Read Time:23 Minute
ജോൺസ് പെരുമ്പാവൂർ
പൊതുവേ രണ്ട്‌ തരത്തിലുള്ള കണികാ ഭൗതികശാസ്ത്ര പരീക്ഷണങ്ങളുണ്ട്‌ – കൂട്ടിയിടി (collider) പരീക്ഷണങ്ങളും കോസ്‌മിക്‌ കിരണങ്ങളുടെ പരീക്ഷണങ്ങളും. കണികാ കൂട്ടിയിടി പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ കണികാ ത്വരിത്രങ്ങള്‍ (accelerators) ഉപയോഗിച്ച് കണികകളുടെ ഊര്‍ജം വര്‍ധിപ്പിച്ച്‌ തമ്മില്‍ ഇടിപ്പിക്കുകയും കൂട്ടിയിടിക്കുന്ന ബിന്ദുവിനു ചുറ്റും കണികാ സംവേദനികള്‍ (detector) വിന്യസിക്കുകയും ചെയ്യും. കൂട്ടിയിടിയില്‍ ഊര്‍ജം ദ്രവ്യമായി മാറുന്നത്‌ കണികകള്‍ ഉണ്ടാകുന്നതിനു കാരണമാകും. ഇങ്ങനെ ഉണ്ടാവുന്ന ദ്രവ്യമാനം (mass) കൂടിയ കണികകളെ ഡിറ്റക്ടറില് രേഖപ്പെടുത്തും. കോസ്‌മിക്‌ കിരണങ്ങള്‍ വെച്ചുള്ള പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ ഡിറ്റക്ടറുകള് മാത്രമേ സ്ഥാപിക്കേണ്ടതുള്ളൂ.
വിവിധതരം കണികാ ത്വരിത്രങ്ങളുടെയും സംവേദനികളുടെയും പ്രവര്‍ത്തനതത്വങ്ങളാണ്‌ ഈ ലേഖനത്തില്‍ വിവരിക്കാന്‍ ശ്രമിക്കുന്നത്‌.
ക്രൂക്‌സ്‌ ട്യൂബ്‌: ഒരു പ്രോട്ടോ-കണികാ ആക്‌സിലറേറ്റര്‍
1897-ല്‍ ജെ.ജെ. തോംസണ്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ കണ്ടെത്തി ആധുനിക കണികാ ഭൗതികശാസ്‌ത്രത്തിന്‌ തുടക്കമിട്ടു എന്ന്‌ പറയാം. ആറ്റത്തിനകത്തുള്ള ഒരു കണിക എന്നുമാത്രമല്ല സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിലുള്ള ഒരു മൗലിക കണികയുമാണ്‌ (elementary particle) ഇലക്ട്രോണ്‍. ആധുനിക കണികാ ത്വരിത്രങ്ങളുമായി ചില സാമ്യങ്ങളുള്ള ഒരു പരീക്ഷണമാണ്‌ ജെ.ജെ. തോംസണ്‍ നടത്തിയത്‌.
ക്രൂക്‌സ്‌ ട്യൂബ്‌ എന്നൊരു ഉപകരണമാണ്‌ ഇലക്ട്രോണ്‍ കണ്ടെത്താന്‍ ഉപയോഗിച്ചത്‌. ഈ ട്യൂബിന്റെ ഒരറ്റത്ത്‌ ഒരു ഫിലമെന്റ്‌ (കാഥോഡ്‌) ഉണ്ട്‌. ബള്‍ബിന്റെ ഫിലമെന്റ്‌ പോലെ കറന്റ്‌ ഒഴുകുമ്പോള്‍ ചൂടാകുന്ന ഒന്ന്‌. ട്യൂബിന്റെ മറ്റേ അറ്റത്ത്‌, ഉള്‍ഭാഗത്ത്‌, ഫ്‌ളൂറസെന്റ്‌ രാസപദാര്‍ത്ഥം പൂശിയ ഒരു സ്‌ക്രീന്‍. ട്യൂബിന്റെ അകത്തെ വായു പമ്പ്‌ ചെയ്‌തുകളഞ്ഞു നിര്‍വാത (vacuum) മാക്കിയിട്ടുണ്ട്‌. ഫിലമെന്റ്‌ ചൂടാകുമ്പോള്‍ അതില്‍ നിന്ന്‌ ചില ഇലക്ട്രോണുകള്‍ സ്വതന്ത്രമായി പുറത്ത്‌ വരും. ഈ ഇലക്ട്രോണുകളെ ത്വരിതപ്പെടുത്താന്‍ പുറത്തുനിന്ന്‌ ഒരു ഉയര്‍ന്ന വോള്‍ട്ടേജ്‌ സ്രോതസ്സ്‌ ഉപയോഗിക്കും. ഈ ഇലക്ട്രോണുകള്‍ ഫ്‌ളൂറസെന്റ്‌ സ്‌ക്രീനില്‍ പതിക്കുമ്പോള്‍ സ്‌ക്രീന്‍ തിളങ്ങും. കാഥോഡില്‍ നിന്നുവരുന്ന ഈ ഇലക്ട്രോണ്‍ പ്രവാഹത്തെ കാഥോഡ്‌ കിരണങ്ങള്‍ എന്നു വിളിച്ചു. കാഥോഡ്‌ കിരണങ്ങള്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന വഴിയില്‍ എന്തെങ്കിലും വസ്‌തുക്കള്‍ വെച്ചാല്‍, അതിന്റെ നിഴല്‍ ഫ്‌ളൂറസെന്റ്‌ സ്‌ക്രീനില്‍ കാണാന്‍ കഴിയുമായിരുന്നു. കാഥോഡ്‌ കിരണങ്ങള്‍ നേര്‍രേഖയിലാണ്‌ സഞ്ചരിക്കുക എന്ന്‌ ഇതില്‍ നിന്ന്‌ മനസ്സിലായി.
ക്രൂക്‌സ്‌ ട്യൂബിന്‌ പുറത്ത്‌ ഒരു കാന്തം വെച്ചാല്‍ കാഥോഡ്‌ കിരണങ്ങളുടെ പാത വളയും. ചാര്‍ജുള്ള കണികകളാണ്‌ കാന്തികമണ്ഡലത്തില്‍ ഇങ്ങനെ വളയുന്നത്‌. ഒരേ ചാര്‍ജുള്ള, പക്ഷേ കൂടുതല്‍ ആക്കം (momentum) ഉള്ള കണികകള്‍ കാന്തികമണ്ഡലത്തില്‍ വളയുന്ന പാതയുടെ ആരം (bending radius) കൂടുതലായിരിക്കും. വൈദ്യുത മണ്ഡലവും കാന്തിക മണ്ഡലവും ഒരുമിച്ച്‌ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ നിന്നാണ്‌ കാഥോഡ്‌ കിരണങ്ങളുടെ ചാര്‍ജും മാസ്സും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം (e/m) കണ്ടെത്തിയത്‌. e/m ന്റെ മൂല്യം ഹൈഡ്രജന്‍ അയോണിനെക്കാളും ആയിരത്തിലധികം മടങ്ങ്‌ കൂടുതലായിരുന്നു. ഹൈഡ്രജന്‍ അയോണുകള്‍വെച്ചും ഇതേ പരീക്ഷണം ഇതിന്‌ മുന്നേ നടന്നിരുന്നു. വിവിധ ലോഹങ്ങള്‍ വെച്ച്‌ ഫിലമെന്റ്‌ (കാഥോഡ്‌) ഉണ്ടാക്കിയിട്ടും ഒരേ e/m തന്നെ കിട്ടി. ഇതില്‍ നിന്നും തോംസണ്‍ ഒന്നു മനസ്സിലാക്കി – ഏത്‌ ലോഹത്തിലും നെഗറ്റീവ്‌ ചാര്‍ജ്‌ കൊടുക്കുന്ന കണിക ഒന്നു തന്നെയാണ്‌ – ഇലക്ട്രോണ്‍!
മേല്‍പ്പറഞ്ഞ സാങ്കേതിക വിദ്യകള്‍ തന്നെയാണ്‌ കണികാഭൗതികശാസ്‌ത്രത്തിലെ ആക്‌സിലറേറ്റര്‍ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌:
1. ഫ്രീ ഇലക്ട്രോണുകള്‍, അതായത്‌ ആറ്റത്തില്‍ ബന്ധിക്കപ്പെടാതെ സ്വതന്ത്രമായ ഇലക്ട്രോണുകള്‍, ഉണ്ടാക്കാന്‍ ഒരു ഫിലമെന്റ്‌ ചൂടാക്കിയാല്‍ മതി. ഫ്രീ പ്രോട്ടോണുകളെ ഉണ്ടാക്കാന്‍ ഹൈഡ്രജന്‍ ആറ്റങ്ങള്‍ അയോണീകരിച്ചാല്‍ മതി.
2. ചാര്‍ജുള്ള കണികകളുടെ വേഗത കൂട്ടാന്‍, അഥവാ ഊര്‍ജം വര്‍ധിപ്പിക്കാന്‍ വൈദ്യുതമണ്ഡലം ഉപയോഗിക്കുന്നു. അതിനായി ഹൈ വോള്‍ട്ടേജ്‌ സ്രോതസ്സുകള്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
3. ചാര്‍ജുള്ള കണികകളുടെ ആക്കം കണ്ടുപിടിക്കാന്‍ കാന്തികമണ്ഡലം ഉപയോഗിച്ച് അവയുടെ പാതവ്യതിയാനത്തിന്റെ ആരം (bending radius) അളക്കുന്നു.
4. അതിവേഗതയില്‍ (high energy) കണികകള്‍ക്ക്‌ സഞ്ചരിക്കാന്‍ ശൂന്യത (vacuum) വേണം. ഇല്ലെങ്കില്‍ പാതയിലുള്ള വായു തന്മാത്രകളെ തട്ടി കണികകളുടെ ഊര്‍ജം കുറയും. എത്രത്തോളം നല്ല ശൂന്യത സൃഷ്ടിക്കാമോ അത്രത്തോളം നല്ലത്‌.
5. കണികകളുടെ ഡിറ്റക്ടര്‍ ആയി ഫ്‌ളൂറസെന്റ്‌ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന രീതി പിന്നീട്‌ “സിന്റിലേഷന്” (scintillation) ഡിറ്റക്ടറുകളിലേക്ക്‌ മാറി.
കണികാഭൗതികശാസ്‌ത്രത്തില്‍ ഊര്‍ജം അളക്കാന്‍ ഉപയോഗിക്കുന്ന യൂണിറ്റിന്‌ ഇലക്ട്രോണ്‍വോള്‍ട്ട്‌ (eV) എന്ന്‌ പറയും. ഇലക്ട്രോണിനെ ഒരു വോള്‍ട്ട്‌ പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ വ്യത്യാസത്തില്‍ ത്വരിതപ്പെടുത്തിയാല്‍ ഇലക്ട്രോണിന്റെ ഗതികോര്‍ജം 1 eV ആയിരിക്കും. ക്രൂക്‌സ്‌ ട്യൂബില്‍ ചില കിലോവോള്‍ട്ടുകള്‍ ആണ്‌ പുറത്തുനിന്ന്‌ കൊടുക്കുന്ന വോള്‍ട്ടേജ്‌. ഇതില്‍ ഇലക്ട്രോണുകള്‍ക്കു ഏകദേശം ചില കിലോ-ഇലക്ട്രോണ്‍വോള്‍ട്ട്‌ (keV) ഗതികോര്‍ജം ലഭിയ്‌ക്കും! ഇന്നത്തെ കാലത്തെ കണികാ ആക്‌സിലറേറ്ററുകള്‍ ഗിഗാ-ഇലക്ട്രോണ്‍വോള്‍ട്ട്‌ (GeV – 1000keV) തുടങ്ങി ടെറാ-ഇലക്ട്രോണ്‍വോള്‍ട്ട്‌ (TeV – 1000GeV) വരെ കണികകളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്നു! കൂടുതല്‍ വേഗതയിലേക്ക്‌ ത്വരിതപ്പെടുത്താന്‍ കൂടുതല്‍ നീളമുള്ള പൈപ്പുകളില്‍ പല തവണയായി ത്വരിപ്പിക്കേണ്ടിവരും. ഇതുകൊണ്ടാണ്‌ LHC (Large Hadron Collider) പോലുള്ള കണികാ ആക്‌സിലറേറ്ററുകള്‍ കിലോമീറ്ററുകള്‍ നീളമുള്ളതാവുന്നത്‌.
കണികാ ഡിറ്റക്ടറുകള്
സിന്റിലേഷന് ഡിറ്റക്ടറിനെപറ്റി മുകളില്‍ സൂചിപ്പിച്ചിരുന്നല്ലോ. ഉന്നത ഊര്‍ജമുള്ള, ചാര്‍ജുള്ള, കണികകള്‍ ചില പദാര്‍ഥങ്ങളിലൂടെ (മാധ്യമം) സഞ്ചരിക്കുമ്പോള്‍ ഒരു ചെറിയ പ്രകാശത്തിന്റെ സ്‌ഫുരണം (flash) ഉണ്ടാകും. ഇതിനെ “സിന്റിലേഷന് പ്രകാശം” എന്ന്‌ വിളിക്കുന്നു. കണികകള്‍ മാധ്യമത്തിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുമ്പോള്‍ അതിലെ ചില ഇലക്ട്രോണുകള്‍ ഊര്‍ജം ആഗിരണം ചെയ്‌ത്‌ പിന്നേയും പുറത്തുവിടുന്നതാണ്‌ സിന്റിലേഷന് കാരണം. ഇങ്ങനെ ഉണ്ടാവുന്ന പ്രകാശം വളരെ ചെറിയ അളവില്‍ മാത്രമേ ഉണ്ടാകൂ. ഈ ഫോട്ടോണുകളെ ഡിറ്റക്ട്‌ ചെയ്യാന്‍ ഫോട്ടോമള്‍ട്ടിപ്ലൈയര്‍ ട്യൂബ്‌ (PMT) എന്ന ഉപകരണം ഉപയോഗിക്കും. ഈ അടുത്ത കാലത്തായി ഫോട്ടോമള്‍ട്ടിപ്ലൈയര്‍ ട്യൂബിന്‌ പകരം താരതമ്യേന വലുപ്പം കുറഞ്ഞ സിലിക്കണ്‍ ഫോട്ടോമള്‍ട്ടിപ്ലൈയറിന്റെ ഉപയോഗം കൂടിവരുന്നുണ്ട്‌.
ഗ്യാസ്‌ ഡിറ്റക്ടര്‍
വാതക ഡിറ്റക്‌റ്ററുകള്‍ (gas detectors) ചില അവസരങ്ങളില്‍ ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്‌. ഉന്നത ഊര്‍ജമുള്ള കണികകള്‍ ഒരു വാതകത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുമ്പോള്‍ അതിനെ അയോണീകരിക്കും. അങ്ങനെ ഉണ്ടാവുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളെ അല്ലെങ്കില്‍ അയോണുകളെ ഡിറ്റക്ട്‌ ചെയ്‌താണ്‌ ഇവ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത്‌. ഇതിന്‌ സമാനമായി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ഉപചാലക (semiconductor) ഡിറ്റക്ടറുകളും ഉണ്ട്‌. കണിക സഞ്ചരിക്കുമ്പോള്‍ അയോണീകരണം നടക്കുന്നതിന്‌ പകരം ഇലക്ട്രോണ്‍-ഹോള്‍ ജോഡികള്‍ ഉണ്ടാവുകയാണ്‌ അവിടെ സംഭവിക്കുക. കണികാ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ കൂട്ടിയിടി നടക്കുന്ന സ്ഥാനങ്ങളോട്‌ ഏറ്റവും അടുത്ത്‌ വെയ്‌ക്കുന്ന “ട്രാക്കിങ്‌ ഡിറ്റക്ടറുകള്` ഉപചാലകഡിറ്റക്ടറുകള്‍ ആണ്‌. എന്നാല്‍, വാതകഡിറ്റക്ടറിനെ അപേക്ഷിച്ചു ഇവയ്‌ക്ക്‌ ചെലവ്‌ കൂടുതലാണ്‌.
നമുക്ക്‌ നമ്മുടെ വീട്ടില്‍ തന്നെ ഉണ്ടാക്കാന്‍ പറ്റുന്ന ഒരു കണികാ ഡിറ്റക്ടര്‍ ആണ്‌ ക്‌ളൗഡ്‌ ചേമ്പര്‍. ഇത്‌ ഉപയോഗിച്ച് നമ്മുടെ ചുറ്റും പെയ്‌തുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന കോസ്‌മിക്‌ മ്യുവോണുകളുടെ പാത നമുക്ക്‌ കാണാന്‍ കഴിയും. ഈ കണികാ ഡിറ്റക്ടര്‍ ഉപയോഗിച്ചാണ്‌ കോസ്‌മിക്‌ കിരണങ്ങളില്‍ നിന്ന്‌ ഇലക്ട്രോണിന്റെ പ്രതികണികയായ പോസിട്രോണ്‍, മ്യൂവോണ്‍ എന്നീ കണികകളെ ആദ്യമായി കണ്ടെത്തിയത്‌. ആല്‍ക്കഹോളിനാല്‍ അതിപൂരിതമായ (supersaturated) ബാഷ്‌പത്തിലൂടെ ഒരു കണിക സഞ്ചരിക്കുമ്പോള്‍ അയോണീകരണം നടക്കുന്ന പാതയില്‍ അതിപൂരിതബാഷ്‌പം സാന്ദ്രീകരിക്കുന്നതുവഴി കണിക സഞ്ചരിച്ച പാത നമുക്ക്‌ നഗ്‌നനേത്രങ്ങള്‍ കൊണ്ട്‌ കാണാന്‍ സാധിക്കും. എന്നാല്‍, കൂടുതല്‍ മികച്ച ഇതരസാധ്യതകള്‍ ഉള്ളതുകൊണ്ട്‌ ഇന്ന്‌ അവ അത്ര സാധാരണമല്ല. പലപ്പോഴും ശാസ്‌ത്ര ഡെമോണ്‍സ്‌ട്രേഷനുകളില്‍ മാത്രമായി അവ ചുരുങ്ങിയിട്ടുണ്ട്‌.
കോസ്‌മിക്‌ കിരണങ്ങളെ പഠിക്കുന്ന നിരീക്ഷണശാലകള്‍ (observatories) പലതും ഇന്നും പ്രസക്തമാണ്‌. ഇന്നത്തെ കാലത്ത്‌ ഭൂമിയില്‍ ഉണ്ടാക്കാന്‍ പറ്റുന്ന ഏറ്റവും വലിയ ആക്‌സിലറേറ്ററിന്‌ പോലും എത്തിക്കാന്‍ പറ്റാത്ത അത്രയും ഊര്‍ജമുള്ള കണികകള്‍ പ്രകൃതി നമുക്ക്‌ സൗജന്യമായി കോസ്‌മിക്‌ കിരണങ്ങളിലൂടെ തരുന്നു! അതിവേഗതയില്‍ (high energy) ഭൂമിയുടെ പുറത്തുനിന്നും വരുന്ന പ്രോട്ടോണുകള്‍ (89%), ആല്‍ഫ കണികകള്‍ (10%), മറ്റ്‌ ചെറിയ ആറ്റങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയസുകള്‍ (1%) എന്നിവയാണ്‌ പ്രാഥമിക കോസ്‌മിക്‌ കിരണങ്ങളില്‍ ഉള്ളത്‌. ഇവ ഭൂമിയുടെ അന്തരീക്ഷത്തിന്റെ ഏകദേശം 15-20 കിലോമീറ്റര്‍ ഉയരത്തിലുള്ള നൈട്രജന്‍, ഓക്‌സിജന്‍ മുതലായ ആറ്റങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയസുമായി കൂട്ടിയിടിച്ച്‌, പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനം നടന്ന്‌ ഒരു മഴ പോലെ ദ്വിതീയ കണികകള്‍ (പ്രധാനമായും പൈയോണുകള്‍, മ്യുവോണുകള്‍, ന്യൂട്രിനോകള്‍) പെയ്യുന്നു. ഇതിനെ വിശാല വായുവര്‍ഷം (extensive air shower) എന്ന്‌ വിളിക്കുന്നു.
മനുഷ്യനിര്‍മിതമായ കണികാ ആക്‌സിലറേറ്ററുകളില്‍ പ്രോട്ടോണുകളെയോ മറ്റ്‌ ചില കണികകളെയോ ഉന്നത ഊര്‍ജത്തില്‍ ആക്‌സിലറേറ്റ്‌ ചെയ്‌തു മനഃപൂര്‍വം കൂട്ടിയിടിപ്പിക്കുന്നു, കൂട്ടിയിടിക്കുന്ന പോയിന്റിന്‌ ചുറ്റും കണികാ ഡിറ്റക്ടറുകള് വെക്കുന്നു എന്ന്‌ നേരത്തെ പറഞ്ഞല്ലോ. എന്നാല്‍, GeV റേഞ്ചില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന കണികാ ആക്‌സിലറേറ്ററുകള്‍ മനുഷ്യര്‍ നിര്‍മിക്കുന്നതിന്‌ മുന്‍പ്‌ പ്രകൃതി തന്നെ നമുക്ക്‌ സമ്മാനിച്ച കൂട്ടിയിടിപരീക്ഷണശാലയാണ്‌ കോസ്‌മിക്‌ കിരണങ്ങളുടെ അന്തരീക്ഷവുമായുള്ള കൂട്ടിയിടി! ആക്‌സിലറേറ്ററിന്റെ ആവശ്യം ഇല്ല, കാരണം നമ്മുടെ ചുറ്റും എപ്പോഴും ഉന്നതോര്‍ജത്തില്‍ കണികകള്‍ മഴ പോലെ പെയ്യുന്നുണ്ടല്ലോ, നമ്മള്‍ ഡിറ്റക്ടര്‍ മാത്രം നിര്‍മിച്ചാല്‍ മതി! എന്നാല്‍, പ്രപഞ്ചത്തില്‍ ഈ കണികകള്‍ ഇത്രയധികം ഊര്‍ജത്തില്‍ ആക്‌സിലറേറ്റ്‌ ആവുന്നത്‌ എവിടെ നിന്നാണെന്നോ എങ്ങനെയാണെന്നോ എന്നതിന്‌ ഇപ്പോഴും പൂര്‍ണമായ ഉത്തരമില്ല!
ചെറങ്കോവ്‌ ഡിറ്റക്ടര്‍
ഡിറ്റക്‌റ്ററുകളെപ്പറ്റി പറയുമ്പോള്‍ ഇന്നത്തെ കാലത്തു വളരെ സാധാരണമായ ചെറങ്കോവ്‌ (Cherenkov) ഡിറ്റക്ടറുകളെപ്പറ്റി പറഞ്ഞേ കഴിയൂ. ശൂന്യതയില്‍ അല്ലാത്തപക്ഷം, വെള്ളമോ ഗ്ലാസ്സോ ഒക്കെപ്പോലെയുള്ള മാധ്യമങ്ങളില്‍ പ്രകാശവേഗത സ്ഥിരാങ്കത്തേക്കാള്‍ കുറവായിരിക്കും. ഇത്‌ പോലുള്ള സുതാര്യവസ്‌തുക്കളിലൂടെ ഒരു ചാര്‍ജുള്ള കണിക പ്രകാശം അതില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്നതിനേക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുകയാണെങ്കില്‍, ഒരു വൃത്തസ്‌തൂപിക (cone) പോലെ മുമ്പോട്ട്‌ ഒരു പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കും. ഇതിന്‌ ചെറങ്കോവ്‌ പ്രകാശം എന്ന്‌ പറയുന്നു. ഈ മാധ്യമത്തിന്‌ ചുറ്റുമോ അതിനകത്തുതന്നെയോ ഇടവിട്ട്‌ PMT കള്‍ വെച്ച്‌ ഈ പ്രകാശത്തെ ഡിറ്റക്ട്‌ ചെയ്യാം. ഇങ്ങനെ ഉണ്ടാവുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ സ്‌തൂപികയുടെ കോണും ആകാരവും ഒക്കെ പരിശോധിച്ച്‌ കണികയുടെ സാന്നിധ്യവും സഞ്ചാരദിശയും ഊര്‍ജവും അത്‌ ഏതു കണികയാണെന്നതുംവരെ മനസ്സിലാക്കാം. പ്രശസ്‌തമായ സൂപ്പര്‍ കാമിയോകാണ്ടേ, ഐസ്‌ ക്യൂബ്‌ (IceCube Neutrino Observatory) എന്നീ ന്യൂട്രിനോ ഡിറ്റക്ടറുകള് ചെറങ്കോവ്‌ ഡിറ്റക്ടറുകള് ആണ്‌. പച്ചവെള്ളവും ഐസുമൊക്കെയാണ്‌ അവിടെ മാധ്യമമായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌.
ആധുനിക കണികാ ആക്‌സിലറേറ്റര്‍ പരീക്ഷണങ്ങള്‍
ഏറ്റവും വലിയ കണികാ ആക്‌സിലറേറ്ററായ ലാര്‍ജ്‌ ഹാഡ്രോണ്‍ കൊളൈഡര്‍ (LHC) വൃത്താകൃതിയില്‍ 27 കിമി ചുറ്റളവുള്ള ഒരു ഭൂഗര്‍ഭ തുരങ്കത്തിലാണുള്ളത്‌. ഇതില്‍ രണ്ടു പൈപ്പുകളിലായി കൂട്ടിയിടിക്കാനുള്ള കണികകളെ കൂട്ടങ്ങളായി (bunches) എതിര്‍ദിശകളില്‍ ത്വരിതപ്പെടുത്തും. സെക്കന്‍ഡില്‍ ഏകദേശം 11000 തവണ പ്രോട്ടോണുകള്‍ എല്‍.എച്ച്‌.സി.യെ വലയം വെയ്‌ക്കും. ഒരേ സമയം പൈപ്പില്‍ ഏകദേശം 2800 കൂട്ടങ്ങള്‍ ഉണ്ടാകും. ഒരു കൂട്ടത്തില്‍ തന്നെ ലക്ഷം കോടിയോളം (1.15 x10 11) പ്രോട്ടോണുകള്‍ ഉണ്ടാവും. എല്ലാ 25 നാനോസെക്കന്‍ഡിലും രണ്ടു കൂട്ടങ്ങള്‍ തമ്മില്‍ കൂട്ടിയിടിക്കും. എന്നാല്‍, ഒരു കൂട്ടത്തിലെ എല്ലാ പ്രോട്ടോണും കൂട്ടിയിടിക്കില്ല. അതുകൊണ്ട്‌ ഈ കൂട്ടങ്ങള്‍ തന്നെ കറങ്ങിവന്നു വീണ്ടും ഉപയോഗിക്കപ്പെടും. ഇതുകൊണ്ട്‌ ഇതുപോലെയുള്ള കണികാ ആക്‌സിലറേറ്ററുകള്‍ക്ക്‌ സംഭരണവലയം (storage ring) എന്ന്‌ പറയും. സാധാരണയായി പ്രോട്ടോണ്‍ ബീം ആണ്‌ ഉണ്ടാക്കുന്നതെങ്കിലും വര്‍ഷത്തില്‍ ഒരു മാസം ഭാരമേറിയ അയോണുകള്‍ (ഉദാഹരണത്തിന്‌ ലെഡ്‌ അയോണ്‍) വെച്ചുള്ള ബീമുകളും കൂട്ടിയിടി പരീക്ഷണങ്ങള്‍ക്കായി ഉണ്ടാക്കി ഉപയോഗിക്കും.
എല്‍.എച്ച്‌.സി. യില്‍ കണികകളെ ഒരു വൃത്തത്തില്‍ സഞ്ചരിപ്പിക്കാന്‍ (വളയ്‌ക്കാന്‍) 1232 വൈദ്യുതകാന്തങ്ങള്‍ ബീം പൈപ്പിന്‌ ചുറ്റുമുണ്ട്‌. ഇതിന്‌ പുറമേ അതിനെ ഫോക്കസ്‌ ചെയ്യാന്‍ 392 സവിശേഷ വൈദ്യുതകാന്തങ്ങള്‍ വേറെയും ഉണ്ട്‌. ഈ വൈദ്യുതകാന്തങ്ങള്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നതിന്‌ പതിനായിരത്തിലധികം ആംപിയര്‍ വൈദ്യുതി വേണ്ടതിനാല്‍, -271.25 ഡിഗ്രി സെല്‍ഷ്യസില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന അതിചാലക കോയിലുകളാണ്‌ ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌.
എല്‍.എച്ച്‌.സി.യുടെ ചുറ്റിലുമായി നാല്‌ സ്ഥലങ്ങളില്‍ കൂട്ടിയിടി സ്ഥാനങ്ങള്‍ (collision points) ഉണ്ട്‌. അവിടെ വ്യത്യസ്‌തമായ ഡിറ്റക്ടറുകള് വെച്ചിരിക്കുന്നു. ഹിഗ്ഗ്‌സ്‌ ബോസോണ്‍ കണ്ടുപിടിച്ചത്‌ ഇവിടെ നടന്ന CMS, ATLAS എന്ന രണ്ട്‌ വ്യത്യസ്‌ത പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ ആണ്‌. LHCb, ALICE എന്ന രണ്ട്‌ പ്രധാനപ്പെട്ട പരീക്ഷണങ്ങള്‍ വേറെയും ഉണ്ട്‌.
ഓരോ പരീക്ഷണവും വ്യത്യസ്‌തമാണെങ്കിലും മിക്ക കൂട്ടിയിടി ഡിറ്റക്ടറുകളും Fig 7-ല്‍ കാണുന്നതുപോലെ ഇരിക്കും. ചാര്‍ജുള്ള കണികകളുടെ ആക്കം അളക്കാന്‍ ഡിറ്റക്ടറിന്റെ അകത്ത്‌ ഒരു കാന്തികമണ്ഡലം ഉണ്ടാകും. ഇതിനായി അതിചാലക വൈദ്യുതകാന്തമാണ്‌ ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌. കൂട്ടിയിടിസ്ഥാനങ്ങളില്‍ നിന്നുണ്ടാവുന്ന കണികകള്‍ എല്ലാ ദിശയിലേക്കും ചിതറുന്നു. ഇലക്ട്രിക്‌ ചാര്‍ജുള്ള കണികകളാണ്‌ പ്രധാനമായും ട്രാക്കിങ്‌ ഡിറ്റക്ടറില് പതിയുന്നത്‌. ഫോട്ടോണുകള്‍, അതിവേഗന്യൂട്രോണുകള്‍, ന്യൂട്രിനോകള്‍ എന്നിവയുടെ പാത ട്രാക്കിങ്‌ ഡിറ്റക്ടറില് കാണുകയില്ല. ഫോട്ടോണ്‍, ഇലക്ട്രോണ്‍, പോസിട്രോണ്‍ എന്നിവയുടെ ഊര്‍ജം അളക്കുവാനായി ഇലക്ട്രോമാഗ്‌നെറ്റിക്‌ കലോറിമീറ്റര്‍ അഥവാ ഇ-കാല്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ന്യൂട്രോണ്‍, പയോണ്‍ മുതലായ ഹാഡ്രോണുകളുടെ ഊര്‍ജം അളക്കാന്‍ ഹാഡ്രോണ്‍ കലോറിമീറ്റര്‍ അഥവാ എച്‌-കാല്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇവയെല്ലാത്തിന്റെയും പുറത്തു മ്യുവോണ്‍ ഡിറ്റക്ടറുകളും ഉണ്ടാവും.
ഇ-കാലില്‍ ഈയമുള്ള സിന്റില്ലേറ്റര്‍ ആണ്‌ ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌. സാന്ദ്രത കൂടിയ ഈയത്തില്‍ ഇലക്ട്രോണുകളും പോസിട്രോണുകളും ഗാമയും വന്നിടിച്ചു ഒരു `വിദ്യുത്‌കാന്തിക വര്‍ഷം’ (electromagnetic shower) ഉണ്ടാവുന്നതുകാരണം അവയുടെ ഊര്‍ജം മുഴുവന്‍ ഇ-കാലില്‍ തന്നെ അടിയും, അവ പുറത്തേക്ക്‌ എത്തുകയില്ല. എന്നാല്‍, ഹാഡ്രോണുകള്‍ ഇ-കാല്‍ താണ്ടി എച്ച്‌-കാലില്‍ എത്തും. എച്‌-കാലില്‍ സിന്റില്ലേറ്ററുകളുടെ ഇടയില്‍ പാളികളായി ചെമ്പുകൊണ്ടുള്ള ആഗീരണികള്‍ (absorber) ഉണ്ട്‌. ഇവയില്‍ വന്നിടിച്ചു `ഹാഡ്രോണ്‍ വര്‍ഷം’ ഉണ്ടാവുന്നു. സിന്റിലേറ്ററില്‍ അടിയുന്ന ഊര്‍ജം സിന്റിലേഷന് പ്രകാശമായി മാറും, ഇതിനെ PMT ഉപയോഗിച്ച് അളക്കാം. ഇ-കാലിനെയും എച്‌-കാലിനെയും കടന്ന്‌ പോകാന്‍ മ്യുവോണുകള്‍ക്ക്‌ സാധിക്കും. അതുകൊണ്ടാണ്‌ എല്ലാ പാളികളുടേയും പുറത്തു മ്യുവോണ്‍ ഡിറ്റക്ടറുകള് ഉള്ളത്‌. ന്യൂട്രിനോകള്‍ ഇവയിലൊന്നിലും പതിയാതെ ഊര്‍ന്നുപോകും!
ദ്രവ്യമാനം കൂടിയ ഹിഗ്‌സ്‌ ബോസോണ്‍, Z ബോസോണ്‍, ടൗ ലെപ്‌ടോണ്‍ എല്ലാം വളരെ പെട്ടെന്ന്‌, മറ്റ്‌ സ്ഥിരത കൂടിയ കണികകളായി ശോഷിക്കു (decay) ന്നതുകൊണ്ട്‌ അവയെ നേരിട്ട്‌ അല്ല ഡിറ്റക്‌റ്റ്‌ ചെയ്യുന്നത്‌. അവ വിഘടിച്ച്‌ ഉണ്ടാവുന്ന മറ്റ്‌ കണികകളെ നിരീക്ഷിച്ച്‌ പരോക്ഷമായിട്ടാണ്‌ അവയെപ്പറ്റി മനസ്സിലാക്കുന്നത്‌.
മറ്റു ലേഖനങ്ങൾ
Happy
0 %
Sad
0 %
Excited
0 %
Sleepy
0 %
Angry
0 %
Surprise
0 %
0
0
