Read Time:25 Minute
സെബാസ്റ്റ്യൻ കൂത്തോട്ടിൽ
സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്റെ അതിശയിപ്പിക്കുന്ന വിജയം
കണികാഭൗതികത്തിന്റെ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ എന്നത്‌ ദൃശ്യപ്രപഞ്ചത്തെ ഒരു കൂട്ടം മൗലികകണങ്ങളുടെ (elementary particles) അടിസ്ഥാനത്തില്‍ വിശദീകരിക്കാന്‍ ശ്രമിക്കുന്ന ഒരു സൈദ്ധാന്തിക മാതൃകയാണ്‌ (theoretical model). ഭൗതികശാസ്‌ത്രത്തില്‍ ഏറ്റവും മനോഹരമെന്ന്‌ കരുതപ്പെടുന്ന സിദ്ധാന്തങ്ങളിലൊന്നല്ല സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍. എന്നാല്‍, അത്‌ ഭൗതിക ശാസ്‌ത്ര സിദ്ധാന്തങ്ങളില്‍ ഏറ്റവും വിജയകരമായവയിലൊന്നാണ്‌ എന്ന്‌ നിസ്സംശയം പറയാം.
സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ അനുസരിച്ച്‌ ദ്രവ്യലോകം നിര്‍മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്‌ ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ (quarks) ലെപ്‌റ്റോണുകള്‍ (leptons) എന്നീ മൗലിക കണങ്ങളാലാണ്‌. ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ തീവ്രബലം (strong nuclear force) വഴി പ്രതിപ്രവര്‍ത്തിക്കുകയും പ്രോട്ടോണുകള്‍ ന്യൂട്രോണുകള്‍ എന്നിങ്ങനെയുള്ള വലിയ കണികകളുടെ ഭാഗമായി മാത്രം കാണപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ലെപ്‌റ്റോണുകള്‍ തീവ്രബലം വഴി പ്രതിപ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നില്ല, അവയ്‌ക്ക്‌ ഒറ്റക്കൊറ്റയ്‌ക്ക്‌ സ്വതന്ത്രമായി സഞ്ചരിക്കാന്‍ കഴിയുന്നു. ഇത്തരം ദ്രവ്യകണങ്ങള്‍ പന്ത്രണ്ടെണ്ണമുണ്ട്‌: ആറു ക്വാര്‍ക്കുകളും ആറു ലെപ്‌റ്റോണുകളും. ദ്രവ്യകണികകള്‍ തമ്മില്‍ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത്‌ ബലങ്ങളുടെ വാഹകരായ ബോസോണുക (bo-sons)ളുടെ കൈമാറ്റത്തി(exchange)ലൂടെയാണ്‌
ഹിഗ്ഗ്‌സ്‌ ബോസോണ്‍ ഇല്ലാതെയുള്ള സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലില്‍ മൗലിക കണങ്ങളുടെ ദ്രവ്യമാനം (mass) പൂജ്യമാണ്‌. എന്നാല്‍, നമുക്ക്‌ പരിചിതമായ ലോകത്ത്‌ ദ്രവ്യകണങ്ങളായ ക്വാര്‍ക്കുകളും ലെപ്‌റ്റോണുകളും ബലവാഹകരായ ബോസോണുകളില്‍ ചിലവയും മാസ്സ്‌ ഉള്ളവയാണ്‌. അതായത്‌, സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ ഉപയോഗിച്ച്‌ യുക്തി ഭദ്രമായി ലോകത്തെ വിശദീകരിക്കണമെങ്കില്‍, ദ്രവ്യകണങ്ങള്‍ക്കും ബലകണികകള്‍ക്കുമൊപ്പം ഹിഗ്‌സ്‌ ബോസോണ്‍ എന്ന മൗലികകണം കൂടി ഉണ്ടായിരിക്കണം.
എഴുപതുകളില്‍ തന്നെ, അത്തരമൊരു കണികയുണ്ട്‌ എന്ന കൃത്യമായ പ്രവചനം സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്റെ ഭാഗമായി മുന്നോട്ടു വയ്‌ക്കപ്പെട്ടിരുന്നുവെങ്കിലും
എഴുപതുകളുടെ അവസാനം മുതലിങ്ങോട്ട്‌ നടന്ന അസംഖ്യം കണികാ പരീക്ഷണങ്ങളിലൊന്നും തന്നെ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിനു പുറത്തുള്ള കണികകളെയോ ബലങ്ങളെയോ കണ്ടെത്താന്‍ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല എന്നത്‌ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്റെ വിജയത്തിന്‌ നേര്‍സാക്ഷ്യമാണ്‌. ഈ വിജയം അതിശയിപ്പിക്കുന്നതാണെന്ന്‌ പറയാന്‍ കാരണമുണ്ട്‌. ഹിഗ്ഗ്‌സ്‌ ബോസോണ്‍ എന്ന കണികയുടെ അസ്‌തിത്വം തെളിയിക്കുന്നതോടൊപ്പം തന്നെ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്‌ പുറത്തുള്ള കണികകളെക്കൂടി കണ്ടെത്തുക എന്ന ലക്ഷ്യത്തോടെയാണ്‌ ലാര്‍ജ്‌ ഹാഡ്രണ്‍ കൊളൈഡര്‍ (LHC) നിര്‍മിക്കപ്പെട്ടത്‌. അത്തരം പുതിയ കണികകള്‍ കണ്ടെത്തപ്പെടും എന്ന ഊഹത്തിന്‌ സൈദ്ധാന്തികമായ ഉറച്ച പിന്തുണയുമുണ്ട്‌. പുതിയ കണികകളുടെ നിരീക്ഷണം സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിനപ്പുറത്തേയ്‌ക്ക്‌ കണികാ ഭൗതികത്തെ നയിക്കും എന്നും ശാസ്‌ത്രലോകം കരുതിയിരുന്നു.
പക്ഷേ, സാങ്കേതിക വിദ്യകളുടെ അഭൂതപൂര്‍വമായ വളര്‍ച്ചയുണ്ടായിട്ടുപോലും സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ എന്ന സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ പരിമിതികള്‍ക്കുള്ള സൂചനകള്‍ ഒന്നും തന്നെ പരീക്ഷണശാലകളില്‍ നിന്നും ഇതുവരെ ലഭിച്ചിട്ടില്ല. അതായത്‌, ഇന്നേ വരെ നടത്തിയിട്ടുള്ള കണികാ പരീക്ഷണങ്ങള്‍ എല്ലാം തന്നെ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിനെ ശരിവച്ചിട്ടേയുള്ളൂ. പരാജയപ്പെടും എന്ന്‌ കരുതാന്‍ സൈദ്ധാന്തികമായ കാരണങ്ങളുള്ള സാഹചര്യങ്ങളില്‍ പോലും സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ അചഞ്ചലമായി നിലനില്‍ക്കുന്നു എന്നതിനാലാണ്‌ ഈ വിജയം അത്ഭുതകരമാകുന്നത്‌.
നമ്മുടെ ചുറ്റും കാണുന്ന ദ്രവ്യലോകത്തെ മുഴുവനായി വിശദീകരിക്കാന്‍ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്‌ കഴിയും. വൈദ്യുതകാന്തിക ബലം, ദുര്‍ബലം, തീവ്രബലം എന്നീ ബലങ്ങളെ വിശദീകരിക്കുന്ന സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിനൊപ്പം ഗുരുത്വബലത്തിന്റെ സിദ്ധാന്തമായ സാമാന്യ ആപേക്ഷികത കൂടി പരിഗണിച്ചാല്‍, നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട അടിസ്ഥാന ഭൗതികശാസ്‌ത്രനിയമങ്ങള്‍ പൂര്‍ണമായി. അതായത്‌, നമ്മുടെ ജീവിതവുമായി ഏതെങ്കിലും രീതിയില്‍ ബന്ധപ്പെട്ട ഏതൊരു കാര്യത്തിന്റെയും അടിസ്ഥാനമായ ഭൗതികശാസ്‌ത്ര നിയമങ്ങള്‍ നമുക്കിന്നു പൂര്‍ണമായും അറിയാം. അതിനുമപ്പുറം, നമ്മുടെ ഭൂമി, സൗരയൂഥം എന്നിവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട എല്ലാ കാര്യങ്ങളും വിശദീകരിക്കാന്‍ നിലവിലുള്ള ഭൗതികശാസ്‌ത്ര നിയമങ്ങള്‍ക്കു കഴിയും.
സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിനപ്പുറം സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ എന്ന സിദ്ധാന്തം അപ്രതീക്ഷിതമാംവിധം വിജയകരമാണെന്ന്‌ നാം കണ്ടു. നിലവില്‍ ലഭ്യമായ എല്ലാ പരീക്ഷണഫലങ്ങളും സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിനെ ശരിവയ്‌ക്കുന്നവയാണ്‌. എന്നിട്ടും, എന്തുകൊണ്ടാണ്‌ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിനപ്പുറം മറ്റു സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍ ആവശ്യമാണ്‌ എന്ന്‌ ശാസ്‌ത്രലോകം കരുതുന്നത്‌? സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ നമ്മുടെ അന്വേഷണത്തിന്റെ അവസാനമല്ല എന്ന്‌ കരുതാനുള്ള കാരണങ്ങളില്‍ ചിലത്‌ പരിശോധിക്കാം.
ശ്യാമദ്രവ്യം (dark matter)
സൂര്യനില്‍ നിന്നുമുള്ള അകലം കൂടുന്തോറും ഗ്രഹങ്ങളുടെ വേഗത കുറഞ്ഞു വരുമെന്നു നമുക്കറിയാം. ഇതിനു കാരണം, ലളിതമായി പറഞ്ഞാല്‍, സൂര്യനില്‍ നിന്നുമുള്ള അകലം കൂടുമ്പോള്‍ അതിനനുസരിച്ചു ഗുരുത്വ ബലം കുറയുകയും ഗ്രഹങ്ങള്‍ക്ക്‌ കുറഞ്ഞ വേഗതയില്‍ തന്നെ നിശ്ചിത ഭ്രമണപഥത്തില്‍ തുടരാന്‍ കഴിയുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നതാണ്‌. ഇതിനു സമാനമായി ഗ്യാലക്‌സികളുടെ കേന്ദ്രത്തില്‍ നിന്നുമുള്ള അകലം കൂടുമ്പോള്‍ അതിനെ ചുറ്റുന്ന നക്ഷത്രങ്ങളുടെ വേഗത കുറയും എന്നാണു നാം പ്രതീക്ഷിക്കുക. കാരണം, ദ്രവ്യസാന്ദ്രത കൂടിയ ഗ്യാലക്‌സി-കേന്ദ്രങ്ങളില്‍ നിന്നുമുള്ള അകലം വര്‍ധിക്കുമ്പോള്‍ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ ബലം കുറഞ്ഞു വരും.
എന്നാല്‍, ഗ്യാലക്‌സി-കേന്ദ്രങ്ങളില്‍ നിന്നും അകലെയുള്ള നക്ഷത്രങ്ങളെ നിരീക്ഷിക്കുന്നതിലൂടെ മനസ്സിലാക്കാന്‍ കഴിയുന്നത്‌, ദൂരം കൂടുമ്പോഴും അവയുടെ വേഗത സ്ഥിരമായി നില്‍ക്കുന്നു എന്നതാണ്‌. ഈയൊരു നിരീക്ഷണഫലം വിരല്‍ ചൂണ്ടുന്നത്‌, ഗ്യാലക്‌സികളില്‍ ധാരാളമായുള്ളതും എന്നാല്‍, അദൃശ്യമായതുമായ ദ്രവ്യത്തിന്റെ സാന്നിധ്യത്തിലേക്കാണ്‌. മാത്രവുമല്ല, നക്ഷത്രങ്ങള്‍ ഗ്യാലക്‌സികളുടെ കേന്ദ്രങ്ങളിലാണ്‌ കൂടുതല്‍ കാണപ്പെടുന്നതെങ്കില്‍ ഈ അദൃശ്യദ്രവ്യം കൂടുതല്‍ ഉണ്ടാകേണ്ടത്‌ ഗ്യാലക്‌സി-കേന്ദ്രങ്ങളില്‍ നിന്നും അകലെയാണ്‌. നാമിന്നു കണക്കാക്കുന്നത്‌, പ്രപഞ്ചത്തിലെ സാധാരണ ദ്രവ്യം അഥവാ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ ദ്രവ്യം എന്നത്‌ മൊത്തം ദ്രവ്യത്തിന്റെ ഏകദേശം അഞ്ചിലൊന്ന്‌ മാത്രമേയുള്ളൂ എന്നാണ്‌. ഗ്യാലക്‌സികളുടെ മാസ്സിന്റെ ഭൂരിഭാഗവും നമുക്ക്‌ അപരിചിതമായ അദൃശ്യദ്രവ്യത്തിന്റെ സംഭാവനയാണ്‌.
ശ്യാമദ്രവ്യം (dark matter) എന്ന പേരിലാണ്‌ മുകളില്‍ സൂചിപ്പിച്ച അദൃശ്യമായ ദ്രവ്യം അറിയപ്പെടുന്നത്‌. ശ്യാമം (dark) എന്നതുകൊണ്ട്‌ യഥാര്‍ഥത്തില്‍ ഉദ്ദേശിക്കുന്നത്‌, പ്രകാശവുമായി (ഫോട്ടോണുകളുമായി) പ്രതിപ്രവര്‍ത്തിക്കാത്തത്‌ എന്നാണ്‌. അതിനാല്‍ത്തന്നെ, ശ്യാമദ്രവ്യം നേരിട്ടു നിരീക്ഷിക്കാന്‍ വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്‌. നിലവില്‍ ശ്യാമദ്രവ്യത്തിന്റെ സാന്നിധ്യം മനസ്സിലാക്കുന്നത്‌ അത്‌ സാധാരണ ദ്രവ്യത്തില്‍ ചെലുത്തുന്ന ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ ബലത്തിലൂടെ മാത്രമാണ്‌. ശ്യാമദ്രവ്യം നിര്‍മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്‌ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിനു പുറത്തുള്ള, നമുക്കിനിയും പിടി തരാത്ത മൗലികകണങ്ങളാലാണ്‌ എന്ന്‌ ശാസ്‌ത്രലോകം കരുതുന്നു.
യഥാര്‍ഥത്തില്‍, ശ്യാമദ്രവ്യത്തിന്റെ അസ്‌തിത്വം സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിനപ്പുറം ഭൗതികശാസ്‌ത്രം വളരേണ്ടതുണ്ട്‌ എന്നതിന്റെ വ്യക്തമായ സൂചനയാണ്‌. എന്നാല്‍, നേരത്തെ സൂചിപ്പിച്ചത്‌ പോലെ, സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്റെ അപ്രതീക്ഷിത വിജയം ഈയൊരു വളര്‍ച്ചയെ തല്‍ക്കാലം വൈകിച്ചിരിക്കുകയാണ്‌. ശ്യാമദ്രവ്യ കണികകളെ നേരിട്ട്‌ കണികാപരീക്ഷണശാലകളില്‍ സൃഷ്ടിക്കാനും മറ്റു രീതികളില്‍ അവയുടെ സാന്നിധ്യം തെളിയിക്കാനുമുള്ള ശ്രമങ്ങള്‍ ഇന്ന്‌ നടന്നു വരുന്നു.
ന്യൂട്രിനോ ദ്രവ്യമാനം
സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ കണികകളിലെ ലെപ്‌റ്റോണുകള്‍ എന്ന കൂട്ടത്തില്‍പ്പെട്ട കണികകളാണ്‌ ന്യൂട്രിനോകള്‍. സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ ന്യൂട്രിനോകളുടെ ദ്രവ്യമാനം പൂജ്യമാണ്‌, എന്നാല്‍, നിരീക്ഷണങ്ങള്‍ കാണിക്കുന്നത്‌ ന്യൂട്രിനോകള്‍ക്ക്‌ ചെറിയ ദ്രവ്യമാനം ഉണ്ടെന്നാണ്‌. ദ്രവ്യമാനം പൂജ്യമല്ലാത്ത ന്യൂട്രിനോകള്‍ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്റെ ഭാഗമാകണമെങ്കില്‍ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിനു ചെറിയ രീതിയിലെങ്കിലുമുള്ള വിപുലീകരണം നടത്തേണ്ടതുണ്ട്‌.
സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ സംഖ്യകള്‍
സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ ഉപയോഗിച്ച്‌ നമ്മുടെ പ്രപഞ്ചത്തെ വിവരിക്കാന്‍ തുടങ്ങണമെങ്കില്‍ ഏതാണ്ട്‌ ഇരുപതോളം സംഖ്യകള്‍ ആവശ്യമുണ്ട്‌. ഇത്തരം സംഖ്യകളെ സിദ്ധാന്തത്തിലെ `ഫ്രീ പരാമീറ്ററുകള്‍’ (Free parameters) എന്നാണ്‌ ഭൗതിക ശാസ്‌ത്രത്തില്‍ വിളിക്കുന്നത്‌. മൗലിക കണങ്ങളുടെ ദ്രവ്യമാനം സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിലെ മേല്‍പ്പറഞ്ഞ ഫ്രീ പരാമീറ്ററുകള്‍ക്ക്‌ ഒരുദാഹരണമാണ്‌. അവയുടെ മൂല്യം പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ കണ്ടെത്തി സിദ്ധാന്തത്തില്‍ കൂട്ടിച്ചേര്‍ക്കേണ്ടതുണ്ട്‌.
പ്രപഞ്ചത്തെ ലളിതമായി വിശദീകരിക്കാന്‍ ശ്രമിക്കുന്ന ഒരു സിദ്ധാന്തത്തില്‍ ഇത്രയധികം ഫ്രീ പരാമീറ്ററുകള്‍ ഉള്ളത്‌ തൃപ്‌തികരമല്ല. കൂടുതല്‍ അടിസ്ഥാനപരമായ സിദ്ധാന്തത്തില്‍ ഇത്തരം സംഖ്യകളെക്കൂടി സൈദ്ധാന്തികമായിത്തന്നെ കണക്കാക്കാന്‍ കഴിയും എന്നു പൊതുവേ വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു.
അസ്വാഭാവിക പ്രപഞ്ചം
സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിലെ ഫ്രീ പരാമീറ്ററുകള്‍ നിരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ കണ്ടെത്തപ്പെടേണ്ടവയാണ്‌ എന്ന്‌ നാം കണ്ടു. എന്നിരുന്നാലും ക്വാണ്ടം ഫീല്‍ഡ്‌ സിദ്ധാന്തമാനുസരിച്ച്‌ ഇവയ്‌ക്ക്‌ ചില സ്വാഭാവിക (natural) മൂല്യങ്ങളുണ്ട്‌.
ഉദാഹരണത്തിന്‌ ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാര്‍ജ്‌ പരിഗണിക്കാം. ക്വാണ്ടം ഫീല്‍ഡ്‌ സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച്‌ ഇലക്ട്രോണ്‍ എന്ന കണിക യഥാര്‍ഥത്തില്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ ഫീല്‍ഡിന്റെ സ്‌പന്ദനങ്ങള്‍ (vibrations) ആകുന്നു. എന്നാല്‍, ഈ ഇലക്ട്രോണിനു ചുറ്റുമുള്ള സ്‌പേസ്‌ തീര്‍ത്തും ശൂന്യമല്ല. ക്വാണ്ടം ഫീല്‍ഡ്‌ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം, തികച്ചും സംഭവബഹുലമാണത്‌. ഉദാഹരണത്തിന്‌, അവിടെ കണികാ-പ്രതികണികാ ദ്വന്ദങ്ങള്‍ ഒന്നുമില്ലായ്‌മയില്‍ നിന്നും നിലവില്‍ വരുകയും പ്രതിപ്രവര്‍ത്തിച്ച്‌ അപ്രത്യക്ഷമാകുകയും ചെയ്‌തു കൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ഈ കണികാ പ്രതികണികാ ദ്വന്ദ്വങ്ങളെ വിര്‍ച്വല്‍ കണികകള്‍ എന്ന്‌ വിളിക്കുന്നു. ക്വാണ്ടം ആന്ദോളനം (Quantum fluctuations) എന്നതാണ്‌ ഇത്തരം പ്രക്രിയകളെ സൂചിപ്പിക്കാനുപയോഗിക്കുന്ന സാങ്കേതിക പദം. നാം ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാര്‍ജ്‌ അളക്കാന്‍ ശ്രമിക്കുമ്പോള്‍ അതിനു ചുറ്റുമുള്ള വിര്‍ച്വല്‍ കണികകളുടെ പ്രഭാവവുംകൂടിയാണ്‌ കാണുക.
ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാര്‍ജിലേക്കുള്ള ക്വാണ്ടം ആന്ദോളനത്തിന്റെ സംഭാവന നമുക്ക്‌ ക്വാണ്ടം ഫീല്‍ഡ്‌ തിയറിയുടെ സങ്കേതങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ച്‌ കണക്കാക്കാന്‍ കഴിയും. മേല്‍പ്പറഞ്ഞ രീതിയില്‍ ലഭിക്കുന്ന സംഭാവനയെക്കാളും വളരെ കുറവാണ്‌ ഇലക്ട്രോണിന്റെ നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന ചാര്‍ജ്‌ എങ്കില്‍ ചാര്‍ജിന്റെ മൂല്യം അസ്വാഭാവികമാണെന്നും മറിച്ചാണെങ്കില്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ ചാര്‍ജിന്‌ സ്വാഭാവികമായ ഒരു മൂല്യമാണുള്ളതെന്നും പറയാം.
സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ പരാമീറ്ററുകള്‍ മിക്കവയും ഈ രീതിയില്‍ നോക്കുമ്പോള്‍ സ്വാഭാവികമായ മൂല്യങ്ങള്‍ ഉള്ളവയാണെന്ന്‌ കാണാം. എന്നാല്‍, സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിലെ രണ്ടു പരാമീറ്ററുകള്‍ വളരെ അസ്വാഭാവികമാണ്‌: ഹിഗ്‌സ്‌ ബോസോണിന്റെ മാസ്സും വാക്വം എനര്‍ജിയും (vacuum energy).
ഹിഗ്ഗ്‌സ്‌ ബോസോണിന്റെ ദ്രവ്യമാനം, അതിലേക്കുള്ള ക്വാണ്ടം ആന്ദോളനത്തിന്റെ സംഭാവനകള്‍ മാത്രം പരിഗണിച്ച്‌ കണക്കാക്കിയെടുക്കുന്ന മൂല്യത്തേക്കാള്‍ വളരെ വളരെ ചെറുതാണ്‌. ഈ അസ്വാഭാവികത വിരല്‍ ചൂണ്ടുന്നത്‌ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലില്‍ ഉള്‍പ്പെടാത്ത എന്തൊക്കെയോ പ്രഭാവങ്ങളുടെ അസ്‌തിത്വത്തിലേക്കാണ്‌.
വാക്വം എനര്‍ജിയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട അസ്വാഭാവികത കൂടുതല്‍ ഗൗരവമുള്ളതാണ്‌. എന്താണ്‌ വാക്വം എനര്‍ജി? ശൂന്യമായ സ്‌പെയ്‌സിന്റെ ഒരു നിശ്ചിത വ്യാപ്‌തം പരിഗണിച്ചാല്‍ അതില്‍ ഉള്‍ക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഊര്‍ജമാണ്‌ വാക്വം എനര്‍ജി. നമ്മുടെ പ്രപഞ്ചം വികസിച്ചു കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്‌ എന്ന്‌ കേട്ടിട്ടുണ്ടാവുമല്ലോ. നിരീക്ഷണങ്ങള്‍ കാണിക്കുന്നത്‌, പ്രപഞ്ചം വികസിക്കുക മാത്രമല്ല, അതിന്റെ വികാസവേഗത വര്‍ധിക്കുന്നുമുണ്ട്‌ എന്നാണ്‌. ഈയൊരു പ്രതിഭാസം വിശദീകരിക്കാന്‍ ശ്രമിക്കുന്ന പല പരികല്‍പ്പനകളും നിലവിലുണ്ട്‌. അവയില്‍ ലളിതമായതും നിരീക്ഷണങ്ങളോട്‌ ചേര്‍ന്ന്‌ പോകുന്നതുമായ ഒരു വിശദീകരണം, വികാസവേഗത വര്‍ധിക്കാനുള്ള കാരണം വാക്വം എനര്‍ജിയാണെന്നതാണ്‌. പ്രപഞ്ചവിജ്ഞാനീയത്തില്‍ (cosmology) ഇത്‌ കോസ്‌മളോജിക്കല്‍ കോണ്‍സ്റ്റന്റ്‌ (cosmological constant) എന്നറിയപ്പെടുന്നു.
ക്വാണ്ടം ഫീല്‍ഡ്‌ തിയറിയനുസരിച്ച്‌ കണക്കാക്കുന്ന വാക്വം എനര്‍ജിയെ നിരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ ലഭിക്കുന്ന വാക്വം എനര്‍ജിയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോള്‍, അവ തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം അതി ഭീമമാണെന്ന്‌ കാണാം. ഒരു ക്യുബിക്‌ സെന്റീമീറ്റര്‍ വ്യാപ്‌തത്തില്‍ 10-4 ഇലക്ട്രോണ്‍ വോള്‍ട്ട്‌ വാക്വം എനര്‍ജിയുണ്ട്‌ എന്ന്‌ ജ്യോതിശാസ്‌ത്രജ്ഞരുടെ നിരീക്ഷണങ്ങള്‍ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. എന്നാല്‍, ക്വാണ്ടം ഫീല്‍ഡ്‌ തിയറിയുപയോഗിച്ചു കണക്കാക്കുന്ന വാക്വം എനര്‍ജിയുടെ മൂല്യം ഒരു ക്യുബിക്‌ സെന്റിമീറ്ററില്‍ ഏതാണ്ട്‌ 10116 ഇലക്ട്രോണ്‍ വോള്‍ട്ട്‌ എന്ന വളരെ വലിയ സംഖ്യയാണ്‌. സൈദ്ധാന്തികമായി പ്രവചിക്കപ്പെട്ട മൂല്യം, നിരീക്ഷണത്തിലൂടെ ലഭിച്ച മൂല്യത്തിന്റെ 10120 മടങ്ങാണ്‌! നിരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ കണ്ടെത്തിയ വാക്വം എനര്‍ജിയുടെ മൂല്യം അസ്വാഭാവികമാണെന്ന്‌ പ്രത്യേകം പറയേണ്ടതില്ലല്ലോ.
ഗുരുത്വബലം
പ്രപഞ്ചത്തിലെ നാല്‌ അടിസ്ഥാനബലങ്ങളില്‍ മൂന്നെണ്ണം മാത്രമേ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്റെ ഭാഗമായിട്ടുള്ളൂ. ഗുരുത്വ ബലത്തെ (ഗ്രാവിറ്റിയെ) സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ ഉള്‍ക്കൊള്ളുന്നില്ല എന്നത്‌ ഒരു പോരായ്‌മയാണ്‌. ഗ്രാവിറ്റിയുടെ സിദ്ധാന്തമായ സാമാന്യ ആപേക്ഷികത ഒരു ക്ലാസ്സിക്കല്‍ ഫീല്‍ഡ്‌ സിദ്ധാന്തമാണ്‌. സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ ബലങ്ങളെ ഗ്രാവിറ്റിയുമായി കൂട്ടിയിണക്കുന്ന ഒരു പൊതുവായ സിദ്ധാന്തം (Theory of Everything) നിര്‍മിക്കാനുള്ള ശ്രമങ്ങള്‍ ശാസ്‌ത്രലോകത്ത്‌ സജീവമാണ്‌. സ്‌ട്രിങ്‌ തിയറി എന്ന സിദ്ധാന്തം അത്തരമൊരു ശ്രമത്തിനുദാഹരണമാണ്‌.
ഭൗതികത്തിന്റെ ഭാവി
സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ എന്ന സങ്കീര്‍ണമായ ഗണിത സിദ്ധാന്തം, പ്രതീക്ഷിക്കപ്പെട്ടതിലുമധികം വിജയകരമാണെന്ന്‌ നാം കണ്ടു. സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ വളരെ കൃത്യമായി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ഒരു മേഖലയുണ്ട്‌ എന്നാണിതിനര്‍ഥം. എന്തുകൊണ്ട്‌ പ്രതിദ്രവ്യത്തെക്കാള്‍ കൂടുതല്‍ ദ്രവ്യമുണ്ടായി, സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ കണികകള്‍ എന്തുകൊണ്ട്‌ മൂന്നു തലമുറകളായി കാണപ്പെടുന്നു, എന്നിങ്ങനെ വിശദീകരണം ആവശ്യമായ പല ചോദ്യങ്ങളും ഇപ്പോഴും നിലനില്‍ക്കുന്നു. ശ്യാമദ്രവ്യത്തിന്റെ അസ്‌തിത്വം സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്‌ പുറത്തുള്ള കണികകള്‍ക്ക്‌ കൃത്യമായ തെളിവ്‌ നല്‍കുമ്പോള്‍ അസ്വാഭാവികമാംവിധം ചെറിയ മൂല്യമുള്ള ഹിഗ്ഗ്‌സ്‌ ബോസോണിന്റെ ദ്രവ്യമാനം, വാക്വം എനര്‍ജി എന്നിവ നമ്മുടെ സൈദ്ധാന്തിക ചട്ടക്കൂടിന്റെ പരിമിതിയുടെ സൂചനകളാണ്‌. ഗ്രാവിറ്റിയെക്കൂടി ഉള്‍ക്കൊള്ളുന്ന ഒരു ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തം ഇതു വരെ പൂര്‍ണമായി വികസിപ്പിക്കപ്പെട്ടിട്ടില്ല. അത്തരം സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍ ഭാവിയില്‍ ലഭ്യമാവുകയും അവ സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്റെ പരിമിതികള്‍ പടിപടിയായി മറികടക്കുകയും ചെയ്യും.
സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡല്‍ കൃത്യമായി കാര്യങ്ങളെ വിശദീകരിക്കുന്ന മേഖലയില്‍, സ്റ്റാന്റേര്‍ഡ്‌ മോഡലിന്റെ പ്രവചനങ്ങളോട്‌ യോജിക്കണം എന്നതാണ്‌ ഭാവിയില്‍ വികസിപ്പിച്ചേക്കാവുന്ന അത്തരം ഏതൊരു സിദ്ധാന്തവും കടക്കേണ്ട ആദ്യ കടമ്പ.
(ലേഖകന്‍ കോഴിക്കോട്‌ സര്‍വകലാശാലയില്‍നിന്നും ഭൗതിക ശാസ്‌ത്രത്തില്‍ ഗവേഷണ ബിരുദം നേടിയിട്ടുണ്ട്‌)
ഇമെയില്‍: [email protected] ഫോണ്‍: 96451 72550
മറ്റു ലേഖനങ്ങൾ
Happy
0 %
Sad
0 %
Excited
0 %
Sleepy
0 %
Angry
0 %
Surprise
0 %
0
0
