ലാർജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡർ – പുതിയ പരീക്ഷണങ്ങൾ, പുതിയ കണ്ടെത്തലുകൾ

ഡോ.ശ്രീജ.എസ്

എന്തിനാലുണ്ടായി ഈ പ്രപഞ്ചം എന്ന ചോദ്യത്തിന് മനുഷ്യരാശിയുടെ ഉത്ഭവത്തോളം പഴക്കമുണ്ട്. അന്ന് തുടങ്ങിയ ഈ ചോദ്യം ചെയ്യൽ മനുഷ്യരാശിയുടെ പരിണാമത്തോടൊപ്പം പുതുക്കപ്പെടുകയും കൂട്ടിച്ചേർക്കപ്പെടുകയും തിരുത്തിയെഴുതപ്പെടുകയും ചെയ്തു കൊണ്ടിരിക്കുന്നു.

 സൂക്ഷ്മപ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഘടനയെക്കുറിച്ചുള്ള ചോദ്യങ്ങൾ നമ്മെ  എത്തിക്കുന്നത് സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ (Standard model) എന്ന പ്രാമാണിക മാതൃകയിലേക്കാണ്. ഇതനുസരിച്ച് നമുക്കു പരിചിതമായ ദ്രവ്യ പ്രപഞ്ചം രണ്ടിനം കണങ്ങളാൽ നിർമിതമാണ്; ലെപ്റ്റോണു (Lepton) കളും ക്വാർക്കു (Quark) കളും. ഇലക്ട്രോണുകളോടൊപ്പം സമാന സ്വഭാവമുള്ള മ്യു, ടൗ കണങ്ങളും അവയുടെ ബന്ധുക്കളായ മൂന്നിനം ന്യൂട്ടിനോകളും ചേർന്നതാണ് മൊത്തം ആറിനം ലെപ്റ്റോണുകൾ. ഇതേ പോലെ തന്നെ ആറിനം ക്വാർക്കുകളുമുണ്ട്. u, d, c, s, t, b എന്നീ  ലാറ്റിൻ അക്ഷരങ്ങൾ കൊണ്ട് ഇവയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. അപ്, ഡൗൺ, ചാം, സ്ട്രെയ്ന്ജ്, ടോപ്, ബോട്ടം (up, down, charm, strange, top, bottom) എന്നിങ്ങനെ രസാവഹമായ പേരുകളിലാണ് ഈ ക്വാർക്കുകൾ അറിയപ്പെടുന്നത്. ഇവ കൂടാതെ ബലവാഹകരായ കണങ്ങളും ഒടുവിലായി കണ്ടെത്തിയ ഹിശ്ശ്സ് കണങ്ങളും(Hiss particles) ചേർന്നാൽ സ്റ്റാൻഡാർഡ് മോഡൽ പൂർത്തിയായി.  

സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ അനുസരിച്ച് ഇലക്ട്രോണുകൾ, മ്യൂവോണുകൾ, ന്യൂട്രിനോകൾ, ക്വാർക്കുകൾ മുതലായവയാണ് നമ്മുടെ  ദ്രവ്യകണങ്ങൾ അഥവാ  അടിസ്ഥാന ഫെർമിയോണുകൾ. ഈ ഫെർമിയോണുകളിൽ തന്നെ സ്വതന്ത്രമായി നിലനില്പുള്ളവയും അല്ലാത്തവയുമുണ്ട്. ലെപ്റ്റോണുകൾ സ്വതന്ത്ര നിലനില്പുള്ളവയാണ്. ക്വാർക്കുകൾ അങ്ങനെയല്ല. അവയ്ക്ക് സ്വതന്ത്രമായി നിലനില്പില്ല. അതിനാൽ അവ പലപ്പോഴും രണ്ടോ അതിലധികമോ കൂട്ടങ്ങളായി സംയുക്ത കണങ്ങളുടെ രൂപത്തിൽ കാണപ്പെടുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന് രണ്ട് അപ് ക്വാർക്കുകളും ഒരു ഡൗൺ ക്വാർക്കും ചേർന്നതാണ് പ്രോട്ടോൺ. അതുപോലെ രണ്ട് ഡൗൺ ക്വാർക്കുകളും ഒരു അപ്പ് ക്വാർക്കുo ചേർന്നതാണ്  ന്യൂട്രോൺ. ഈ ദ്രവ്യകണങ്ങളുടെ ഇടപഴകലുകളുടെയും കൂടിച്ചേരലുകളുടെയും ഫലമായിട്ടാണ് പ്രപഞ്ചം ഈ രീതിയിൽ നിലനിൽക്കുന്നത്.  ഈ ദ്രവ്യകണങ്ങളുടെ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നത് ഗുരുത്വാകർഷണ ബലം,  വിദ്യുത്കാന്തിക ബലം, സുശക്ത അണുകേന്ദ്രബലം, അശക്ത അണുകേന്ദ്ര ബലം എന്നീ  നാല് അടിസ്ഥാന ബലങ്ങളാണ്. ഈ ബലങ്ങൾ പ്രവർത്തിക്കുന്നതും  ചില കണങ്ങളുടെ  കൈമാറ്റം വഴിയാണ്. പ്രകാശത്തിന്റെ കണമായ ഫോട്ടോൺ (Photon) ഉൾപ്പടെയുള്ള അത്തരം കണങ്ങൾ എല്ലാം ബോസോണു (Boson) കൾ ആണ്. 

അങ്ങനെ ദ്രവ്യകണങ്ങളായ ഫെർമിയോണുകളെയും  ബല കണങ്ങളായ ബോസോണുകളെയും വർഗീകരണം നടത്തി, രസതന്ത്രത്തിൽ മൂലകങ്ങളുടെ ആവർത്തനപ്പട്ടിക പോലെ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ അടിസ്ഥാന കണങ്ങളുടെ പ്രാമാണിക മാതൃക സൃഷ്ടിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ രണ്ടു തരം കണികകളെയും കുറിച്ച് മനസിലാക്കുന്നതും പഠനം നടത്തുന്നതും വൻ പരീക്ഷണശാലകളിലാണ്.

സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ ഫോഴ്‌സുകൾ കടപ്പാട്: വിക്കിമീഡിയ

എങ്ങനെയാണ് ഈ മൗലികകണങ്ങളെ പരീക്ഷണശാലയിൽ സൃഷ്ടിക്കുന്നത് ?

ക്വാർക്കുകളാൽ നിർമ്മിതമായ സംയുക്ത കണങ്ങളെ നാം ഹാഡ്രോണുകൾ (Hadrons) എന്നും പറയുന്നു. ഹാഡ്രോണുകൾ വളരെ ഉയർന്ന ഊർജത്തിൽ കണികാ ത്വരകങ്ങളിൽ (particle accelerators) വച്ച് കൂട്ടിയിടിക്കുമ്പോൾ  വളരെ കുറഞ്ഞ സമയം മാത്രം സ്വതന്ത്രമായി നിലനിൽപ്പുള്ള അടിസ്ഥാന കണങ്ങൾ വേർതിരിയുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ അടിസ്ഥാനകണങ്ങളെക്കുറിച്ചു പഠിക്കുകയും സൈദ്ധാന്തിക വിജ്ഞാനവുമായി താരതമ്യം ചെയ്തു അവയുടെ സ്വാഭാവ വിശേഷങ്ങളുടെ കൃത്യത ഉറപ്പുവരുത്തുകയുമാണ് കണികാശാസ്ത്രജ്ഞർ ചെയ്യുന്നത്.

LHCb പരീക്ഷണം

ഏകദേശം 5600 ടൺ ഭാരവും 21 മീറ്റർ നീളവും 10 മീറ്റർ ഉയരവുമുള്ള ഈ LHCb സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നത് ഫ്രാൻസിലുള്ള ഫർണി വോൾട്ടയർ എന്ന ഗ്രാമത്തിൽ ഭൂമിക്കടിയിൽ ഏകദേശം 100 മീറ്റർ താഴ്ചയിൽ ആണ്.

  ഫ്രാൻസിന്റെയും സ്വിറ്റ്സർലൻഡിന്റെയും അതിർത്തിയിൽ ജനീവയ്ക്കടുത്തുള്ള കൂറ്റൻ പരീക്ഷണശാലയായ സേണിലെ ലാർജ് ഹാഡ്രോൺ  കൊളൈഡറിലെ (Large Hadron Collider, CERN) നാല് പ്രധാന പരീക്ഷങ്ങളിൽ ഒന്നാണ് LHCb. ഏകദേശം 5600 ടൺ ഭാരവും 21 മീറ്റർ നീളവും 10 മീറ്റർ ഉയരവുമുള്ള ഈ LHCb സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നത് ഫ്രാൻസിലുള്ള ഫർണി വോൾട്ടയർ എന്ന ഗ്രാമത്തിൽ ഭൂമിക്കടിയിൽ ഏകദേശം 100 മീറ്റർ താഴ്ചയിൽ ആണ്. ഇതിൽ ഏകദേശം 7  മുതൽ 8 വരെ ടെറാ ഇലക്ട്രോൺ വോൾട്  (1 TeV = 1,000,000,000,000 eV) ഊർജ്ജമുള്ള പ്രോട്ടോണുകളെ സെക്കൻഡിൽ 40 മില്യൺ തവണ കൂട്ടിയിടിപ്പിക്കുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്. ഇത്തരം കൂട്ടിയിടിക്കലുകൾ നടക്കുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന ഇവയെക്കാൾ കണികകൾ ആയ ബോട്ടം ക്വാർക്കുകളുടെ വിഘടനമാണ് LHCb യിൽ വളരെ പ്രാധാന്യത്തോടെ പഠനവിഷയമാക്കിയിട്ടുള്ളത്. ഇവിടെ b എന്നത് ബോട്ടം ക്വാർക്  എന്നതിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

LHCb, കടപ്പാട്: CERN

ഇപ്രകാരം  സേണിലെ കണികാ പരീക്ഷണ ശാലയിൽ ബോട്ടം ക്വാർക്കുകളുടെ വിഘടന സമയത്താണ് സൈദ്ധാന്തിക വിജ്ഞാനത്തിൽ നിന്നുമുള്ള ചില വ്യതിയാനങ്ങൾ ശ്രദ്ധയിൽ പെട്ടത്. ക്വാർക്കുകളെ നമുക്ക് പ്രകൃതിദത്തമായി കാണാൻ സാധ്യമല്ല. കണികാത്വരകങ്ങളിൽ കണികകളുടെ കൂട്ടിയിടിക്കലുകളുടെ ഫലമായി മാത്രമാണ് ഇവ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നത്. വളരെച്ചെറിയ സമയം മാത്രം സ്വതന്ത്ര നിലനില്പുള്ള ഈ കണികകൾ വളരെ പെട്ടെന്ന് വിഘടിച്ചു പോകും. സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ അനുസരിച്ചു മ്യൂവോണുകളും   ഇലക്ട്രോണുകളും  എല്ലാതരം  ബലങ്ങളാലും ഒരേ അളവിലും സ്വഭാവത്തിലും സ്വാധീനിക്കപ്പെടുന്ന കണികകളാണ്. അതിനാൽ തന്നെ ബോട്ടം ക്വർക്കിന്റെ വിഘടനഫലമായി ഈ കണങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന നിരക്ക്  തുല്യമാണെന്നാണ് സൈദ്ധാന്തികമായി കരുതപ്പെട്ടിരുന്നത്. എന്നാൽ ഈ വിഘടനത്തിന്റെ ഫലമായി മ്യൂവോണുകളെക്കാൾ കൂടുതൽ എണ്ണം ഇലക്ട്രോണുകൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നതായാണ് ശാസ്ത്രജ്ഞർ പ്രാഥമികമായി കണ്ടെത്തിയത്.  ഇതു സ്ഥിരീകരിക്കപ്പെട്ടാൽ ഒരു പക്ഷേ ബോട്ടം ക്വാർക്കുകളുടെ  വിഘടനഫലമായി ഇത് വരെ കണ്ടെത്താത്ത പുതിയ കണങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നുണ്ടെന്നും ആ കണങ്ങൾ വീണ്ടും വിഘടിച്ചു മൗലികകണമായ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉണ്ടാകുമെന്നും   കരുതാം. അതുമല്ലെങ്കിൽ ഈ കണികകളിൽ സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ അനുശാസിക്കുന്ന  നാലു ബലങ്ങൾ അല്ലാതെ അഞ്ചാമത് ഒരു ബലം പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്ന് വേണം മനസിലാക്കാൻ. ഇതിലേതാണ് ശരിയെങ്കിലും അത് പ്രാമാണിക മാതൃകയെ (standard model) തിരുത്തിയെഴുതുന്നതായാണ് ശാസ്ത്രലോകം വിലയിരുത്തുന്നത്.

എത്രത്തോളം കൃത്യമാണ് ഈ പഠനങ്ങൾ ?

ഒരു പരീക്ഷണഫലം കണ്ടുപിടിത്തം എന്ന നിലയിൽ കണക്കാക്കി അംഗീകരിക്കാൻ 5  സിഗ്മയുടെ വ്യത്യാസം വേണമെന്നാണ് നിഷ്കർഷിക്കുന്നത്. എന്നാൽ ഈ പരീക്ഷണ ഫലത്തിനു സൈദ്ധാന്തികഅനുമാനത്തിൽ നിന്ന് 3 .1 സിഗ്മയുടെ വ്യതിയാനമാണുള്ളത്. അതിനാൽ തന്നെ ഒരു കണ്ടുപിടത്തമെന്നു അംഗീകരിക്കാൻ ഇന്നത്തെ നിലയിൽ നമുക്ക് സാധ്യമല്ല. എങ്കിലും ഈ പരീക്ഷണഫലം കേവലം യാദൃശ്ചികമാകാനുള്ള സാധ്യത ഏതാണ്ട് ആയിരത്തിൽ ഒന്ന് മാത്രമാണ്.

ശാസ്ത്രത്തിന്റെ രീതി തന്നെ നിരന്തരം പുതുക്കപ്പെടലിന്റെയും കൂട്ടിച്ചേർക്കപ്പെടലിന്റേയുമാണ്. അതിനാൽത്തന്നെ ഇപ്പോഴത്തെ ഈ നിരീക്ഷണം ചിലപ്പോൾ ഒരു പുതു കണ്ടുപിടിത്തത്തിനും പുതു അറിവിനും വഴി വച്ചേക്കാം. അതുവഴി ഇത് വരെയുള്ള പ്രപഞ്ചനിർമിതിയെക്കുറിച്ചുള്ള അറിവുകളും തിരുത്തപ്പെടാം.


മറ്റു ലേഖനങ്ങൾ

  1. ഏറ്റവും വലിയ പരീക്ഷണശാല ഏറ്റവും ചെറിയ കണങ്ങളെ പറ്റി പറയുന്നതെന്തെന്നാല്‍

 

Leave a Reply