ഡോ. പ്രശാന്ത് ജയപ്രകാശ്
ഫിസിക്സ് അധ്യാപകൻ
ആന്റിമാറ്റർ
“നിഗൂഢത” ചുരുളഴിയുമോ?
നേച്ചർ മാഗസിനിൽ കഴിഞ്ഞ ദിവസം പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പഠന റിപ്പോർട്ട് പ്രതിദ്രവ്യവു (antimatter) മായി ബന്ധപ്പെട്ട പഠനത്തിന് വലിയ സംഭാവനയാണ് നൽകാൻ പോകുന്നത്.
ആദ്യമായി ഒരു പ്രതികണത്തെ (antiparticle) – ഇലക്ട്രോണിന്റെ പ്രതികണമായ പോസിട്രോണിനെ കണ്ടെത്തിയത് 1932 ൽ മാത്രമാണ്. പ്രതികണത്തിന് ഒരു കണത്തിന്റെ എല്ലാ സഹജസ്വഭാവഗുണങ്ങളുണ്ടെങ്കിലും നേർവിപരീത ചാർജ്ജാണ് ഉണ്ടാവുക, ഇത്തരം കണികകൾ കൂടെ ഉൾച്ചേർന്ന പ്രതിദ്രവ്യം ഗുരുത്വബലത്താൽ താഴേക്ക് തന്നെയാണ് വീഴുക എന്നാണ് ഇപ്പോൾ സേണിൽ നടത്തിയ പരീക്ഷണത്തിലൂടെ തെളിയിച്ചത്.
നമുക്കറിയാവുന്ന ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റം ഒരു പ്രോട്ടോണും അതിനു ചുറ്റും കറങ്ങുന്ന ഇലക്ട്രോണും അടങ്ങുന്നതാണല്ലോ, പ്രോട്ടോണിന്റെ സ്ഥാനത്ത് അതിന്റെ പ്രതികണം ആയ antiproton ണും (നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജുള്ള പ്രോട്രോൺ), ഇലക്ട്രോണിന്റെ പ്രതികണം ആയ പോസിട്രോണും സങ്കൽപ്പിച്ചാലോ ? അതിനെ നമുക്ക് ആൻ്റിഹൈഡ്രജൻ എന്ന് വിളിക്കാം. അതായത് ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റത്തിന്റെ പ്രതിദ്രവ്യം ആണ് ആന്റിഹൈഡ്രജൻ.
പ്രപഞ്ചവികാസത്തെ സംബന്ധിച്ച മഹാസ്‌ഫോടന സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച് (Big bang theory) 1380 കോടി വർഷങ്ങൾക്കപ്പുറം രൂപപ്പെട്ട ആദിമ പ്രപഞ്ചത്തിൽ ദ്രവ്യത്തോളം (matter) തന്നെ പ്രതിദ്രവ്യവും (antimatter) ഉണ്ടായിരുന്നു, പക്ഷെ ഇന്നത്തെ നമ്മുടെ പ്രപഞ്ചത്തിൽ ദ്രവ്യത്തിനാണ് ഭൂരിപക്ഷം. അതായത് ദ്രവ്യം, പ്രതിദ്രവ്യത്തിന് മുകളിൽ ആധിപത്യം സ്ഥാപിച്ചു. ഇങ്ങനെ സംഭവിച്ചത് ഫിസിക്സിന് ഇന്നുവരെ ഉത്തരം കിട്ടാത്ത ഒരു ചോദ്യമാണ്. അതുകൊണ്ടുതന്നെയാണ് സേൺ മുപ്പത് വർഷമായി ഇത്തരം പരീക്ഷണങ്ങളുടെ പുറകേ കൂടിയത്. ദ്രവ്യത്തിന് ഭൂരിപക്ഷം ഉള്ള നമ്മുടെ ലോകത്തുനിന്നുകൊണ്ട്, പ്രതിദ്രവ്യം എവിടെപ്പോയെന്ന് കണ്ടെത്താനുള്ള ശ്രമത്തിൽ സേൺ നല്ലൊരു മുന്നേറ്റം ഉണ്ടാക്കി എന്നതാണ് ഇപ്പോൾ പുറത്തുവിട്ട കണ്ടെത്തലിലെ ഹൈലൈറ്റ്. ” Half the Universe is missing”, എന്നാണ് CERN ലെ Antihydrogen Laser Physics Apparatus Experiment ലെ Jeffrey Hangst പറഞ്ഞത്.
1996 ലാണ് ആന്റി ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റം സേൺ പരീക്ഷണശാലയിൽ ആദ്യമായി ഉണ്ടാക്കുന്നത്. ഇത്തരം പ്രതിദ്രവ്യത്തിന് അധിക സമയം നിലനിൽക്കാൻ കഴിയില്ല, കാരണം പ്രതിദ്രവ്യം ദ്രവ്യത്തെ തൊടുന്ന നിമിഷം അവ രണ്ടും പരസ്പരം നശിച്ച് ഊർജ്ജമായി മാറുന്നു (matter-antimatter annihilation). പരീക്ഷണശാലയിൽ ഉണ്ടാക്കിയാൽ തന്നെ വളരെ ചെറിയ നിമിഷാർദ്ധത്തിൽ ഇവ അപ്രത്യക്ഷമാവുന്നു.
ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) ഉപയോഗിച്ചാണ് ആന്റിഹൈഡ്രജൻ നിർമ്മിക്കുന്നത്. പാർട്ടിക്കിൾ ആക്സിലറേറ്റർ ആയ Proton Synchrotron ഉപയോഗിച്ച് നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജുള്ള ആൻ്റിപ്രോട്ടോൺ നിർമ്മിക്കാം. പക്ഷെ അവ ഉന്നത ഊർജ്ജമുള്ളതും പല ദിശകളും പിന്തുടരുന്നവയുമാണ്. അവയെ ആന്റിപ്രോട്രോൺ ഡീസലറേറ്റർ (antiproton decelerator), ELENA ( Extra Low ENergy Antiproton ring ) എന്നിവയുടെ സഹായത്തോടെ ഊർജ്ജവും വേഗതയും കുറച്ചുകൊണ്ട് നിയന്ത്രിക്കുന്നു. സോഡിയത്തിന്റെ റേഡിയോആക്റ്റിവ് ഐസോടോപ്പ് അയ Na-22, പോസിറ്റീവ് ചാർജ്ജുള്ള പോസിട്രോണിന്റെ നല്ലൊരു ഉറവിടമാണ്. അതിൽ നിന്നും ലഭിക്കുന്ന പോസിട്രോണിനെ ആന്റിപ്രോട്രോണുമായി കൂട്ടിച്ചേർത്ത് ആൻ്റിഹൈഡ്രജൻ ഉണ്ടാക്കുന്നു.
ഏതെങ്കിലും സാഹചര്യത്തിൽ ആന്റിഹൈഡ്രജൻ ആറ്റങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന അറയുമായി (കണ്ടെയ്നർ) അവ ബന്ധപ്പെടാതിരിക്കാൻ വലിയ കാന്തികമണ്ഡലത്തിലേക്ക് (superconducting electromagnetic coils) അതിനെ അയച്ച് ഒരു കാന്തിക കെണി (magnetic trap) അവിടെ ഒരുക്കുന്നു, അതുകൊണ്ട് തന്നെ ദ്രവ്യവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തനം നടത്താൻ ഇതിന് സാധിക്കില്ല. ഇനി കാന്തികമണ്ഡലം ഒഴിവാക്കുന്ന നിമിഷം ചുറ്റും ഒരുക്കിനിർത്തിയിരിക്കുന്ന സെൻസർ കണ്ണുകൾ Antihydrogen താഴേക്കാണോ മുകളിലേക്കാണോ പോയതെന്ന് വിലയിരുത്തുന്നു. നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളുടെയൊക്കെ ശരാശരി നോക്കിയപ്പോൾ കിട്ടിയത് മുൻപ് ഐൻസ്റ്റൈൻ പറഞ്ഞതിനെ സാധൂകരിക്കുന്ന തെളിവുകളാണ്.
പ്രതിദ്രവ്യത്തിന്റെ ഗുരുത്വാകർഷണ സ്വഭാവം പഠിക്കാൻ ഉതകുന്ന കണ്ടെത്തലാണിത്. ഇതിന്റെ അടുത്ത ഘട്ട പരീക്ഷണങ്ങളുമായി ഗവേഷകർ മുന്നോട്ടു പോവുകയാണ്. പ്രപഞ്ചോൽപ്പത്തിയുടെ സമയത്ത് ഉണ്ടായിരുന്ന പ്രതിദ്രവ്യം (antimatter) എവിടെപ്പോയെന്ന ചോദ്യം അപ്പോഴും ബാക്കിയാവുന്നുണ്ട്. പുതിയ പരീക്ഷണങ്ങൾ ഇതിന്റെ ഉത്തരത്തിലേക്കുള്ള വേഗത വർദ്ധിപ്പിക്കും. പ്രതിദ്രവ്യവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഇത്തരം പുതിയ ഗവേഷണങ്ങൾ പഴയ തിയറികളെ സാധൂകരിക്കുമ്പോൾ എന്തെന്നില്ലാത്ത സന്തോഷം ഗവേഷകലോകത്തിനുണ്ടാവാനുള്ള കാരണം അത് പുതിയ ശാസ്ത്ര സത്യങ്ങളിലേക്ക് വെളിച്ചം വീശുന്നു എന്നതാണ്. അതാവാം പുതിയ പ്രായോഗിക വഴികളിലൂടെ മാനവരാശിയുടെ ഗതിമാറ്റുന്നത്.
