটি ভারী নিউক্লিয়াস যেমন ইউরেনিয়াম-২৩৫ বা প্লুটোনিয়াম-২৩৯ একটি নিউট্রন শোষণ করলে অস্থিতিশীল হয়ে যায়। এই অস্থিতিশীলতার কারণে নিউক্লিয়াস দুটি বা ততোধিক ছোট নিউক্লিয়াসে বিভক্ত হয়, যেগুলোকে ফিশন ফ্র্যাগমেন্ট বলা হয়, এবং সাথে অতিরিক্ত নিউট্রন ও প্রচুর শক্তি মুক্ত হয় যা কাইনেটিক এনার্জি এবং গামা রশ্মির আকারে থাকে। মুক্ত নিউট্রনগুলো আরও ফিশন প্রতিক্রিয়া শুরু করতে পারে, যা চেইন রিয়্যাকশন তৈরি করে। ফিশন শক্তি পারমাণবিক বিদ্যুৎ উৎপাদন এবং পারমাণবিক অস্ত্র উভয় ক্ষেত্রেই ব্যবহৃত হয়।)

[Source: Concepts of Modern Physics – Arthur Beiser]

The Large Hadron Collider (LHC) is the world’s largest and most powerful particle accelerator, designed specifically to study high-energy fundamental particles and their interactions. By colliding protons at extremely high energies, the LHC recreates conditions similar to those just after the Big Bang, allowing physicists to observe rare particle interactions, discover new particles like the Higgs boson, and test theories in particle physics. Its massive scale and high collision energies make it uniquely suited for cutting-edge research in fundamental physics.

(লেজার হ্যাড্রন কোলাইডার (LHC) বিশ্বের সবচেয়ে বড় এবং শক্তিশালী পার্টিকেল অ্যাকসেলেটার, যা উচ্চ-শক্তির মৌলিক কণিকা এবং তাদের আন্তঃক্রিয়া অধ্যয়নের জন্য বিশেষভাবে ডিজাইন করা হয়েছে। প্রোটনকে অত্যন্ত উচ্চ শক্তিতে সংঘর্ষ করিয়ে, LHC বিগ ব্যাং-এর পরবর্তী সময়ের মতো পরিস্থিতি পুনর্নির্মাণ করে, যার মাধ্যমে পদার্থবিজ্ঞানীরা বিরল কণার আন্তঃক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করতে পারেন, নতুন কণা যেমন হিগস বোজন আবিষ্কার করতে পারেন, এবং কণাপদার্থ তত্ত্ব পরীক্ষা করতে পারেন। এর বিশাল স্কেল এবং উচ্চ সংঘর্ষ শক্তি এটিকে মৌলিক পদার্থবিজ্ঞানে অগ্রগামী গবেষণার জন্য অনন্য করে তোলে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

After alpha or beta decay, the daughter nucleus may be in an excited state with excess energy. This energy is released as gamma radiation without changing the number of protons or neutrons, helping the nucleus reach a more stable energy state.

(আলফা বা বেটা ক্ষয়ের পরে, সন্তান নিউক্লিয়াস একটি উত্তেজিত অবস্থায় থাকতে পারে এবং অতিরিক্ত শক্তি ধারণ করে। এই শক্তি গামা রশ্মি হিসেবে নির্গত হয়, যা প্রোটন বা নিউট্রনের সংখ্যা পরিবর্তন করে না এবং নিউক্লিয়াসকে আরও স্থিতিশীল শক্তি অবস্থায় পৌঁছাতে সাহায্য করে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

The average binding energy per nucleon indicates how strongly nucleons are held together within the nucleus. A higher value means that more energy would be required to break the nucleus apart, making it more stable. Nuclei with maximum binding energy per nucleon, such as iron-56, are among the most stable.

(গড় বাইন্ডিং এনার্জি প্রতি নিউক্লিয়ন নির্দেশ করে যে নিউক্লিয়াসের ভেতরে নিউক্লিয়নগুলো কতটা শক্তভাবে আবদ্ধ। উচ্চ মান মানে নিউক্লিয়াসকে ভাঙতে আরও বেশি শক্তি প্রয়োজন, ফলে এটি বেশি স্থিতিশীল হয়। সর্বাধিক বাইন্ডিং এনার্জি প্রতি নিউক্লিয়ন সহ নিউক্লিয়াস যেমন আয়রন-৫৬ সবচেয়ে স্থিতিশীলগুলোর মধ্যে রয়েছে।)

[Source: Concepts of Modern Physics – Arthur Beiser]

[Source: Concepts of Modern Physics – Arthur Beiser]

Elementary particles are divided into fermions and bosons. Fermions (such as electrons, quarks, and neutrinos) follow the Pauli exclusion principle and constitute matter. Bosons (such as photons, gluons, and the Higgs boson) act as force carriers, mediating interactions between fermions. This classification is fundamental in particle physics, allowing scientists to understand the structure of matter and the forces governing particle interactions.

(মৌলিক কণিকাগুলোকে দুই ভাগে ভাগ করা হয়: ফার্মিয়ন এবং বোসন। ফার্মিয়ন (যেমন ইলেকট্রন, কোয়ার্ক, নিউট্রিনো) পাউলি এক্সক্লুশন প্রিন্সিপল অনুসরণ করে এবং পদার্থ গঠনে ভূমিকা রাখে। বোসন (যেমন ফোটন, গ্লুয়ন, হিগস বোসন) ফার্মিয়নের মধ্যে আন্তঃক্রিয়া পরিচালনা করে শক্তি বহন করে। এই শ্রেণীবিভাগ পদার্থবিজ্ঞানে মৌলিক, যা পদার্থের গঠন এবং কণার আন্তঃক্রিয়াগুলি বোঝার ক্ষেত্রে সহায়ক।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

In beta-minus decay, a neutron in the nucleus is converted into a proton, emitting an electron (β⁻) and an antineutrino. Each β⁻ emission increases the atomic number by 1 while the mass number remains unchanged. Therefore, after emitting two β⁻ particles, the atomic number increases by 2.

(β⁻ ক্ষয়ে, নিউক্লিয়াসের একটি নিউট্রন প্রোটনে রূপান্তরিত হয় এবং একটি ইলেকট্রন (β⁻) এবং অ্যান্টিনিউট্রিনো নির্গত হয়। প্রতিটি β⁻ নির্গমনের ফলে পারমাণবিক সংখ্যা ১ দ্বারা বৃদ্ধি পায়, ভর সংখ্যা অপরিবর্তিত থাকে। সুতরাং দুটি β⁻ নির্গমনের পরে পারমাণবিক সংখ্যা ২ দ্বারা বৃদ্ধি পায়।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Neutrons are composite particles made of three quarks bound together by the strong nuclear force, so they are not elementary. In contrast, quarks, photons, and muons are elementary particles, meaning they have no substructure and are fundamental building blocks of matter and forces. Understanding which particles are elementary helps in studying particle interactions and the Standard Model of particle physics.

(নিউট্রন একটি যৌগিক কণিকা, যা তিনটি কোয়ার্ক দ্বারা গঠিত এবং শক্তিশালী নিউক্লিয়ার শক্তি দ্বারা আবদ্ধ। তাই এটি মৌলিক কণিকা নয়। অন্যদিকে, কোয়ার্ক, ফোটন এবং মিউন মৌলিক কণিকা, অর্থাৎ এগুলোর কোনো উপগঠন নেই এবং এগুলো পদার্থ এবং শক্তির মৌলিক উপাদান। কোন কণিকা মৌলিক তা বোঝা কণার আন্তঃক্রিয়া এবং স্ট্যান্ডার্ড মডেল অধ্যয়নের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

In nuclear reactions, the total mass and energy are related by Einstein’s equation E=mc² so mass is not strictly conserved alone but mass-energy is. Momentum is also conserved. Therefore, all three—mass (as part of mass-energy), energy, and momentum—are conserved in nuclear reactions.

(নিউক্লিয়ার প্রতিক্রিয়ায় মোট ভর এবং শক্তি আইন্সটাইনের সমীকরণ E=mc²-এর মাধ্যমে সম্পর্কিত, তাই শুধুমাত্র ভর আলাদাভাবে সংরক্ষিত হয় না, বরং ভর-শক্তি সংরক্ষিত থাকে। গতি ও সংরক্ষিত হয়। সুতরাং ভর (ভর-শক্তির অংশ হিসেবে), শক্তি এবং গতি—এই তিনটি সংরক্ষিত থাকে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

The positron is the antiparticle of the electron. It has the same mass as the electron but carries a positive charge instead of negative. When a positron and an electron meet, they annihilate each other, producing energy in the form of gamma rays. Understanding antiparticles is crucial in particle physics, antimatter studies, and applications like positron emission tomography (PET) in medical imaging.

(পজিট্রন ইলেকট্রনের বিপরীত কণিকা। এর ভর ইলেকট্রনের সমান, তবে চার্জ ধনাত্মক। যখন পজিট্রন এবং ইলেকট্রন মুখোমুখি হয়, তারা একে অপরকে ধ্বংস করে এবং শক্তি মুক্ত হয় গামা রশ্মির আকারে। বিপরীত কণিকা বোঝা পদার্থবিজ্ঞান, অ্যান্টিম্যাটার গবেষণা এবং চিকিৎসায় পজিট্রন এমিশন টোমোগ্রাফি (PET) এর মতো অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

The nuclear (strong) force binds protons and neutrons in the nucleus and is independent of electric charge. It is much stronger than both electromagnetic and gravitational forces at short ranges within the nucleus, ensuring stability of atomic nuclei.

(নিউক্লিয়ার (স্ট্রং) ফোর্স প্রোটন এবং নিউট্রনকে নিউক্লিয়াসে বাঁধে এবং এটি বৈদ্যুতিক চার্জের উপর নির্ভরশীল নয়। এটি নিউক্লিয়াসের সংক্ষিপ্ত পরিসরে ইলেকট্রোম্যাগনেটিক এবং মহাকর্ষীয় ফোর্সের চেয়ে অনেক শক্তিশালী, যা পরমাণু নিউক্লিয়াসের স্থায়িত্ব নিশ্চিত করে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

A moderator in a nuclear reactor slows down fast neutrons produced during fission so that they can efficiently induce further fission in fissile material. Heavy water (D₂O) is an effective moderator because it slows neutrons without capturing them, allowing a sustained chain reaction.

(নিউক্লিয়ার রিয়্যাক্টরে মডারেটর ফিশনের সময় উৎপন্ন দ্রুত নিউট্রনকে ধীর করে, যাতে সেগুলো আরও ফিশন প্রক্রিয়া সক্রিয় করতে পারে। ভারী পানি (D₂O) একটি কার্যকর মডারেটর কারণ এটি নিউট্রনকে ধীর করে কিন্তু শোষণ করে না, ফলে চেইন রিয়্যাকশন অব্যাহত থাকে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

A baryon is a type of hadron composed of three quarks. Examples include protons and neutrons. Quarks are fundamental particles that combine in specific ways to form baryons, held together by the strong nuclear force mediated by gluons. Understanding the quark composition of baryons is essential in particle physics, as it explains the properties, mass, and interactions of these fundamental constituents of matter.

(ব্যারিয়ন হলো একটি ধরনের হ্যাড্রন, যা তিনটি কোয়ার্ক নিয়ে গঠিত। প্রোটন এবং নিউট্রন উদাহরণ হিসেবে দেওয়া যায়। কোয়ার্কগুলো মৌলিক কণিকা, যা নির্দিষ্টভাবে মিলিত হয়ে ব্যারিয়ন তৈরি করে এবং শক্তিশালী নিউক্লিয়ার শক্তি দ্বারা গ্লুয়নদের মাধ্যমে আবদ্ধ থাকে। ব্যারিয়নের কোয়ার্ক গঠন বোঝা পদার্থবিজ্ঞানে গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এটি পদার্থের বৈশিষ্ট্য, ভর এবং কণার আন্তঃক্রিয়াগুলি ব্যাখ্যা করে।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

The W boson is a particle that mediates the weak nuclear force, one of the four fundamental forces of nature. It is directly responsible for beta decay, a process where a neutron transforms into a proton (or vice versa), emitting an electron or positron and a neutrino. The W boson is massive and short-lived, allowing weak interactions to occur only over extremely short distances, which is why beta decay happens on a nuclear scale.

(ডব্লিউ বোসন হলো একটি কণিকা যা দুর্বল নিউক্লিয়ার শক্তি পরিচালনা করে, যা প্রকৃতির চারটি মৌলিক শক্তির একটি। এটি সরাসরি বিটা ক্ষয়ের জন্য দায়ী, যেখানে একটি নিউট্রন প্রোটনে রূপান্তরিত হয় (বা বিপরীতভাবে), ইলেকট্রন বা পজিট্রন এবং নিউট্রিনো নির্গত হয়। ডব্লিউ বোসন ভারী এবং স্বল্পকালীন, যার ফলে দুর্বল আন্তঃক্রিয়া অত্যন্ত ছোট দূরত্বে ঘটে এবং তাই বিটা ক্ষয় নিউক্লিয়ার স্কেলে ঘটে।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

A nuclear reactor operates on the principle of a controlled chain reaction. Fission of heavy nuclei like Uranium-235 releases neutrons that induce further fission events. By regulating the neutron flux with control rods and moderators, the reaction is sustained at a steady rate to safely produce energy.

(একটি নিউক্লিয়ার রিয়্যাক্টর নিয়ন্ত্রিত চেইন রিঅ্যাকশনের নীতিতে কাজ করে। ভারী নিউক্লিয়াস যেমন ইউরেনিয়াম-২৩৫ এর ফিশন নিউট্রন নির্গত করে, যা আরও ফিশন ঘটায়। নিয়ন্ত্রণ রড এবং মডারেটরের মাধ্যমে নিউট্রন প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করে, রিঅ্যাকশনটি নিরাপদে একটি স্থিতিশীল হারে চলমান থাকে, যা শক্তি উৎপাদন করতে সাহায্য করে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

In the Sun’s core, hydrogen nuclei (protons) undergo nuclear fusion to form helium nuclei. This process releases an enormous amount of energy in the form of gamma rays and neutrinos, powering the Sun and producing the heat and light that reaches Earth.

(সূর্যের কেন্দ্রের হাইড্রোজেন নিউক্লিয়াস (প্রোটন) ফিউশন করে হেলিয়াম নিউক্লিয়াস তৈরি করে। এই প্রক্রিয়ায় প্রচুর শক্তি গামা রশ্মি এবং নিউট্রিনো আকারে মুক্ত হয়, যা সূর্যকে শক্তি দেয় এবং পৃথিবীতে তাপ ও আলো পৌঁছে দেয়।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

A cathode ray tube requires low pressure to reduce the number of gas molecules that can scatter electrons. High voltage is applied to accelerate electrons from the cathode towards the anode, producing a visible cathode ray. The combination of low pressure and high voltage allows the tube to function efficiently.

(ক্যাথোড রে টিউবের জন্য নিম্ন চাপ প্রয়োজন যাতে গ্যাসের অণুগুলো কম থাকে এবং ইলেকট্রনকে ছড়িয়ে দিতে না পারে। উচ্চ ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয় যাতে ইলেকট্রনগুলো ক্যাথোড থেকে অ্যানোডের দিকে ত্বরান্বিত হয় এবং দৃশ্যমান ক্যাথোড রে তৈরি হয়। নিম্ন চাপ এবং উচ্চ ভোল্টেজের সংমিশ্রণ টিউবকে কার্যকরভাবে কাজ করতে দেয়।)

[Source: Concepts of Modern Physics – Arthur Beiser]

Annihilation occurs when a particle and its antiparticle meet, and their entire mass is converted into energy, usually in the form of gamma rays. This process is governed by Einstein’s mass-energy equivalence principle (E = mc²). Annihilation is a fundamental concept in particle physics and has practical applications in medical imaging, such as positron emission tomography (PET), where positrons annihilate with electrons to produce detectable gamma rays.

(অ্যানিহিলেশন ঘটে যখন একটি কণিকা এবং তার বিপরীত কণিকা মিলিত হয়, এবং তাদের সম্পূর্ণ ভর শক্তিতে রূপান্তরিত হয়, সাধারণত গামা রশ্মি আকারে। এই প্রক্রিয়াটি আইনস্টাইনের ভর-শক্তি সমতুল্য নীতি (E = mc²) দ্বারা নিয়ন্ত্রিত। অ্যানিহিলেশন পার্টিকেল ফিজিক্সের একটি মৌলিক ধারণা এবং এর ব্যবহার আছে চিকিৎসা ইমেজিং-এ, যেমন পজিট্রন এমিশন টোমোগ্রাফি (PET), যেখানে পজিট্রন ইলেকট্রনের সঙ্গে মিলিত হয়ে গামা রশ্মি উৎপন্ন করে যা সনাক্ত করা যায়।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

One of the biggest advantages of nuclear fission over fossil fuels is the significant reduction in greenhouse gas emissions. Fossil fuels like coal, oil, and natural gas release large amounts of carbon dioxide (CO₂) and other harmful gases when burned, contributing to global warming and climate change. In contrast, nuclear fission produces energy mainly from splitting uranium or plutonium nuclei, which does not directly emit CO₂. Although radioactive waste management is a challenge, nuclear power plants help reduce air pollution and provide a cleaner, sustainable energy source for electricity generation.

(নিউক্লিয়ার ফিশনের একটি প্রধান সুবিধা হলো এটি জীবাশ্ম জ্বালানির তুলনায় অনেক কম গ্রিনহাউস গ্যাস নির্গত করে। কয়লা, তেল ও প্রাকৃতিক গ্যাস পোড়ালে প্রচুর কার্বন-ডাইঅক্সাইড এবং অন্যান্য ক্ষতিকর গ্যাস নির্গত হয়, যা গ্লোবাল ওয়ার্মিং ও জলবায়ু পরিবর্তনের প্রধান কারণ। কিন্তু ফিশন প্রক্রিয়ায় ইউরেনিয়াম বা প্লুটোনিয়ামের নিউক্লিয়াস বিভক্ত হয়ে শক্তি উৎপন্ন করে, যেখানে সরাসরি CO₂ নির্গত হয় না। যদিও তেজস্ক্রিয় বর্জ্য ব্যবস্থাপনা একটি চ্যালেঞ্জ, তবুও পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্র বাতাস দূষণ কমায় এবং দীর্ঘমেয়াদে পরিচ্ছন্ন শক্তির উৎস সরবরাহ করে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

The muon (μ⁻) is a lepton, so lepton number must be conserved in its decay. In the allowed decay μ⁻ → e⁻ + ν_μ + ν̄_e, the total lepton number before and after decay remains the same: the muon lepton number is +1, the electron lepton number is +1, the muon neutrino is +1, and the electron antineutrino is -1. If the muon decayed into only an electron and a single neutrino, lepton number conservation would be violated. This law governs all lepton-related particle decays.

(মিউন (μ⁻) একটি লেপটন, তাই এর ক্ষয়ে লেপটন সংখ্যা সংরক্ষণ করা আবশ্যক। অনুমোদিত ক্ষয় μ⁻ → e⁻ + ν_μ + ν̄_e তে ক্ষয়ের আগে এবং পরে মোট লেপটন সংখ্যা একই থাকে: মিউনের লেপটন সংখ্যা +1, ইলেকট্রনের লেপটন সংখ্যা +1, মিউন নিউট্রিনো +1, এবং ইলেকট্রন অ্যান্টিনিউট্রিনো -1। যদি মিউন শুধুমাত্র একটি ইলেকট্রন এবং একটিমাত্র নিউট্রিনোতে ক্ষয় হতো, লেপটন সংখ্যা সংরক্ষণ ভঙ্গ হতো। এই নিয়ম সব লেপটন-সম্পর্কিত ক্ষয়ের জন্য প্রযোজ্য।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

J.J. Thomson, through his cathode ray experiments, discovered the electron, a negatively charged particle present in all atoms. This showed that every substance is made up of these tiny charged particles, establishing the fundamental component of matter.

(জে. জে. থমসন তার ক্যাথোড রে পরীক্ষার মাধ্যমে ইলেকট্রন আবিষ্কার করেন, যা প্রতিটি পরমাণুর মধ্যে বিদ্যমান ঋণাত্মক চার্জযুক্ত কণিকা। এটি দেখায় যে মহাবিশ্বের সব পদার্থ এই ক্ষুদ্র চার্জযুক্ত কণিকাগুলো দিয়ে গঠিত।)

[Source: Concepts of Modern Physics – Arthur Beiser]

Pair production occurs when a high-energy gamma photon passes near a nucleus and transforms its energy into a particle-antiparticle pair, usually an electron and a positron. The nearby nucleus is needed to conserve momentum. The photon must have energy at least equal to the combined rest mass energy of the pair (1.022 MeV for electron-positron). This phenomenon demonstrates the conversion of energy into matter, consistent with Einstein’s equation E = mc².

(পেয়ার প্রোডাকশন ঘটে যখন উচ্চ শক্তিশালী গামা ফোটন নিউক্লিয়াসের কাছে যায় এবং তার শক্তিকে একটি কণিকা-বিপরীত কণিকা জোড়া তে রূপান্তরিত করে, সাধারণত একটি ইলেকট্রন এবং একটি পজিট্রন। নিউক্লিয়াসের উপস্থিতি গতি সংরক্ষণের জন্য প্রয়োজন। ফোটনের শক্তি অবশ্যই জোড়ার মোট অবশিষ্ট ভরের সমান বা তার বেশি হতে হবে (ইলেকট্রন-পজিট্রনের জন্য 1.022 MeV)। এই প্রক্রিয়া শক্তিকে পদার্থে রূপান্তরের উদাহরণ।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

Photon linear accelerators (linacs) are widely used in medical radiotherapy. They accelerate electrons which then strike a target, producing high-energy X-rays. These X-rays are used to treat cancer by damaging the DNA of cancer cells while minimizing harm to surrounding healthy tissue. Unlike gamma rays from radioactive sources, linac-generated X-rays can be precisely controlled in energy, intensity, and direction for targeted therapy.

(ফোটন লিনিয়ার অ্যাকসেলেটার (লিন্যাক) চিকিৎসা বিকিরণ থেরাপিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এটি ইলেকট্রনকে ত্বরান্বিত করে, যা একটি টার্গেটের সাথে সংঘর্ষ করে উচ্চ-শক্তির এক্স-রে উৎপন্ন করে। এই এক্স-রে ক্যান্সার কোষের DNA ক্ষতি করে চিকিৎসা দেয়, পাশাপাশি আশেপাশের সুস্থ টিস্যুর ক্ষতি কমায়। রেডিওঅ্যাকটিভ উৎস থেকে গামা রশ্মির তুলনায়, লিন্যাক দ্বারা তৈরি এক্স-রে শক্তি, তীব্রতা এবং দিকনির্দেশে সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রিত হতে পারে।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

The nuclear shell model suggests that protons and neutrons occupy discrete energy levels or “shells” within the nucleus. Nuclei with “magic numbers” of protons or neutrons (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) have completely filled shells, making them particularly stable. This is analogous to noble gases in atomic electron configurations.

(নিউক্লিয়ার শেল মডেল অনুযায়ী, প্রোটন এবং নিউট্রন নিউক্লিয়াসের মধ্যে আলাদা শক্তি স্তর বা "শেল" এ অবস্থান করে। যেসব নিউক্লিয়াসে প্রোটন বা নিউট্রনের "ম্যাজিক নাম্বার" (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) থাকে, তাদের শেল সম্পূর্ণভাবে ভর্তি থাকে, ফলে তারা অত্যন্ত স্থিতিশীল হয়। এটি পরমাণুর নোবেল গ্যাসের ইলেকট্রন কনফিগারেশনের সাথে তুলনীয়।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

In a cyclotron, the D-shaped electrodes (called “dees”) are connected to a high-frequency alternating voltage. This voltage accelerates charged particles each time they cross the gap between the dees. The alternating nature ensures that particles are always accelerated in the correct direction. Combined with a perpendicular magnetic field, the particles spiral outward, gaining energy with each pass until they reach the desired speed for experiments or medical applications.

(সাইক্লোট্রনে, D-আকৃতির ইলেকট্রোডগুলো (“ডি” নামেও পরিচিত) উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তনশীল ভোল্টেজ এর সাথে সংযুক্ত থাকে। প্রতিবার কণিকা দুটি ডির মাঝে পার হতে গেলে এই ভোল্টেজ তাকে ত্বরান্বিত করে। পরিবর্তনশীল প্রকৃতির কারণে কণিকাগুলো সবসময় সঠিক দিকের দিকে ত্বরান্বিত হয়। লম্বভাবে প্রয়োগকৃত চৌম্বক ক্ষেত্রের সঙ্গে মিলিত হয়ে, কণিকাগুলো বাইরে দিকে সাঁতার কেটে শক্তি বাড়ায়, যতক্ষণ না তারা প্রয়োজনীয় গতিতে পৌঁছায়।)

[Source: Modern Physics – R. Murugeshan]

[Source: Concepts of Modern Physics – Arthur Beiser]

Nuclei with magic numbers have their proton or neutron shells completely filled. This complete filling creates a very stable configuration, minimizing the energy of the nucleus. Such nuclei are less likely to undergo radioactive decay and are analogous to the stability of noble gas atoms with filled electron shells.

(ম্যাজিক নাম্বারের নিউক্লিয়ন বিশিষ্ট নিউক্লিয়াসে প্রোটন বা নিউট্রনের শেল সম্পূর্ণভাবে ভর্তি থাকে। এই পূর্ণ ভর্তি কনফিগারেশন নিউক্লিয়াসকে অত্যন্ত স্থিতিশীল করে, নিউক্লিয়াসের শক্তি সর্বনিম্ন হয়। এই ধরনের নিউক্লিয়াসগুলি রেডিওঅ্যাকটিভ ক্ষয় ঘটাতে কম প্রবণ হয় এবং এটি পূর্ণ ইলেকট্রন শেলযুক্ত নোবেল গ্যাস পরমাণুর স্থায়িত্বের সাথে তুলনীয়।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Tritium (³H) can be produced from lithium in seawater through nuclear reactions, typically by neutron bombardment. Neutrons interact with lithium nuclei to form tritium and other byproducts, which can then be extracted for use in fusion research or as a radioactive tracer.

(ট্রিটিয়াম (³H) সাগরের পানিতে থাকা লিথিয়াম থেকে নিউক্লিয়ার প্রতিক্রিয়ার মাধ্যমে উৎপাদিত করা যায়, সাধারণত নিউট্রন বোম্বার্ডমেন্টের মাধ্যমে। নিউট্রন লিথিয়াম নিউক্লিয়াসের সঙ্গে প্রতিক্রিয়া করে ট্রিটিয়াম এবং অন্যান্য উপপণ্য তৈরি করে, যা পরে ফিউশন গবেষণা বা রেডিওঅ্যাকটিভ ট্রেসার হিসেবে ব্যবহার করা যায়।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Technetium-99m is widely used in nuclear medicine for bone scans because it emits gamma rays that can be detected by a gamma camera. When injected, it localizes in bone tissue, allowing doctors to visualize fractures, infections, or cancers in bones with minimal radiation exposure to the patient.

(টেকনিশিয়াম-৯৯মি চিকিৎসায় হাড়ের স্ক্যানের জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় কারণ এটি গামা রশ্মি নির্গত করে, যা গামা ক্যামেরা দ্বারা সনাক্ত করা যায়। এটি ইনজেকশন দিলে হাড়ের টিস্যুতে সংরক্ষিত হয়, যা ডাক্তারদের হাড়ের ফ্র্যাকচার, সংক্রমণ বা ক্যান্সার চিহ্নিত করতে সাহায্য করে, রোগীর বিকিরণ কম রেখে।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]

Alpha decay occurs when a nucleus emits an alpha particle (2 protons and 2 neutrons). This reduces the atomic number by 2 and the mass number by 4, transforming the element into a different one. It is not the same as beta decay, which involves electron or positron emission.

(আলফা ক্ষয় ঘটে যখন একটি নিউক্লিয়াস আলফা কণিকা (2 প্রোটন এবং 2 নিউট্রন) নির্গত করে। এর ফলে পারমাণবিক সংখ্যা 2 এবং ভর সংখ্যা 4 কমে যায়, এবং উপাদানটি নতুন উপাদানে রূপান্তরিত হয়। এটি বেটা ক্ষয়ের সাথে মিলিত নয়, যা ইলেকট্রন বা পজিট্রন নির্গমনের সঙ্গে সম্পর্কিত।)

[Source: Nuclear Physics – S. N. Ghoshal]