ஹிக்ஸ் போஸான்: பிரபஞ்சத்தில் நிறைக்குக் காரணமாகக் கருதப்பட்ட துகளைக் கண்டுபிடிக்கும் பிரமாண்ட ஆராய்ச்சியில் வெற்றி!

ஹிக்ஸ் போஸான்: பிரபஞ்சத்தில் நிறைக்குக் காரணமாகக் கருதப்பட்ட துகளைக் கண்டுபிடிக்கும் பிரமாண்ட ஆராய்ச்சியில் வெற்றி!

            கடந்தமாதம் ஜுலை 4ம் தேதி செர்ன் ஆராய்ச்சிக் கூடத்தின் ஒரு முக்கிய அறிவிப்பை அறிந்துகொள்ள            உலகமே மிகுந்த ஆவலுடன் காத்திருந்தது.  அன்று அவ்வாரய்ச்சிக்கூடத்தின் தலைமை விஞ்ஞானிகள் “ஹிக்ஸ் போஸான்” எனப்படும் அடிப்படை அணுத்துகளைப் போன்ற ஒன்றை கண்டுபிடித்துவிட்டதாகவும் அது “ஹிக்ஸ் போஸான்” தானா என்பதை அடுத்தகட்ட சோதனைகள் மூலம் உறுதிபடுத்தப்படும் என அறிவித்தனர்.

            மனித வரலாற்றிலேயே அதிக பொருட்செலவில் மிகப்பிரமாண்டமான ஆராய்ச்சி செய்து இத்துகளைக் கண்டுபிடிக்க வேண்டிய அவசியம் என்ன என்பதையும் இதுபற்றிய மேலும் சில தகவல்களையும் நாம் இக்கட்டுரையில் காணலாம்.

            ஒரு பொருளுக்கு எடை எதைப் பொறுத்தது என்று கேட்டால், அது அப்பொருளின் நிறையையும் அதன்மீது செயல்படும் புவி ஈர்ப்பு விசையையும் பொறுத்தது  என ஒரு  உயர்நிலைமாணவரால் கூட கூறமுடியும். சரி..அப்பொருளுக்கு நிறை எங்கிருந்து வந்தது என்றால் அதற்கு அணுவின் உட்கருவில் இருக்கும் புரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரான்களே காரணம் என ஒரு மேல்நிலைமாணவர் எளிதில் காரணம் கூறுவார். அப்படியானால், புரோட்டானுக்கும் நியூட்ராணுக்கும் நிறை எங்கிருந்து வந்தது என்றால் புரோட்டான் மற்றும் நியுட்ரானின் உள்ளே இருக்கும் ’குவார்குகள்’ எனப்படும் அடிப்படைஅணுதுகள்களினால் (elementary atomic particles) என கல்லூரி மாணவர் எடுத்துரைப்பார்.  உடனே அடுத்த கேள்வியான குவார்குகளுக்கு  நிறை எப்படி வந்தது ? என்பதற்கு பதிலை அறியும் முன்னர் அணுவினைப் பற்றிய தற்கால விளக்கங்களை சுருக்கமாக நாம் அறிந்துகொள்ளலாம்.

            1950 களில் துகள் வேக முடுக்கி (particle accelerator) தொழில்நுட்பம் வளர்சி அடைய ஆரம்பித்தன் விளைவாக அணுத்துகளான நியூட்ரான் புரோட்டான் போன்றவை சில அடிப்படை துகள்களால் ஆனவை என கண்டுபிடிக்கப்பட்டன. இந்தத் துகள்களை அடிப்படையாகக் கொண்டு ஒரு அணுவின் “திட்ட மாதிரி” (Standard model of atom) கொள்கை தயாரிக்கபட்டது. இதன் முக்கிய நோக்கம் அடிப்படைத்துகள்களுக்கும் அடிப்படை விசைகளுக்கும் உள்ள தொடர்பை விளக்குவதே ஆகும். இந்த திட்டமாதிரியின்படி அடிப்படைத்துகள்களை இரண்டு வகையாகப் பிரிக்கலாம். ஒன்று அணுவிற்கு நிறையைக் கொடுக்கும் துகள்களான பெர்மியான்கள் மற்றொன்று அடிப்படை விசைக்குக் காரணமான போஸான்கள். 

            பெர்மியான்கள் 6 க்குவார்குகள் மற்றும் 6 லெப்டான்களால் ஆனவை.  லெப்டான்கள் க்குவார்குகளைவிட எடை குறைந்தவை எனவேதான் அவை ‘மெல்லியவை’ என்னும் பொருள்பட லெப்டான்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன.

            போஸான்கள் என்றால் போஸ்- ஐன்ஸ்டீன் புள்ளியியலுக்குக் கட்டுப்படும் துகள்கள் என்பதாகும். உதாரணத்திற்கு ஒளித்துகளான ஃபோட்டான், க்ளூஆன், W , Z and H போஸான் போன்றவை ஆகும். முக்கிய அடிப்படை விசைகளுக்குக் (fundamental forces) காரணமான இந்த போஸான்கள் விசை தாங்கிகள் என அழைக்கப்படுகின்றன. ஒளித்துகள் மின்காந்த புலத்திற்கும், குளூஆன்கள் வலிமையான உட்கரு விசைக்கும் , W & Z நலிந்த உட்கரு விசைக்கும் காரணமாகும்.

            உண்மையில் புரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரான் ஆகியவை அடிப்படை அணுத்துகள்கள் கிடையாது. அவை மேலே குறிபிடப்பட்ட சிலஅடிப்படைத்துகள் சேர்வதினால் கிடைக்கும் கூட்டுப் பொருளே (composite) ஆகும். உதாரணமாக இரண்டு மேல் (up) மற்றும் ஒரு கீழ் (down) க்குவார்குகள் சேர்த்ததுதான் ஒரு புரோட்டான்.

            இங்கு ஒன்றை குறிப்பிட வேண்டும். மேற்குவங்கத்தைச் சார்ந்த சத்யேந்திரநாத் போஸ் 1924 ஆம் ஆண்டு, இரு ஒளித்துகள்களை வேறுபடுத்த இயலாது என்பதை விளக்கும் கட்டுரையை மற்ற அறிவியல் வெளியீட்டார்கள் ஏற்றுக்கொள்ளாததால் போஸ் அதனை ஐன்ஸ்டீனுக்கு அனுப்பிவைத்தார். ஐன்ஸ்டீனும் அதை ஏற்றுக்கொண்டு அதனை மொழியாக்கம் செது ஒரு ஜெர்மனிய ஆய்வு பதிப்பகத்தின் மூலம் வெளியிடச் செய்தார். இதனை அடிப்படையாகக் கொண்டு , ஒரே ஆற்றலை பெற்று,   ஒன்றை ஒன்று வேறுபடுத்தமுடியாத ஒரே மாதிரியன துகள்களுக்கு போஸான்கள் என்ற பெயரை பால் டைராக்(Paul Dirac) என்ற  தலைசிறந்த இயற்பியல் விஞ்ஞானி பெயர் சூட்டினார்.

            மீண்டும் நாம் நமது முக்கிய கேள்விக்கு வருவோம். அதாவது அடிப்படைத் துகள்களுக்கு நிறை எப்படி கிடைக்கின்றது? இதை விளக்குவதற்கு 1964 ஆம் ஆண்டு பீட்டர் ஹிக்ஸ் என்பவர் ஒரு தத்துவத்தைக் கூறினார். இதன்படி அணுவினுள் உள்ள இடைவெளி உட்பட பிரபஞ்சம் முழுவதும் ”ஹிக்ஸ் புலம்” ( Higgs Field) நிறைந்துள்ளது.  அடிப்படைத்துகள் அதன் ஊடாகச் செல்லும் போது , அத்துகளுக்கு நிறை ஏற்படுகின்றது. துகள்கள் எந்த அளவிற்கு ஹிக்ஸ் புலத்துடன் செயல்புரிகின்றதோ அந்த அளவிற்கு  அதற்கு நிறை கிடைக்கும். ஹிக்ஸ் புலம் இல்லை என்றால் அடிப்படை அணுத்துகள்கள் கட்டுப்பாடின்றி ஒளியின் வேகத்தில் சுதந்திரமாகச் செல்லும்.  எனவே அவை ஒன்றோடொன்று சேர்ந்து பருப்பொருள் (matter) என்பது பிரபஞ்சத்தில் உருவாகியிருக்க இயலாது என்பதே அவருடைய விளக்கம்.  பெருவெடிப்பு (Big bang) நடந்த சில வினாடிநேரங்களில் அணுவின் அடிப்படைத்துகள் ஹிக்ஸ் புலத்துடன் செயல்பட்டு நிறையைப்பெற்று புரோட்டான் நியூட்ரான்கள் தோன்றி இறுதியில் அணுக்கள் தோன்றின. இவ்வாறு பிரபஞ்சத்தின் ஆரம்பத்திலிருந்து இன்றுவரை அனைத்தையும் விளக்குவதற்கு ஹிக்ஸ் போஸான் தேவைப்படுகின்றது.

            திட்ட மாதிரியின் படி 6 லெப்டான்களுக்கு ’தனக்கான நிறை’ என்பதுகிடையாது. இருப்பினும் மின்சுமையுடைய எலெக்ரான், ம்யூயான், டௌ  போன்ற லெப்டான்கள் ஹிக்ஸ் புலத்துடன் செயல்படுவதால் அதற்குத்தகுந்தவாறு நிறையுண்டு.  ஆனால் மின்சுமையற்ற   3 வகை நியூட்ரினோக்கள் ஹிக்ஸ் புலத்துடன் செயல்புரியாததால் அவற்றிற்கு நிறை கிடையாது.

            இதனை ஒரு எடுத்துக்காட்டு மூலம் விளக்கலாம். பருமன் குறைந்தவரை விட பருமன் அதிகமானவர் நீந்தும்போது நீருடன் அதிகமாக செயல்படவேண்டியிருப்பதால் அதிக நிறையை உணர்வார். இதேப் போன்றுதான் அடிப்படைத்துகள் ஹிக்ஸ் புலத்துடன் செயல்படுவதற்குத் தகுந்தவாறு நிறையைப் பெறுகின்றன.

            இத்துகள்களைப்பற்றிய லெடர்மேன் என்ற நோபல் பரிசுபெற்ற விஞ்ஞானியின் புத்தகத்தினை ’கடவுள் துகள்” ( The God’s Particle) என விளம்பரத்திற்காக பதிப்பகத்தார் வெளியிட, விஞ்ஞானிகள் விரும்பாவிட்டாலும் இந்த பெயர் பொது மக்களிடையே பிரபலமாயிற்று.

            மின்காந்தபுலத்திற்குஅடிப்படைத் துகளாக ஒளித்துகள் இருப்பது போன்று ஹிக்ஸ் புலத்திற்கு ஹிக்ஸ் போஸான் உள்ளது.  இதை உறுதி செய்யவே பிரமாண்டமான ஆராய்ச்சி நடைபெற்று வருகின்றது. இதற்காக  சுவிட்சர்லாந்து-பிரான்ஸ் நாடுகளின் எல்லையில் அரைகிலோமீட்டர்  பூமிக்கு அடியில் 27 கி.மீ தூரத்திற்கு வட்டமான துகள் முடிக்கியை அமைத்து ஹேட்ரான் வகையில் ஒன்றாகிய புரோட்டான்களை அசூர வேகத்தில் மோதவிடுவார்கள். அவ்வாறு செய்யும்போது அவை அடிப்படை அணுத் துகள்களாக மாறும். அதாவது பிரபஞ்சம் தோன்றத்தின் ஆரம்பத்தில் பெருவெடிப்பு (Big bang) நிகழ்ந்தபோது எப்படி அணுக்கள் உருவாவதற்கு முந்தைய சூழல் நிழவியதோ அதே சூழலை உருவாக்கி ஹிக்ஸ் துகள்களைக் கண்டறிவதே இவ்வாரய்ச்சியின் நோக்கம் ஆகும். இதில் கிட்டத்தட்ட வெற்றியும் பெற்றுவிட்டதால்       “ திட்ட மாதிரி” யின் தத்துவங்களும் வெற்றி பெறுகின்றது இல்லையேல் நாம் மீண்டும் ஒரு புதிய அணு மாதிரியை ஆரம்பத்திலிருந்து உருவாக்கவேண்டியிருக்கும்!

இந்த ஆராய்சியைப் பற்றிய சில புள்ளி விவரங்கள்: LHC (Large Hadron collider) எனப்படும் அணுவைப் பொடிப்பொடியாக்கும் ஆராய்சிக்கு ஆகும் செலவு 10பில்லியன் டாலர். LHC தான் உலகின் மிகப்பெரிய இயந்திரம். சூரியனின் மையத்தைவிட ஒரு லட்சம் மடங்கு வெப்பம் அதிகமாக உருவாகுவதும், பெருவெடிப்பிற்குப் பிறகு பிரபஞ்சத்தில் குறைவான வெப்பநிலை -271.3°C (1.9 K) உருவாகுவதும் இங்குதான். 1015 புரோட்டான் - புரோட்டான் மோதல்கள் ATLAS & CMS உணர்வி மூலம் பகுத்து ஆய்வுசெய்யபட்டுள்ளது. இந்த உணர்விகளில் இருந்து ஒரு செகண்டில் கிடைக்கும் தரவுகளை பதியும் குறுந்தகடுகளை (CD) 450 அடி உயரத்திற்கு அடுக்கலாம். 5175 விஞ்ஞானிகள், 1535 மாணவர்கள், 250 Ph.D பட்டம் பெற்ற பெண் விஞ்ஞானிகள் பங்குபெற்ற ஆராய்ச்சியாகும்.

 

நன்றி: விஞ்ஞான சிறகு, தமிழ்நாடு அறிவியல் இயக்கம்