உலகப் பெரும் பரமாணு உடைப்பு யந்திரம் புரியும் பிரபஞ்சப் படைப்புச் சோதனை !

This entry is part of 28 in the series 20080918_Issue

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


பூத விரைவாக்கி யந்திரம்
புரட்டானை மோத வைத்து உடைக்கும் !
புரட்டான் வயிற்றில்
உரித்தெடுக்கும் நுண்துகளை !
பிரபஞ்சப் பெருவெடிப்புக் காட்சியை
அரங்கேற்றும் ஆய்வகத்தில் !
கருந்துளையை உண்டாக்கிக்
காசினியை விழுங்காது !
சிகாகோ நகரில் ·பெர்மி செய்த
அணுப்பிளவுத் தொடரியக்க
ஆய்வில்லை இது !
பரமாணுவுக் குள்ளேயும்
பம்பர மாய்ச் சுற்று மோர்
நுட்ப அகிலம் !
பராமணுக்கள் முட்டையிடும் !
பொறிக்கும் அவற்றில்
கோடான கோடி
குளுவான்கள் ! குவார்க்குகள் !
லிப்டான்கள் !
·பெர்மி யான்கள் !
இதுவரைக் காணாத
நுட்ப போஸானை
வட்ட விரைவாக்கி யந்திரம்
சுட்டு நோக்கிடும் !

+++++++

Fig. 1
CERN Starts its First Experiment

மனித இனம் தொடுவானுக்கு அப்பால் விண்வெளியை நோக்கி அங்கே என்ன உள்ள தென்று எப்போதுமே அறிய விரும்பியுள்ளது ! . . . 15 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்பு நேர்ந்த பிரபஞ்சப் பெருவெடிப்பு நிகழ்ச்சி ஓர் வரையறைக் குட்பட்ட காலத்தில்தான் எழுந்திருக்கிறது ! அதாவது 15 பில்லியன் ஆண்டுக்கு முந்தி உண்டான வடிவுகளை (Objects) நாம் காண முடியாது ! காரணம் அதுவரைப் பயணம் செய்யும் கால வரம்பு ஒளிக்குப் போதாது ! . . . ஆதலால் இன்னும் ஆழமாய் நோக்கி உளவச் சக்தி வாய்ந்த மிகக் நுண்ணிய மின்னலைகளை (Short Waves) நாம் பயன்படுத்த வேண்டி யுள்ளது. . . . ஆகவேதான் (செர்ன் போன்ற) பூத விரைவாக்கி யந்திரங்கள் பரமாணுக்களை மிகச் சக்தியூட்டிச் சோதிக்கத் தேவைப்படுகின்றன !

விஞ்ஞான மேதை டாக்டர் ஸ்டி·பென் ஹாக்கிங் (பிப்ரவரி 3, 1994)

மாபெரும் சக்தி வாய்ந்த மிக நுண்ணிய துகள்கள்தான் பிரபஞ்சத்தின் பெரும்பான்மைச் சக்தி இயக்கங்கள் பற்றிய வினாக்களுக்கு விடை அளிக்கின்றன.

ஸ்காட் வேக்லி, (Scott Wakely) துணைப் பேராசியர், சிகாகோ பல்கலைக் கழகம். (2006)


Fig. 1A
Large Hadron Collider

ஓர் எலெக்டிரானின் உள்ளே பயணம் செய்ய முடிந்தால், ஒளிந்திருக்கும் அதற்குரிய ஓர் அகிலத்தைப் பார்க்க முடியும் ! மேலும் அதற்குள்ளே காலாக்ஸிகளுக்கு ஒப்பான ஒளிமந்தைகளும் சிறிய அண்டங்களும், எண்ணற்ற நுண் துகள்களும் அடுத்த அகிலங்களாக இருக்கலாம் ! பரமாணுக் குள்ளேயும் அவ்விதம் முடிவில்லாமல் அடுத்தடுத்துப் பிரபஞ்சத்தில் பிரபஞ்சங்களாய் விண்வெளியில் உள்ளன போல் இருக்கலாம் !

ஒன்றுக்குச் சான்றுகள் இல்லாமை என்பது அது இல்லாமைக்குச் சான்றில்லை !

கார்ல் ஸேகன் (Carl Sagan) வானியல் துறை மேதை

மனதைக் துள்ள வைக்கும் உச்சநிலைச் சக்தி வானியல் பௌதிகம் (High Energy Astrophysics) நுட்பத் துகளை பிரமாண்டத்துடன் பிணைக்கிறது. இத்துறையில் எழுந்த முன்னேற்றக் கோட்பாடுகள் பிரபஞ்சத் துவக்கத்தின் நிகழ்ச்சிகளையும், அப்போது தோன்றிய பேரளவுச் சக்தி வாய்ந்த இயக்கங்களையும் உளவு செய்ய விஞ்ஞானிகளுக்கு உதவுகிறது. அத்துடன் அடுத்த சில ஆண்டுகளுக்கு மேலும் புதுக் கண்டுபிடிப்புகள் தோன்றுவதற்கு உறுதி அளிக்கின்றன.

கெல்லி ஜாகர், (Kellie Jaeger, Astronomy Magazine)

இருபதாம் நூற்றாண்டின் ஆரம்பத்திலே புரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும்தான் முதன்முதல் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட மூலாதாரப் பரமாணுக்கள் (Subatomic Particles). அவை கண்டுபிடிக்கப்பட்ட சமயத்தில் அவைதான் அணுவின் பிளக்க முடியாத மூலப் பரமாணுக்களாய்க் கருதப்பட்டன. 1960 ஆண்டுகளில் அவற்றுக்கும் நுட்பமான துகள்களால் பரமாணுக்கள் உருவாகியுள்ளன என்று அறியப் பட்டது. புதுமுறைச் சோதனைகள் மூலம் புரோட்டான், நியூட்ரான் ஆகிய பரமாணுக்களின் உறுதியற்ற உள்ளமைப்பை இப்போது அழுத்தமாய்ச் சொல்ல முடிகிறது.

கிளாஸ் ரித் & ஆன்டிரியா சே·பர் (Klaus Rith & Andreas Schafer)

நுண்துகள் பௌதிகத்தின் நிலை பெற்ற மாதிரி விதி (The Standard Model of Particle Physics) விஞ்ஞான வரலாற்றில் வெற்றியின் உச்சத்திலும், அதைத் தாண்டிய முன்னேற்ற துவக்கத்திலும் கால அச்சின் மீது ஊஞ்சலாடிக் கொண்டிருக்கிறது !

கார்டன் கேன், (Goron Kane) பௌதிகப் பேராசிரியர், மிச்சிகன் பல்கலைக் கழகம்.

Fig. 1B
Superconducting Magnets

பூத விரைவாக்கி யந்திரத்தின் புரட்சிகரமான முதல் சோதனை

2008 செப்டம்பர் 10 ஆம் தேதி ஜெனிவாவுக்கு அருகில் அடித்தளத்தில் கட்டப்பட்டுள்ள பூதகரமான செர்ன் வட்ட விரைவாக்கி அரணில் முதன்முதல் புரோட்டான் கணைகளை ஒட்டிய ஒளிவேகத்தில் எதிர்த்திசையில் முட்ட வைத்துத் துகள் பௌதிக விஞ்ஞானிகள் (Particle Physicists) வெற்றிகரமாக முதற்படிச் சோதனையைச் செய்து காட்டினார்கள்.
அந்த ஆராய்ச்சி மூலம் இதுவரைக் காணாத பிரபஞ்சத்தின் மூலாதாரத் துகள், “ஹிக்ஸ் போஸான்” (Higgs Boson) என்பது விளைந்திடுமா என்று விஞ்ஞானிகள் தேடினர். அப்போது சோதனையில் எழும் பேரளவு உஷ்ணத்தில் பெருஞ் சிதைவு ஏற்பட்டு வெடித்துக் கருந்துளை ஒன்று உருவாகிப் பூமி விழுங்கப்பட்டு விடும் என்று சில விஞ்ஞானிகள் எச்சரிக்கை செய்து ஆராய்ச்சியைத் தடை செய்ய முயன்றார்கள் ! ஆனால் அப்படி ஒரு கருந்துளை உருவாகா தென்று பிரிட்டீஷ் விஞ்ஞான மேதை ஸ்டீ·பென் ஹாக்கிங் ஊக்கம் அளித்தார் ! மேலும் விஞ்ஞானிகள் பெரிதும் எதிர்பார்க்கும் ஹிக்ஸ் போஸான் அந்தச் சோதனையில் எழாது என்றும் ஸ்டீ·பென் ஹாக்கிங் நூறு டாலர் பந்தயம் வைத்தார் ! செர்ன் முதல் சோதனையில் ஹிக்ஸ் போஸான் துகள் எழாமல் போவதே நல்லதென்றும், அதனால் மற்ற விந்தையான விளைவுகளை உண்டாக்க வழிவகுக்கும் என்று ஹாக்கிங் விளக்கினார். இறுதியில் வெற்றி பெற்றவர் ஹாக்கிங்தான் ! புரோட்டான் ஒளிக்கணைகள் மோதிக் கொள்ளும் முதல் சோதனையில் ஹிக்ஸ் போஸான் மூலாதாரத் துகள் ஏனோ விளைய வில்லை !

Fig. 1C
Particle Detectors

முதல் சோதனையில் நல்ல செய்தி என்ன ? பூதப் பரமாணு உடைப்பி எனப்படும் [Large Hadron Collider (LHC)] செர்ன் (CERN) விரைவாக்கிச் சோதனையில் சிக்கலில்லை ! பிரச்சனை யில்லை ! தவறுகள் எதுவும் நேரவில்லை ! அசுரக் கருந்துளை உருவாகி நமது அருமைப் பூமியை விழுங்க வில்லை ! அத்துடன் ஹாக்கிங் எதிர்பார்த்தபடி ஹிக்ஸ் போஸான் துகள் காணப்பட வில்லை ! உலகத்திலே திறமையுள்ள விஞ்ஞானிகள் 20 ஆண்டுகளாய்க் காத்திருந்து செர்ன் இப்போது ஆரம்பிக்கத் துவங்கியுள்ளது. இந்த அசுர யந்திரம் பிரபஞ்சப் பெருவெடிப்பைப் போல் அரங்கத்தில் உருவாக்கி நுட்ப வினாடியில் வெளியாகுபவை எத்தகைய நுண்துகள்கள் (Tiniest Particles) என்று கருவிகள் மூலம் உளவப் படும், புரோட்டான் கணைகளை ஒளிவேகத்துக்கு ஒட்டிய வேகத்தில் எதிர்த் திசையில் மோத வைத்துப் பரமாணுக்களின் (Sub-Atomic Particles) வயிற்றுக்குள் இன்னும் புலப்படாமல் ஒளிந்துள்ள நுண்துகள்கள் எவையென்று அறியப்படும் !

செர்ன் விரைவாக்கியின் உன்னத நிறுவக அமைப்புகள்

4 பில்லியன் டாலர் செலவில் உருவான செர்ன் விரைவாக்கி யந்திரம் ஜெனிவாவுக்கு அருகில், 150-500 அடி (45-150 மீடர்) ஆழத்தில் 17 மைல் (27 கி. மீடர்) நீளமுடைய வட்ட அரணில் அமைக்கப் பட்டிருக்கிறது. 1995 இல் கட்டுமான வேலைகள் தொடங்கி 13 ஆண்டுகளாகக் கட்டப்பட்ட நவீன செர்ன் விரைவாக்கியில் பணிபுரிவோர் 80 உலக நாடுகளைச் சேர்ந்த 500 பல்கலைக் கழகங்களின் உயர்ந்த 10,000 விஞ்ஞானிகள் ! அவர்களில் 1200 விஞ்ஞானிகள் அமெரிக்காவிலிருந்து சென்றவர். செர்ன் விரைவாக்கி யந்திரத்துக்கு ஆகும் செலவில் அமெரிக்காவின் பங்கீடு : 531 மில்லியன் டாலர் ! செர்ன் விரைவாக்கி யந்திரத்தை இயக்கிச் சோதனைகள் புரியச் செலவாகும் மின்சக்தி ஆற்றல் 120 மெகாவாட் ! அந்த அசுர ஆற்றலில் 1600 மின்காந்தத் தீவிரக் கடத்திகள் (Superconducting Magnets) புரோட்டான்களைப் படிப்படியாக ஒரு திசையில் ஒட்டிய ஒளிவேகத்தில் (99.9999 % ஒளிவேகம்) உந்த வைத்து, அவை 17 மைல் நீள வட்டக் குகை அரணில் ஏவப்படுகின்றன. அதேபோல் எதிர்த்திசையில் புரோட்டான்கள் ஒட்டிய ஒளிவேகத்தில் உந்திச் சென்று இரண்டு ஒளிக்கற்றைகளும் மோதிக் கொள்கின்றன ! பரமாணுக்கள் ஒட்டிய ஒளிவேகத்தில் எதிர்த்திசைகளில் பயணம் செய்து முட்டும் போது பேரளவு வெப்பச் சக்தி உண்டாகுகிறது ! மெய்யாகக் குகை அரணில் புரோட்டான் ஒளிக்கணைகள் மோதும் போது ஒரு சிறு பெரு வெடிப்பு உள்ளே நிகழ்கிறது.

Fig. 1D
A Proton Journey

உலகப் பெரும் விரைவாக்கி யந்திரம் புரோட்டான் கணைகள் மோதுதலின் போது 13 அடி (3.8 மீடர்) விட்டமுள்ள வட்டக் குகை அரண் சூடேறுவதால் அது தொடர்ந்து குளிர்ப்படுத்துச் சாதனங்களால் (Refrigerating Units) வெப்பத் தணிப்பு (-271 டிகிரி) செய்யப்பட வேண்டும். பேராற்றல் மிக்க மின்காந்தக் கடப்பிகள் தொடர்ந்து திரவ ஹீலியத்தில் வெப்பத் தணிப்பு செய்யப்படுகின்றன. 17 மைல் நீளக்குகையில் இரண்டு இணையாகச் செல்லும் புரோட்டான் ஒளிக்கணைகள் (Two Parallel Proton Beams) பயணம் செல்லும். எதிர்த்திசையில் செல்லும் ஒளிக்கற்றைகள் மோதிக் கொள்ளும் வீதம் வினாடிக்கு ஒரு பில்லியன் தடவைகள் ! அவற்றின் விளைவுகளைப் பதிவு செய்ய 3000 கணனிகள் பாதையில் அமைக்கப் பட்டுள்ளன. அவை ஒரு பில்லியன் மோதல்களை வடிகட்டி அவற்றில் 100 மிக முக்கிய மோதல்களாகச் சேமிக்கின்றன. அத்தகவல் பல்கலைக் கழகங்களுக்கும் விஞ்ஞானிகளுக்கும் அங்கிருந்து அனுப்பப் படுகிறது.

Fig. 1E
Fundamental Particles

விரைவாக்கியில் பெரு வெடிப்பு இயக்கமும் நுண்துகள்களை உளவும் கருவிகளும்

1. அட்லாஸ் உளவி (ATLAS Detector – A Toroidal LHC Apparatus) : 150 அடி (46 மீடர்) நீளமுள்ள இந்தக் கருவி எல்லாவற்றிலும் பெரியது. 7000 டன் எடை கொண்ட இக்கருவி ஐ·பெல் கோபுரத்தின் எடையை நெருங்கியது ! அதன் இணைப்புக் கம்பிகள் 3000 எண்ணிக்கை அளவு ! அதை அமைக்க 300,000 டன் பாறைகளைத் தகர்க்க வேண்டிய தாயிற்று ! 50,000 டன் காங்கிரீட் ஊற்ற வேண்டி தாயிற்று ! அட்லாஸ் உளவி 3200 டெர்ராபைட்ஸ் பச்சைத் தகவல் (Terabytes of Raw Data) ஓராண்டில் சேமிக்கும் ! இரண்டு கருவிகள் உள்ளன. அவை பிண்ட ஆரம்பத்தைக் காணும். புதிய பௌதிகம், பிறப் பரிமாணம் (Extra Dimension) காணும்.

பத்து மணிநேரச் சோதனையில் ஒளிக்கணைத் துகள்கள் (Particles Beam) 10 பில்லியன் கி.மீடர் தூரத்துக்கும் மிஞ்சிப் பயணம் செய்கின்றன ! அந்த தூரத்தை காட்ட முடிந்தால் பூமியிலிருந்து நெப்டியூன் சென்று மீள்வதை ஒத்தது ! ஒளிக்கணையின் வெப்பச் சக்தி ஆற்றலைக் கணக்கிட்டால் ஒரு கார் மணிக்குச் சுமார் 1000 மைல் (1600 கி.மீடர்) வேகத்தில் செல்லத் தேவையான எரிசக்திக்கு ஒப்பாகும் ! LHC மோதல் [Large Hadron Collider (LHC)] உற்பத்தி செய்யும் சக்தி 14 டெட்ரா எலெக்டிரான் வோல்ட் (14 Tetra eV) or 14 TeV. (One TeV is the equivalent Energy of motion of a flying mosquito).

2. CMS Detectors (Compact Muon Solenoid) : இதுதான் ஹிக்கிஸ் போஸான்களைத் தேடிக் கண்டுபிடிக்கும் கருவி. கரும்பிண்டத்தின் இயற்கைப் பண்பாடை உளவும்

Fig. 1F
Quarks & Leptons

3. ALICE (A Large Ion Collider Experiment) : இது திரவப் பிண்டத்தைக் கண்டுபிடிக்கும்.
(Liquid form of Matter called Quark-Gluon Plasma that existed shortly after the Big Bang)

4. LHCb (Large Hadron Collider Beauty) : பெரு வெடிப்பில் தோன்றிச் சரிபாதி இருக்கும் பிண்டம், எதிர்ப்பிண்டம் (Matter & Anti-Matter) ஆகியவற்றைக் கண்டுபிடிப்பது. இழந்து போன எதிர்ப்பிண்டத்துக்கு என்னவாயிற்று என்று உளவு செய்யும்.

பூத விரைவாக்கி யந்திரங்களில் அடிப்படைத் துகள்கள் சோதனை

சுவிட்ஜர்லாந்தின் தென்மேற்கு மூலையில் ஜெனிவாவுக்கு அருகில் அமைந்துள்ள “செர்ன்” (CERN Particle Accelerator) அடித்தளக் குகைக் குழல்களில் சூரியனை மிஞ்சிய உஷ்ணத்தை உண்டாக்கி, விஞ்ஞானிகள் அணுவின் அடிப்படைத் துகள்களை உண்டாக்கி ஆராய்ச்சி செய்து வருவார்கள். செர்ன் ஐரோப்பிய விஞ்ஞானிகள் ஆராய்ச்சிகள் நடத்தும் அடிப்படைத் துகள் விரைவாக்கி ஆய்வுக் கூடம். நான்கு மைல் நீளமாகச் சுருண்ட குழலில் அமைக்கப் பட்ட, உலகிலே மிகப் பெரிய ஒரு பூத விரைவாக்கி. அந்த வீரிய காந்தக் குழல்களில் 7000 டிரில்லியன் [(1 Trillion = 10^12) 1 followed by 12 Zeros] டிகிரி செல்ஸியஸ் உஷ்ணம் உண்டாக்கப் படுகிறது ! செர்ன் விரைவாக்கியை ஒரு பூத நுண்ணோக்கிக் கருவியாகப் பயன்படுத்தி விஞ்ஞானிகள், பிண்டத்தின் அணுவுக்குள்ளே அடங்கியுள்ள பரமாணுக்களின் அகிலத்தைக் கடந்த 50 ஆண்டுகளாக உளவு செய்து புதிய மூலத் துகள்களைக் கண்டுபிடித்துள்ளார்கள்.

Fig. 1G
Quarks & Bosons

1960 ஆண்டு முதல் விரைவாக்கி யந்திரங்களில் அணுவின் 12 மூலாதாரத் துகள்களைப் பற்றி விஞ்ஞானிகள் இதுவரை அறிந்துள்ளார்கள். அணுவின் உள்ளமைப்பு எளிதானது என்னும் பழைய பௌதிகக் கருத்துக்கு அவை எதிர்த்து நின்றன ! 1961 இல் முர்ரே ஜெல்மன் (Murray Gellmann) 8 அடுக்கு வழியின் மூலம் அடிப்படைத் துகள்களின் கணிதச் சீரமைப்பை (Eightfold Way to Relate Particles by Mathematical Symmetry) எடுத்துக் கூறினார். அடுத்து தனியாக ஜியார்ஜ் ஸ்விக் என்பவர் (George Zweig) இன்னும் அடிப்படையான “குவார்க்ஸ்” போன்ற துகள்களைக் காட்டி, துகள்கள் சீரமைப்பை விளக்கினார். முதலில் மூன்று குவார்க்குகள்தான் உள்ளன என்று கூறினர். பிறகு 1974 இல் பர்டன் ரிக்டர் (Burton Richter) என்பவர் இரண்டு மைல் நீள “ஸ்டான்·போர்டு நேர்போக்கு விரைவாக்கியில்” (Stanford Liner Accelerator) நான்காவது குவார்க் கண்டுபிடிக்கப் பட்டது. அதே சமயத்தில் ஸாமுவேல் திங் (Samuel Ting) என்பவரும் அதைக் கண்டுபிடித்தார்.

1977 இல் ·பெர்மி ஆய்வகத்தின் (Fermilab) லியான் லேடர்மான் (Leon Lederman) மிகக் கனமான ஐந்தாவது குவார்க்கைக் கண்டுபிடித்தார். அடுத்து 1984 இல் ஐரோப்பாவில் செர்ன் ஆய்வகத்தில் ஆறாவது குவார்க் காணப் பட்டது. ஆறு குவார்க்குகள் மேல், கீழ், நளினம், நூதனம், உச்சம், நீச்சம் (Up, Down, Charm, Strange, Top & Bottom) என்று பெயரிடப் பட்டன. அந்த ஆறு வகை குவர்க்குகள் மேலும் மூன்று நிறப் பிரிவில் “சிவப்பு, பச்சை, நீலம்” என்று கூறப்பட்டன. முதல் நிலை மாதிரி அட்டவணையில் (Standard Model) மூலாதாரத் துகள்கள் ஆறு குவார்க்குகள், ஆறு லெப்டான்கள், ஐந்து போஸான்கள், [ஹிக்ஸ் என்னும் ஆறாவது யூகிப்பு போஸான் பிறகு இணைந்தது). பிறகு மூன்று இயக்க விசைகள் (Physical Forces). குவார்க்குகள் கனமான அடிப்படைத் துகள்கள். லெப்டான் என்பவை பளு குன்றிய அடிப்படைத் துகள்கள். போஸான்கள் மூன்று வித விசைகளைக் (Strong & Weaker Nuclear Forces, Electromagnetic Forces) கொண்டு செல்பவை (Bosons are Force Carriers). (ஈர்ப்பு விசை இன்னும் சேர்க்கப் படவில்லை). குளுவான் என்பது குவார்க்குகளைப் பிணைத்திருக்கும் பிசின். குவார்க்குகளும், லெப்டான்களும் ·பெர்மியான்கள் (Fermions) என்று அழைக்கப் படுகின்றன.

Fig. 2
CERN Control Room & other
Facilities


பிரபஞ்சத்தின் புதிய அடிப்படைத் துகள்களும் அவற்றின் பிணைப்புகளும்

விண்வெளியில் மினுமினுக்கும் எண்ணிலா விண்மீன்கள் முதலாக நமது மூலாதார டியென்னே (DNA) அணுக்கள் வரை, அனைத்துப் பிண்டங்களும் (Matter) குறிப்பிட்ட சில அடிப்படைத் துகள்களைக் (Fundamental Particles) கொண்டவை. பிளக்க முடியாது எனக் கருதப்பட்ட அணுக்கருவின் புரோட்டானும், நியூட்ரானும் மிக நுண்ணிய குளுவான்கள் கொண்டவை என்று அறியப்பட்டது. மூலாதாரமான அந்த நுண்துகள்களை மேலும் பிளக்க முடியாது. அவை புரோட்டான், நியூட்ரான் போலத் தனித்துக் காணப்படாதவை. பிரித்து எடுக்க முடியாதவை. 1960 ஆம் ஆண்டுக்கு முன்பு விஞ்ஞான மேதைகள் ரூதர்·போர்டு (1871-1937), நீல்ஸ் போஹ்ர் (1885-1962) ஆகியோர் முன்னோடிகளாய் விளக்கிய அணு அமைப்பின் உட்கருவில் புரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும் உள்ளன வென்றும், அவற்றை எலெக்டிரான்கள் சுற்றி வருகின்றன வென்றும் கூறினார்கள். அதாவது எலெக்டிரான், புரோட்டான், நியூட்ரான் ஆகியவை அணுவின் பிளக்க முடியாத அடிப்படைத் துகள்கள் என்று ஒருகாலத்தில் கருதினார்கள். அந்தப் பூர்வீகக் கருத்து 1960 ஆண்டுகளில் மாறிவிட்டது.


Fig. 3
High Energy Physics

1960-1970 ஆண்டுக்களில் அடிப்படைத் துகள்கள் பற்றிய பூர்வீக அணுவியல் அமைப்புச் சித்தாந்தம், பின்னால் வந்த விஞ்ஞானிகளால் திருத்தப் பட்டது. பிரபஞ்சத்தின் புதிய அடிப்படைத் துகள்களில் முதலாகக் “குவார்க்குகள்” (Quarks) என்பவை அறியப் பட்டது. குவார்க்குகளை அசுர வலுவுடன் பிணைத்துள்ள “குளுவான்” (Gluon) பற்றி அறியப்பட்டது. ஆறு வகையான குவார்க்குகள் இருப்பது தெரிய வந்தது. அதாவது குவார்க்குகள் << மேல், கீழ், நளினம், நூதனம், உச்சம், நீச்சம் >> (Up, Down, Charm, Strange, Top, Bottom) என்று ஆறு விதத்தில் நினைவில் நிற்கும் எளிய பெயர்களில் குறிப்பிடப் பட்டன. பளுவின்றி மெலிந்த குவார்க்குகள் “மேல்,” “கீழ்” என்று இரு விதத்தில் இருப்படுபவை. குவார்க்குகள் இரண்டும் பொதுவாக அணுவின் உட்கருவில் உள்ள புரோட்டான், நியூட்ரான் ஆகியவற்றில் இருப்பவை.

பிரபஞ்சத்தில் குவார்க்குகள் வலுமிக்க விசையால் (Strongest Force) ஒன்றை ஒன்று இறுக்கமாகப் பிணைத்துக் கொண்டுள்ளன. அதாவது குவார்க்குகள் தனியாக இருக்க மாட்டா ! ஒரு குவார்க் மற்ற குவார்க்குடன் வலுவுள்ள விசையால் பரமாணுக்களுக்குள் எப்போதும் இணைந்தே இருப்பது. அந்த வலுவான விசை குளுவான் அல்லது ஒட்டுவான் (Gluon) என்று அழைக்கப்படுகிறது. அப்படிப்பட்ட அடிப்படைத் துகள்களால் கட்டப் பட்டவையே இந்த பிரபஞ்சமும் அதன் உள்ளே நகரும் கோடான கோடிப் பிண்டப் பொருட்களும் என்பது அறியப்படுகிறது. அத்தகைய மூலாதாரக் குவார்க்கையும் அவற்றைப் பிணைத்துள்ள அசுர வலுவான விசையையும் ஆழ்ந்து அறிவதே இப்போது விஞ்ஞானிகளின் பிரதமக் குறிக்கோளாக உள்ளது. பூமியின் மீது பொழிந்து விழும் அகிலக் கதிர்களில் (Cosmic Rays) ஏராளமான அடிப்படைத் துகள்கள் உள்ளன ! அவற்றில் 90% புரோட்டான்கள், எலெக்டிரான்கள். அவற்றைத் தவிர மேஸான், நியூட்ரினோ, பாஸிட்ரான், மியூவான், சியான் போன்றவையும் விழுகின்றன.

Fig. 4
Particle Accelerators

தற்போதிருக்கும் விஞ்ஞானக் கருவிகளால் அளக்க முடியாதபடிக் குவார்க்குகள் மிக மிக நுண்ணியவை. அவற்றின் பளுவை நிறுக்க முடியாது. குவார்க்குகளைப் பிரிக்க முடியாது. ஒரு புரோட்டானைப் பிளக்க முயலும் போது, குவார்க்குகள் பத்து டன் விசை வலுவுடன் ஒட்டிக் கொள்கின்றன. அவை மிக நுட்பமாக இருப்பதால் புரோட்டானுள் பில்லியனில் ஓரளவான இடத்தைப் பிடித்துக் கொள்கிறது. புரோட்டான் பளுவிலும் மிகச் சிறிய விகிதமாகக் குவார்க் உள்ளது. புரோட்டானில் குவார்க்குகள் அடைத்துக் கொண்ட சிற்றிடம் போகக் காலியாகக் கிடக்கும் இடத்தில் இருப்பதென்ன என்னும் வினா எழுகிறது. அந்தக் காலி மனையில்தான் குளுவான் எனப்படும் பிசின் குவார்க்குகளைப் பிணைக்கும் ஒட்டு விசையாக நிரப்பிக் கொண்டுள்ளது ! அத்தகைய குவார்க், குளுவான் பிசினே பிரபஞ்சத்தின் 98% பளுவாகவும் பரவியுள்ளது ! இயற்கையானது கோடான கோடி முறைகளில் பளுவில்லா குவார்க்குகளையும், வலுவான குளுவான்களால் பிணைத்து பிரபஞ்சத்தைப் படைத்துள்ளது !

Fig. 5
CERN Circular Cotainment

செர்ன் விரைவாக்கியில் நடக்கும் உளவுச் சோதனைகள்

ஹைடிரஜன் மூலக்கூறுகளிலிருந்து எழுகின்ற புரோட்டான் ஒளிக்கணைகள் (Proton Beams) ஒட்டிய ஒளிவேகத்தில் வட்ட அரண் பைப்பில் 10,000 இல் ஒரு பங்கு வினாடியில் ஒரு முறைச் சுற்றி விடுகின்றன ! LHC விரைவாக்கி மிக்க நவீனச் சாதனம் ! பேரிச்சையில் அமைக்கப் பட்ட சாதனம் ! செர்ன் விரைவாக்கி எப்படிப் பிரபஞ்சம் தோன்ற ஆரம்பித்தது ? முதற்சில நுட்ப பின்ன வினாடிகளில் உண்டான மூலாதாரப் பிண்டத் துகள்கள் எவை ? புதிரானக் கரும்பிண்டம், புரியாத கருந்துளை எவ்விதம் உதித்தன ? போன்ற வினாக்களுக்கு விடைகாண உதவி செய்யும். விரைவாக்கியின் வட்ட அரணில் புரோட்டான் ஒளிக்கணைகள் வினாடிக்கு 600 மில்லியன் தடவை நேர்முட்டு மோதி (Head-on Collisions) ஒரு நுட்பப் பேரொளிக் கோளத்தை (Minuscule Fire Ball) எழுப்பி முதல் 10^12 இல் 1 வினாடியில் (One Millionth of a Millionth Second) நேர்ந்த பெரு வெடிப்புக் காட்சியை அரங்கேற்றுகிறது ! அந்தக் காட்சி நிகழ்ச்சியில் துகள் பௌதிக விஞ்ஞானிகள் இதுவரைக் காணாத மூலாதார ஹிக்ஸ் போஸானைக் காணப் போவதாக எதிர்பார்க்கிறார். ஒளித்துகள் விஞ்ஞானிகள் இதுவரை ஏன் புரோட்டான், நியூட்ரான் ஆகிய பரமாணுக்களும் அவை நிரம்பிய மூலகங்களும் நிறை பெற்றன வென்று விளக்கிய தில்லை ! அவ்விதம் நிறை அளிப்பவை ஹிக்ஸ் போஸான் என்று விஞ்ஞானிகள் கருதுகிறார் ! “செர்ன் விரைவாக்கிச் சோதனை மோதல்களில் ஹிக்ஸ் போஸான் காணப்பட வில்லை என்றால், விஞ்ஞானிகளுக்கு அது பெரும் அதிர்ச்சியைத் தரும்,” என்று ஹார்வேர்டு கோட்பாடு விஞ்ஞானி லிஸா ரான்டல் கூறுகிறார் !

Fig. 6
CERN Particle Smasher

++++++++++++++++++++++++++

தகவல்:

Picture Credits: NASA, JPL; National Geographic; Time Magazine, Discovery, Scientific American & Astronomy Magazines.

1. Our Universe – National Geographic Picture Atlas By: Roy A. Gallant (1986)
2. 50 Greatest Mysteries of the Universe – How Many Planets are in the Solar System ? (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 A Pocket Guide to the Stars & Planets By: Duncan John (2006)
20 Astronomy Magazine – What Secrets Lurk in the Brightest Galaxies ? By Bruce Dorminey (March 2007)
21 National Geographic Magazine – Dicovering the First Galaxies By : Ron Cowen (Feb 2003)
22 Astronomy Magazine Cosmos – The First Planet By : Ray Villard & Adolf Schaller & Searching for Other Earths By : Ray Jayawardhana [Jan 2007]
23 Discover Magazine – Unseen Universe Solar System Confidential [Jan 2007]
24 The Search for Infinity – Solving the Mysteries of the Universe By : Gordon Fraser (1995)
25 CERN Large Hadron Collider – Particle Physics – A Giant Takes on Physics’ Biggest Question By : The New York Times (May 15, 2007)
26 CERN Fires up the New Atom Smasher to Near Big Bang By : Alexander Higgins [Sep 7, 2008]
27 World’s Largest Atom Smasher (CERN) Completion [March 26, 2008]
28. Time Magazine Report – The Moment [September 10, 2008] Geneva [Sep 22, 2008]
29 CERN Atom Smasher – Latest Wikipedia Report

******************
jayabarat@tnt21.com [Setember 18, 2008]

Series Navigation

சி. ஜெயபாரதன், கனடா