പ്രോട്ടോണിനകത്ത് പുതിയൊരാൾ

Read Time:10 Minute

ഡോ.എൻ.ഷാജി

ഫിസിക്സ് അധ്യാപകൻ

ലൂക്ക എഡിറ്റോറിയൽ ബോർഡംഗം

പ്രോട്ടോണിനകത്ത് പുതിയൊരാൾ

നെതർലൻഡ്സിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ റോജോയും (Juan Rojo) സഹപ്രവർത്തകരും 2022 ആഗസ്റ്റ് 18-ന് പ്രശസ്ത ഗവേഷണ ജേണലായ നേച്ചറിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച കണ്ടെത്തലുകൾ പ്രോട്ടോണുകളെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ ഇതുവരെയുള്ള ധാരണകൾ തിരുത്തുമോ ?

നാം സ്കൂളുകളിൽ സയൻസ് ക്ലാസ്സിൽ പഠിക്കുന്ന ഒരു കാര്യമുണ്ട്. നമ്മൾചുറ്റും കാണുന്ന വസ്തുക്കളെല്ലാം ആറ്റങ്ങളാൽ നിർമിതമാണ്. ആറ്റങ്ങളിലാകട്ടെ പ്രോട്ടോൺ, ന്യൂട്രോൺ, ഇലക്ട്രോൺ എന്നിങ്ങനെ മൂന്നിനം കണങ്ങളുണ്ട്. പിന്നീട് കുറച്ചു കൂടി ആഴത്തിൽ പഠിക്കുമ്പോൾ പ്രോട്ടോൺ, ന്യൂട്രോൺ എന്നിവ ശരിക്കും അടിസ്ഥാന കണങ്ങളല്ല, മറിച്ച് അവ ക്വാർക്കുകളാൽ നിർമ്മിതമാണെന്നു പഠിക്കും.

പ്രോട്ടോണുകൾക്ക് വൈദ്യുത ചാർജ് ഉണ്ട്. അതു ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാർജിന്റെയളവിന്റെയത്ര തന്നെയാണ് അതിന്റെ അളവ്. ഒന്ന് പോസിറ്റീവ് ആണെങ്കിൽ മറ്റേത് നെഗറ്റീവ് ആണെന്നു മാത്രം. എന്നാൽ പ്രോട്ടോണിന്റെയും ന്യൂട്രോണിന്റെയും ഘടകങ്ങളായ ക്യാർക്കുകളുടെ ചാർജ് കണക്കാക്കുമ്പോൾ ഒരു ചെറിയ ട്വിസ്റ്റ് ഉണ്ട്. ക്വാർക്കുകൾ 6 തരമുണ്ട്. അവയെ ഇംഗ്ലീഷ് അക്ഷരങ്ങളായ u, d, c, s, t, b എന്നിവ കൊണ്ട് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഇവ യഥാക്രമം up, down, charm, strange, top, bottom എന്നീ വാക്കുകളെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഈ വാക്കുകളുടെ ഇംഗ്ലീഷ് അർത്ഥം ആലോചിച്ച് തല പുണ്ണാക്കേണ്ടതില്ല. ഈ പേരുകളൊക്കെ ചില ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ കുസൃതി ആയി കരുതുകയാണ് നല്ലത്. ഇതിൽ u, c, t എന്നീ ക്വാർക്കുകളുടെ ചാർജ് പ്രോട്ടോൺ ചാർജിന്റെ 2/3 വീതവും d, s, b ക്വാർക്കുകളുടെ ചാർജ് പ്രോട്ടോൺ ചാർജിന്റെ -1/3 വീതവുമാണ്. ഇതൊക്കെ പരിഗണിച്ചാൽ ഏറ്റവും ലളിതമായ മാതൃകയനുസരിച്ച് രണ്ടു u ക്വാർക്കും ഒരു d ക്വാർക്കും ചേർന്നതാണ് ഒരു പ്രോട്ടോൺ. അപ്പോൾ ചാർജിന്റെ കണക്ക് ശരിയാകും. 2/3+2/3-1/3=1. അതായത് പ്രോട്ടോൺ ഘടന (uud) ആകുന്നു. ഈ ക്വാർക്കുകളെ പരസ്പരം ‘ഒട്ടിച്ചു’ നിർത്തുന്ന ‘പശ’ (glue) ഗ്ലുവോൺ (gluon) എന്ന മറ്റൊരിനം കണികകളാണ്. അവയ്ക്ക് ചാർജില്ല.

1960 കളിൽ അമേരിക്കയിലെ സ്റ്റാൻഫോർഡ് യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിൽ ഉണ്ടായിരുന്ന അന്നത്തെ ഏറ്റവും വലിയ കണികാത്വരിത്രം (particle accelerator) ആയിരുന്ന സ്ലാക്കിൽ (SLAC – Stanford Linear Accelerator Center) നടന്ന പരീക്ഷണങ്ങളിലാണ് ക്വാർക്കുകളുടെ അസ്തിത്വം ശാസ്ത്ര സമൂഹത്തിനു ബോദ്ധ്യമായത്. അവിടെ 3.2 കിലോമീറ്റർ നീളമുള്ള കൂറ്റൻ യന്ത്രത്തിൽ ഇലക്ട്രോണുകളെ പ്രകാശത്തിനോടടുത്ത വേഗത്തിൽ എത്തിച്ച് പ്രോട്ടോണുകളുമായി കൂട്ടിയിടിപ്പിച്ച് പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തുകയായിരുന്നു. ഇതിനു നേതൃത്വം കൊടുത്തവർക്കാണ് 1990-ലെ ഫിസിക്സ് നോബെൽ പുരസ്കാരം നൽകിയത്.

Stanford Linear Accelerator Centerൽ നടന്ന പരീക്ഷണങ്ങളിലാണ് ക്വാർക്കുകളുടെ അസ്തിത്വം ശാസ്ത്ര സമൂഹത്തിനു ബോദ്ധ്യമായത്. ഇതിനു നേതൃത്വം കൊടുത്തവർക്കാണ് 1990-ലെ ഫിസിക്സ് നോബെൽ പുരസ്കാരം നൽകിയത്.

ക്വാർക്കുകളെയും ഗ്ലുവോണുകളെയും വിവരിക്കണമെങ്കിൽ അവയെ സംബന്ധിച്ച ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തം ഉണ്ടാക്കണം. അതാണ് ക്വാണ്ടം ക്രോമോഡൈനാമിക്സ് (QCD, Quantum Chromodynamics). ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തിലേക്കു വരുമ്പോൾ വസ്തുനിഷ്ഠ യാഥാർത്ഥ്യത്തെ സംബന്ധിച്ച നമ്മുടെ ചില ‘ക്ലാസ്സിക്കൽ’ ധാരണകൾ തിരുത്തേണ്ടിവരും. ഒരേ സമയം ഒന്നിലധികം സാദ്ധ്യതകൾ പരിഗണിക്കേണ്ടി വരും. ഉദാഹരണമായി പ്രോട്ടോണുകൾ തമ്മിലുള്ള ബലങ്ങൾ പരിശോധിക്കുമ്പോൾ u, d ക്വാർക്കുകൾക്കു പുറമേ ദ്രവ്യമാനം കൂടിയ c ക്വാർക്കിന്റെയും പങ്ക് പരിഗണിക്കണം. പ്രോട്ടോൺ ഘടനയിൽ തന്നെ c ക്വാർക്കിന്റെയും അതിന്റെ പ്രതികണത്തിന്റെയും (antiparticle) സാദ്ധ്യത പരിഗണിക്കണമെന്ന നിർദ്ദേശം 1980-കളിൽ വന്നിരുന്നു. എന്നാൽ അത് ഉറപ്പിക്കാൻ വേണ്ട തെളിവ് ലഭിച്ചിരുന്നില്ല.

അടുത്ത കാലത്ത് വിവിധ രാജ്യങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ഒരു കൂട്ടായ്മ മുൻ പരീക്ഷണങ്ങൾക്കു പുറമേ സേണിലെ ലാർജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡർ (Large Hadron Collider, CERN) പരീക്ഷണങ്ങളിലും ലഭിച്ച വിവരങ്ങൾ നിർമ്മിത ബുദ്ധിയുടെ (artificial intelligence) സങ്കേതങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് പരിശോധിച്ചപ്പോൾ പ്രോട്ടോൺ ഘടനയിൽ u, d ക്വാർക്കുകൾക്കു പുറമേ c (charm) ക്വാർക്കിന്റെ ചെറിയ തോതിലുള്ള കലർപ്പു കൂടി പരിഗണിക്കണമെന്ന് ബോദ്ധ്യപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. നെതർലൻഡ്സിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ റോജോയും (Juan Rojo) സഹപ്രവർത്തകരുമാണ് 2022 ആഗസ്റ്റ് 18-ന് പ്രശസ്ത ഗവേഷണ ജേണലായ നേച്ചറിൽ (Nature, DOI: 10.1038/s41586-022-04998-2) അവരുടെ കണ്ടെത്തലുകൾ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്.

നെതർലൻഡ്സിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ റോജോയും (Juan Rojo) സഹപ്രവർത്തകരുമാണ് 2022 ആഗസ്റ്റ് 18-ന് പ്രശസ്ത ഗവേഷണ ജേണലായ നേച്ചറിൽ അവരുടെ കണ്ടെത്തലുകൾ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്. കണികാ ഭൗതികത്തിൽ ഒരു സംഗതിയെ ഒരു കണ്ടുപിടുത്തം ആയി അംഗീകരിക്കണമെങ്കിൽ ഗോൾഡൻ സ്റ്റാൻഡാർഡ് എന്നു കരുതപ്പെടുന്ന 5- സിഗ്മ ലെവലിൽ വിശ്വാസ്യത വരത്തക്കവിധത്തിലുള്ള പിന്തുണ പരീക്ഷണങ്ങളിൽ നിന്നു ലഭിക്കണം.

കണികാ ഭൗതികത്തിൽ ഒരു സംഗതിയെ ഒരു കണ്ടുപിടുത്തം ആയി അംഗീകരിക്കണമെങ്കിൽ ഗോൾഡൻ സ്റ്റാൻഡാർഡ് എന്നു കരുതപ്പെടുന്ന 5- സിഗ്മ ലെവലിൽ വിശ്വാസ്യത വരത്തക്കവിധത്തിലുള്ള പിന്തുണ പരീക്ഷണങ്ങളിൽ നിന്നു ലഭിക്കണം. സാംഖികത്തിൽ (statistics) ശരാശരിയിൽ നിന്നുള്ള വ്യതിയാനം അളക്കുന്ന ഒരു തോതാണ് സിഗ്മ എന്ന ഗ്രീക്ക് അക്ഷരം കൊണ്ട് രേഖപ്പെടുത്തുന്ന സ്റ്റാൻഡാർഡ് ഡീവിയേഷൻ. ഇക്കാര്യത്തിൽ കണ്ടെത്തലുകൾ 3 – സിഗ്മയുടെ താഴെയാണ് നില്കുന്നത്.

അതുകൊണ്ട് ഇവർക്ക് ഉടനെ വലിയ പുരസ്കാരങ്ങൾ ലഭിക്കാനൊന്നും പോകുന്നില്ല. കൂടുതൽ ശക്തമായ തെളിവുകൾ വന്നാലേ ഇതിനെ ശാസ്ത്ര ലോകം പൂർണമായി അംഗീകരിക്കൂ. ഒരു പക്ഷേ ഈ കണ്ടെത്തലുകൾ തള്ളപ്പെടാനും സാദ്ധ്യതയുണ്ട്. പക്ഷേ ഇത് സ്ഥിരീകരിക്കപ്പെട്ടാൽ ശാസ്ത്ര പുസ്തകങ്ങളിൽ ചില കൂട്ടിച്ചേർക്കലുകൾ വേണ്ടി വരും.