பிரபஞ்சத்தின் மகத்தான ஐம்பது புதிர்கள் ! அண்டத்தைத் துளைக்கும் அகிலத்தின் மர்மமான நியூடிரினோ நுண்ணணுக்கள் ! (கட்டுரை: 30)

This entry is part of 39 in the series 20080612_Issue

சி. ஜெயபாரதன் B.E.(Hons) P.Eng (Nuclear) கனடா


அற்ப நியூடிரினோ பிரபஞ்சத்தின்
சிற்பச் செங்கல் !
அண்டத்தைத் துளைத்திடும்
நுண்ணணு !
அகிலப் பெரு வெடிப்பில்
உதிர்ந்த கோடான கோடி
அக்கினிப் பூக்கள் !
சுயவொளிப் பரிதிகளின்
வயிற்றில் உண்டானவை !
வலை போட்டுப் பிடிக்க முடியாத
வையகக் குஞ்சுகள் !
ஒளிவேகத்தில் விரையும் மின்மினிகள் !
கண்ணுக்கும் தெரியா !
கருவிக்கும் புரியா !
எதனுடனும் இணையா !
முன்னூறுக்கு மேற்பட்ட
நுண்ணணுக்கள்
விண்வெளியில் விளையாடும் !
பிரபஞ்சத்தின்
சீரமைப்பு முரணுக்குக்
காரணமாய் இருக்கலாம்
நியூடிரினோ !

Fig. 1
Atomic Particles Zoo

“அதனுடைய திணிவு நிறை எலெக்டிரானை விட மிகச் சிறியது ! ·பெர்மி அந்த நுண்ணணுவுக்கு “நியூடிரினோ” என்று பெயரிட்டார் ! அவற்றின் சுழற்சி 1/2 (Spin 1/2) என்று இருக்கலாம் என்பது எனது யூகம். அவை மற்ற பிண்டத் துகளுடனும், ஒளித்திரளுடனும் இணைப்பாடு இல்லை. (No Interactions with Matter or Photons)”

நோபெல் பரிசு விஞ்ஞானி : உல்·ப்காங் பாலி (Wolfgang Pauli) (1930)

“இரவு வானத்தில் ஒளிவீசித் தெரியும் விண்மீன்களின் கொள்ளளவுப் பிண்டங்களை விட நியூடிரினோக்களின் திணிவு நிறைப் பேரளவு மிஞ்சி இருப்பதாக நாம் அறிவோம். விண்மீன்களை விட மிக்கப் பரிமாணம் கொண்டவையாக நியூடிரினோக்கள் இருக்கலாம். அதனால் (கருமைப் பிண்டத்தைப் பற்றிக் கணிக்கும் போது) அகிலவியல்வாதிகள் (Cosmologists).” நியூடிரினோக்களைக் கணக்கில் சேர்த்துக் கொள்ள வேண்டும்.”

ஜான் லேனர்டு விஞ்ஞானி ஹவாயி பல்ககைக் கழகம்

Fig. 1A
Atom Leptons & Quarks

புதிரான கருமைச் சக்தியின் மர்மான நுண்ணணுக்கள் !

பிரமாண்டமான பிரபஞ்சத்தில் முக்கால் திணிவுப் பகுதியான கருமைச் சக்தி (Dark Energy) மனிதக் கண்ணுக்குப் புலப்படாமலும் என்னவென்று விளக்க முடியாமலும் “அகிலப் புதிராக” (Heavely Mystery) இன்னும் இருந்து வருகிறது ! அதைப் போன்று அடுத்து மர்மமானது பிரபஞ்சத்தின் கால் பகுதியாக இருக்கும் “கருமைப் பிண்டம்” (Dark Matter) ! புதிருக்குள் புதிரான நியூடிரினோ துகள்கள் பிரபஞ்சப் பிண்டத்தின் மூலத்துக்கு அடிப்படை என்று நிரூபிக்க உதவலாம் ! அகிலவெளிப் புதிர்களை ஆழ்ந்து ஆராய விஞ்ஞானிகள் நுண்ணணு விரைவாக்கிகள் (Particle Accelerators), தொலைநோக்கிகள், துணைக்கோள்கள் ஆகியவற்றைத் தற்போது பயன்படுத்தி வருகிறார். சில உயர்ச் சீரமைப்பு நுண்ணணுக்கள் (Super Symmetric Particles) மிகப் பலவீனமாக உடனியங்கும் துகள்களின் பிரதானக் குடிகள் (Prime Candidates for the very weakly interacting Particles) என்று ஜப்பானிய விஞ்ஞானி முராயமா கருதுகிறார். விரைவாக்கிகள் நுண்ணணுக்கள் எவ்விதம் தம்முள் உடனியங்குகின்றன என்று உளவவும், அவற்றின் திணிவு நிறையை (Mass) அளக்கவும் உதவுகின்றன. அம்முறையில் “நியூடிரினோ பௌதிகம்” (Neutrino Particle Physics) ஓர் மகத்தான இடத்தைப் பிடித்துக் கொண்டுள்ளது ! 1995 ஆம் ஆண்டில் அமெரிக்க விஞ்ஞானிகள் லாஸ் அலமாஸ் தேசீய ஆய்வகத்தில் நியூடிரினோவின் திணிவு நிறையை 5 eV (5 Electron Volt) (Mass of Neutrino is 1/100,000 of the Mass of Electron) என்று கண்டுபிடித்தது விண்வெளித் தேடலில் முக்கியத்துவம் பெறுகிறது !

Fig. 1B
Neutrino Production

பிரபஞ்சப் பெரு வெடிப்பிலிருந்து கோடானகோடி நியூடிரினோ நுண்ணணுக்கள் சிதறி விண்வெளி எங்கும் பில்லியன் ஆண்டுகளாய்ப் பொழிந்து வந்துள்ளன. சூரியனைப் போன்ற சுயவொளி விண்மீன்கள் நியூடிரினோக்களை உற்பத்தி செய்கின்றன. வெடித்துச் சிதையும் சூப்பர்நோவாக்கள் நியூடிரினோக்களை வெளியாக்கி வருகின்றன ! எலெக்டிரானுக்கும் சிறிதான நியூடிரினோவுக்கு முதலில் நிறையில்லை என்றுதான் விஞ்ஞானிகள் கருதி வந்தனர். மேலும் நியூடிரினோ எலெக்டிரான் நியூடிரினோ, மியூவான் நியூடிரினோ, டௌ நியூடிரினோ (Electron Neutrino, Muon Neutrino & Tau Neutrino) என்று மூன்று வகையில் மிகச் சிறிதாக இருப்பதாலும், அவற்றைப் பிடித்துப் பரிமாணம், பண்பாடுகளைக் காண முடியாது. நியூடிரினோவின் நிறையை விரைவாக்கிகளில் கணிக்க முடியாது. கனடாவில் பூமிக்கடியில் பல மைல் ஆழத்தில் இருக்கும் ஸட்பரி சுரங்கத்தில் அமைக்கப் பட்டுள்ள “ஸட்பரி நியூடிரினோ நோக்ககத்தில்” (Sudbury Neutrino Observatory SNO) பரிதியின் நியூடிரினோக்களைக் கனநீரில் பிடித்துப் பண்பாடுகளைக் காண முடிகிறது. அதுபோல் ஜப்பானில் நியூடிரினோவை நோக்க “உயர் காமியோகந்தே” (Super_Kamiokande) என்னும் பிரமாண்டமான விஞ்ஞானச் சாதனம் ஒன்று உள்ளது !

Fig. 1C
Neutrino Detection

நியூடிரினோவைக் கண்டுபிடித்த விஞ்ஞானிகள் !

13.7 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்பு தோன்றிய பிரபஞ்சத்தில் நியூடிரினோப் பொழிவுகள் தொடர்ந்து நிகழ்ந்து வருகின்றன. பிரபஞ்சம் கனலில் கொதித்து விரிந்து, விரிந்து மெதுவாகக் குளிர்ந்து அகிலப் பின்புலக் கதிர்வீச்சு (Cosmic Background Radiation) உஷ்ணம் தற்போது 1.9 டிகிரி கெல்வின் (-217 டிகிரி செல்ஸியஸ்) ஆக உள்ளது. ஆனால் நியூடிரினோவின் இருப்பு முதன்முதலில் 1930 ஆம் ஆண்டில் ஆஸ்டிரிய விஞ்ஞானி உல்·ப்காங் பாலி (Wolfgang Pauli) (1900-1958) என்பரால் அறிமுகமானது. அணுக்கருப் பீட்டாத் தேய்வில் சக்தியின் அழிவின்மைக் கோட்பாட்டை விளக்க வரும் போது புதுத் துகள் ஒன்றின் நிழல்தடம் அவருக்குத் தெரிந்தது. அதன் நிறை எலெக்டிரான் நிறையை விடக் குறைவானது ! அதற்கு எந்த மின்னேற்றமும் இல்லை (No Electrical Charge) ! ஏறக்குறைய புலப்படாத நுண்துகள் (Almost Invisible Particle) ! மற்ற துகள்களுடன் உடன்சேர்ப்பில்லை (No Interaction with Other Particles). இத்தாலிய விஞ்ஞானி என்ரிகோ ·பெர்மி (Enrico Fermi) (1901-1954) அந்தத் துகளுக்கு “நியூடிரினோ” (Little Neutral One) என்று பெயரிட்டார். ஆனால் 1956 இல் ·பிரெடிரிக் ரையின்ஸ் & கிளைடு கோவன் (Fred Reines & Clyde Cowan) இருவரும் முதன்முதலில் அணு உலையில் நியூடிரினோ உடனியக்கங்களை நிகழ்த்திக் காட்டினர். நியூடிரினோவின் நிறை எலெக்டிரான் நிறையை விடச் சிறியது என்று 1933 இல் எடுத்துக் காட்டியவர் எ·ப். பெர்ரின் (F. Perrin). 1934 இல் ஹான்ஸ் பெத்தே & ரூடால்·ப் பையர்ஸ் (Hans Bethe & Rudolf Peiers) இருவரும் நியூடிரானின் “குறுக்குப் பரப்பு” (Cross Section means Probabilty of Interaction) எலெக்டிரானின் குறுக்குப் பரப்பை விட மில்லியன் மடங்கு சிறியது என்று நிரூபித்தனர்.

Fig. 1D
Three Types of Neutrinos

அகிலக் கதிர்கள், சூரியன் போன்ற சுயவொளி விண்மீன்கள், அணு உலைகள், பூமிக்குள் நிகழும் கதிரியக்கத் தேய்வுகள் (Cosmic Rays, Sun Like Stars & Nuclear Reactors, Radioactive Decay within the Earth) ஆகிய நான்கு முறைகளையும் சேர்த்துப் பல்வேறு முறைகளில் மூன்றுவித நியூடிரினோக்களும் உண்டாக்கப் படுகின்றன ! வலுவில்லாத நுண்ணணு நியூடிரினோ விழுங்கப் படாமல் 600 டிரில்லியன் மைல் (மில்லியன் மில்லியன் மைல்) தடிப்புள்ள ஈயத்தைக் கூட ஊடுருவும் வல்லமை பெற்றது ! பரிதியிலிருந்து வினாடிக்குச் சுமார் 10 மில்லியன் நியூடிரினோக்கள் வெளியாகி ஒளிவேகத்தில் நம்மை ஊடுருவிச் செல்கின்றன ! எந்தப் பிண்டத் துகளுடன் இணையாத நியூடிரினோ அண்டக் கோள்களைத் துளைத்துச் செல்பவை ! சூரியன், சந்திரன், பூமி அனைத்தையும் ஊடுருவிச் செல்பவை ! சூரியன் மட்டும் ஒவ்வொரு வினாடியும் 200 டிரில்லியன், டிரில்லியன், டிரில்லியன் நியூடிரினோக்களை உற்பத்தி செய்கிறது ! வெடித்துச் சிதையும் ஒரு சூப்பர்நோவா சூரியனை விட 1000 மடங்கு மிகையான நியூடிரினோக்களை வெளியாக்கும் ! சுமார் 65 பில்லியன் நியூடிரினோக்கள் பரிதியிலிருந்து ஒவ்வொரு வினாடியும் 1 சதுர மீடர் பூமியின் சதுரத்தில் பாய்ந்து விழுகின்றன !

Fig. 1E
Building Particle of the
Universe

கனடாவின் ஸட்பரி நியூரினோ நோக்ககம் (SNO)

அமெரிக்காவின் புருக்ஹேவன் தேசீய ஆய்வகத்தின் கூட்டுறவுடன் அண்டாரியோ, கனடாவில் ஸட்பரி நியூடிரினோ நோக்ககம் (SNO) 1996 ஆம் ஆண்டில் நிறுவப்பட்டு 1999 அக்டோபர் முதல் இயங்கத் துவங்கியது. அந்த ஆய்வகம் 6800 அடி ஆழத்தில் குடையப்பட்ட ஒரு சுரங்கத்தில் (Sudbury, Ontario Creighton Mine) அமைக்கப் பட்டுள்ளது. உளவும் பிளாஸ்டிக் கலத்தில் சுமார் 1000 டன் பூரணத் தூயக் கனநீர் (1000 Ton Ultra Pure Heavywater in Acrylic Plastic Container) கொண்டது. அந்த பூதக் கலமானது 7000 டன் தூய சாதா நீர் சுற்றியுள்ள கவசப் பானையில் வைக்கப் பட்டுள்ளது. அதில் பயன்படும் 300 மில்லியன் டாலர் மதிப்புள்ள 1000 டன் கனநீரைக் கனடா வாடகைக்குக் கொடுத்துள்ளது. அந்த சாதா நீர்ப் பானையில் 9500 அடுக்குப் படம் நோக்குக் கருவிகள் மூலம் (Photomultiplier Tubes PMT) நியூடிரினோக்கள் கனநீரில் உண்டாக்கும் நீல நிறச் “செராங்கோவ் கதிர்வீச்சைப்” (Blue Glow – Cerenkov Radiation) படம் எடுக்கலாம்.

Fig. 1F
Neutrino Detection in Japan
Observatory

அறியப்படாத சில வித நியூடிரினோக்கள் கருமைப் பிண்டத்துக்கு மூலமாகுமா ?

பரிதியைப் போன்ற சுயவொளி விண்மீன்கள் அணுப்பிணைவு சக்தியில் கனல் வீசினாலும் நியூடிரினோ நுண்ணணு எவ்விதம் வெளியாகிறது என்பது அறியப்படாமல் பிரபஞ்சப் புதிராகவே இருந்து வருகிறது ! வானியல் விஞ்ஞானிகள் கண்ணுக்குப் புலப்படும் ஒளிமயத்தைத் தவிர பிரபஞ்சத்தில் இன்னும் ஏராளமான பிண்டம் (Matter) இருப்பதாகக் கணிக்கிறார்கள். ஏனெனில் காலாக்ஸி ஒளிமந்தைகளை ஏதோ கண்ணுக்குத் தெரியாத பிண்டங்களின் கவர்ச்சி நகர்த்திச் செல்கிறது. அந்தப் பிண்டம் ஒளியைத் தடுத்து மறைப்பதில்லை ! மேலும் அந்தப் பிண்டம் ஒளியை உமிழ்வதுமில்லை ! ஆகவேதான் கண்ணுக்குத் தெரியாத அந்தப் பிண்டம் “கருமைப் பிண்டம்” (Dark Energy) என்று அழைக்கப் படுகிறது !

Fig. 1G
Relative Sizes of Atoms & Quarks

இப்போது விஞ்ஞானிகள் மனதில் எழும் வினாக்கள் இவைதான் ! இதுவரை அறியப்படாத சில வித நியூடிரினோக்கள் கண்ணுக்குப் புலப்படாமல் கணிக்கப் பட்ட கருமைப் பிண்டத்துக்கு அடிப்படை ஆகுமா ? இன்னும் புலப்படாமல் இருக்கும் புதிய நியூடிரினோக்கள் பிரபஞ்ச வெளியில் விஞ்ஞானிகள் கண்டுபிடிக்கக் காத்துக் கொண்டுள்ளனவா ? அந்தக் கேள்விகளுக்கு “ஆம்” என்று பதில் அளிப்பவர் : ஹவாயி பல்கலைக் கழகத்தைச் சேர்ந்த ஜான் லேனர்டு (John Learned) என்னும் வானியல் விஞ்ஞானி ! “இரவு வானத்தில் ஒளிவீசித் தெரியும் விண்மீன்களின் கொள்ளளவுப் பிண்டங்களை விட நியூடிரினோக்களின் திணிவு நிறைப் பேரளவு மிஞ்சி இருப்பதாக நாம் அறிவோம். விண்மீன்களை விட மிக்கப் பரிமாணம் கொண்டவையாக நியூடிரினோக்கள் இருக்கலாம். அதனால் (கருமைப் பிண்டத்தைப் பற்றிக் கணிக்கும் போது) அகிலவியல்வாதிகள் (Cosmologists).” நியூடிரினோக்களைக் கணக்கில் சேர்த்துக் கொள்ள வேண்டும்.” என்று கூறுகிறார் ஜான் லேனர்டு.

Fig. 2
Fermi Lab Neutrino Detection

பிரபஞ்சத்தில் பேரளவு பிண்டம் எவ்விதம் ஆதியில் உண்டானது ? நியூடிரினோக்களைத் தவிர்த்துக் கருமைப் பிண்டத்தில் இன்னும் புலப்படாமல் இருக்கும் நுண்ணணுக்கள் பங்கேற்றிருக்கலாம் ! பிண்டம் எப்படித் தோன்றியது என்று அவை விஞ்ஞானிகளுக்குப் புதிய பாடத்தைப் போதிக்கலாம் ! பிரபஞ்சப் பெருவெடிப்பு நேர்ந்த போது பிண்டமும், எதிரிப் பிண்டமும் (Matter & Antimatter like Electron & Positron) சமப் பரிமாணத்தில் படைக்கப் பட்டிருக்க வேண்டும் ! ஆனால் பிண்டமும் எதிர்ப் பிண்டமும் சேரும் போது அவை இணைந்து அழிகின்றன ! அப்படிச் சம அளவில் படைக்கப் பட்டிருந்தால் அவை அழிந்து வெறும் கதிர்வீச்சு மட்டும் (Radiation Energy) பிரபஞ்சத்தில் நிரம்பி யிருக்கும் ! ஏராளமாக ஏன் பிரபஞ்சத்தில் பேரளவு ஈர்ப்பாற்றல் கொண்ட பிண்டம் கொட்டிக் கிடக்கிறது ? ஒரு வேளை நியூடிரினோக்கள் பிரபஞ்சத்தின் ஆரம்ப காலச் “சீரமைப்பு முரணுக்குப்” (Early Asymmetry of the Universe) பங்கேற்றி யிருக்கலாம் ! அது மெய்யானால் நமது உயிர்வாழ்வுக்கும் நியூடிரினோக்களே மூல காரணமாக இருக்கும் !

Fig. 3
Canada Sudbury Neutrino Observatory
(SNO)

[தொடரும்]

தகவல்:

Picture Credits: NASA, JPL; National Geographic; Time Magazine, Astronomy Magazine.

1. Our Universe – National Geographic Picture Atlas By: Roy A. Gallant (1986)
2. 50 Greatest Mysteries of the Universe – Do Neutrios Hold Secrets to the Cosmos ? (Aug 21, 2007)
3. Astronomy Facts File Dictionary (1986)
4. The Practical Astronomer By Brian Jones & Stephen Edberg (1990)
5. Sky & Telescope – Why Did Venus Lose Water ? (April 2008)
6. Cosmos By Carl Sagan (1980)
7. Dictionary of Science – Webster’s New world (1998)
8. The Universe Story By : Brian Swimme & Thomas Berry (1992)
9. Atlas of the Skies – An Astronomy Reference Book (2005)
10 Hyperspace By : Michio kaku (1994)
11 Universe Sixth Edition By: Roger Freedman & William Kaufmann III (2002)
12 Physics for the Rest of Us By : Roger Jones (1992)
13 National Geographic – Frontiers of Scince – The Family of the Sun (1982)
14 National Geographic – Living with a Stormy Star – The Sun (July 2004)
15 The World Book of Atlas : Anatomy of Earth & Atmosphere (1984)
16 Earth Science & Environment By : Dr. Graham Thompson & Dr. Jonathan Turk (1993)
17 The Geographical Atlas of the World, University of London (1993).
18 Hutchinson Encyclopedia of Earth Edited By : Peter Smith (1985)
19 South Pole Neutrino Detector Could Yield Evidences of String Theory (www.physorg.com/)
20 Where Cosmology & Particle Physics Meet By : Paul Preuss – Science@berkeley Lab (Jan 30, 2006)
21 Fermi Lab – MINOS Experiment Sheds Light on Mystery of Neutrino Disappearance (Mar 30, 2006)
22 The Birth of Neutrinos (1930-1934)
23 What is a Neutrino By : Dave Casper
23 Dept of Energy USA, Solar Neutrinos & Sudbury (Canada) Neutrino Observatory (SNO) By : Richard Halm, Minfang Yeh, Keith Rowley, Zheng Chang & Alexander Garnov (July 27, 2004)

******************
jayabarat@tnt21.com [June 12, 2008]

Series Navigation

சி. ஜெயபாரதன், கனடா