வேகத்தில் ஒளியை மிஞ்சும் நியூட்ரினோ

Posted On March 30,2012,By Muthukumar

உலகிலேயே ஏன் பிரபஞ்சத்திலேயே அதிவேகத்தில் செல்லக்கூடியது ஒளி. இது நேற்று வரையான விடையாக இருந்தது. ஆனால் இன்று விடை மட்டுமல்ல அறிவியல் கொள்கையும் மாறிப்போயிருக்கிறது. காரணம் நியூட்ரினோ (Neutrino). அறிவியல் கண்டு பிடிப்புகள் உண்மையானவை என்றாலும் காலத்திற்கேற்ப, ஆழ்ந்த ஆராய்ச்சிகளின் பயனாக, மாற்றமடையக் கூடியவை அல்லது அதிநுட்ப, மிகவும் துல்லியமான முடிவுகளை கொடுக்கக்கூடியவை. அவ்வகை யில் ஒளியின் வேகமே வேகங்களின் இறுதியாக, எல்லையாக இருந்தது. இந்த எல்லையைத்தான் நியூட்ரினோவின் வேகம் மாற்றியமைத் திருக்கிறது.

ஒளியை ஓடி தோற்கச் செய்த  நியூட்ரினோக்கள் எங்கிருக்கின்றன? நம்மிடையேதான். கண்களுக்கு புலப்படதாவையாக அரூபிகளாக. நம்முடைய உடலே சில சமயம் நியூட்ரினோக்களை உற்பத்தி செய்கின்றது என்பதை நம்ப முடிகிறதா? ஆனால், உண்மை. நம் உடல் உற்பத்தி செய்கின்றது. நமக்கு அவற்றை காணவோ, உணரவோ முடியாது. நம்மைச் சுற்றி கண்ணுக்கு புலப்படாதவையாக இயங்கிக் கொண்டிருக்கின்றன. இதுபோன்ற கண்களுக்கு புலப்படாத துகள்கள் இருபதாம் நூற்றாண்டில் அணு இயற்பியலுக்கு வழி வகுத்ததுடன், பொருட்களின் மிகச்சிறிய அலகு வரை மனிதனின் அறிவினை எட்டிப் பார்க்கச் செய்தது. அது போலத்தான் இயற்பியலில் நியூட்ரினோக்களின் வேகம் பற்றிய கண்டுபிடிப்பு மிகப் பெரிய மாற்றத்தை ஏற்படுத்தவிருக்கிறது.

இப்பிரபஞ்சத்தில் நம்மைச் சுற்றி சாதாரணமாக நிலவுவதும், ஆனால் நமக்கு யாதொரு விதத்திலும் அறிந்து கொள்ள இயலாமல் இயங்குவதும் நியூட்ரினோ என்னும் துகள்களாகும். சாதாரணமாக காற்றினை துளைத்துக்கொண்டு செல்வதைப் போல நியூட்ரினோக்கள் பூமியை துளைத்துக் கொண்டு செல்லும் ஆற்றல் படைத்தவை. இதனை கண்டுபிடித்து அரை நூற்றாண்டு ஆகிவிட்ட போதிலும் நியூட்ரினோக்களை குறித்த நம்முடைய தகவல் மிகக்குறைவே. நம்மைச் சுற்றியுள்ள நியூட்ரினோக்களில் ஒரு சிறிய அளவு பூமிக்கடியில் ரேடியோ ஆக்டிவ் மூலத்தினின்று வெளிப்படுபவை. நம் உடலிலுள்ள எலும்புகளில் காணப்படும் மிகக் குறைவான அளவு ரேடியோ ஆக்டிவ்  சக்தியுள்ள பொட்டாசியம் மற்றும் கால்சியம் ஆகிய மூலங்கள் உண்டாக்குபவை. ஆனால் மிக அதிகமான அளவு நியூட்ரினோக்கள் சூரியனி லிருந்து வருபவை நியூட்ரான் களேயாகும். தற்போது நிகழ்த்தப்பட்ட சோதனையை பார்க்கும் போது சூரியனின் கதிர்கள் நம்மை வந்தடைவதற்கு முன்பே நியூட்ரினோக்கள் நம்மை தொட்டுவிடும். மேலும் நியூட்ரினோக் களின் ஊடுருவும் சக்தி அபாரமானது. சூரியனைக் கூட ஊடுருவி பார்க்க முடியும். ஆச்சர்யமான தகவல்தான்.

1980-இல் மின்சுமையில்லாத, எடை யில்லாத துகள்கள் அணுவின் உட்கருவிலிருந்து பீட்டா கதிர்களுடன் வெளிவருகின்றன என்று முதன்முதலில் உல்ப்காங்பௌலி (Wolfgang Pauli) என்னும் அறிவியல் விஞ்ஞானி கூறினார். இந்த துகள்களை நியூட்ரான் என்றழைத்தார். ஆனால் 1932-ஆம் ஆண்டு ஜேம்ஸ் சாட்விக் அணுக்கருவிலிருந்து புரோட்டானுடன் இணைந்து நியூட்ரான் என்னும் துகளை கண்டறிந்தார். பௌலி முன்வைத்த கருத்தில் யதார்த்தத்தில் இருவகை யான நியூட்ரல் துகள்கள் இருந்தது. ஒன்று  அணுவின் உட்கருவில் புரோட்டானுடன் காணப்படுவது.  இது அணுசக்தி அறிவியலின் அடிப்படையான நியூட்ரான் துகள்.

மற்றொன்று பீட்டா துகள்களுடன் வெளி வரும் உருவமற்ற மின்சுமையற்ற, எடையற்ற ஒரு துகள். அதாவது பூஜ்யம் என்றுகூட கூறலாம். என்ரிகோ பெர்மி இத் துகளுக்கு அரை சுழற்சி உண்டென்று கண்டறிந்தார். அணுவின் உட்கருவில் சீனியரான நியூட்ரானிலிருந்து இதனை வேறுபடுத்தி அறிய பெர்மி நியூட்ரினோ என்று பெயரிட்டார்.

நியூட்ரினோவை கண்டுபிடித்த முறை

OPERA (Oscillation Project with Emulsion- Tracking Apparatus) என்னும் கூட்டமைப்பு நியூட்ரினோக்களின் ரகசியத்தை கண்டறிவதற் காக ஏற்படுத்தப்பட்ட அமைப்பு. அது ஜெனீவாவிலுள்ள செர்ன்  (CERN)ஆராய்ச்சி கூடத்தில் சூப்பர் புரோட்டான் சிங்க்ரோட் ரானில் உண்டாக்கப்படுகின்ற நியூட்ரினோக் களை இத்தாலியில் கிரான்சாசோ LGNS  என்னும் புவிக்கு அடியில் அமைந்துள்ள ஆராய்ச்சிகூடத்திற்கு, பூமிக்கடியில் 733 கி.மீ. தொலைவு செலுத்தக் கூடிய வகையில் எல்லா வசதிகளும் செய்யப்பட்டுள்ளதாகும். டௌ நியூட்ரினோக்களுக்கும் மியூவான் நியூட்ரி  னோக்களுக்கும் இடையே நடக்கும் அலை யுறுதல்  (Oscillation)  நிகழ்ச்சியை துல்லியமாக இந்த ஆராய்ச்சியினால் கண்டுபிடிக்கப் பட்டிருக்கிறது. செர்ன் (CERN)-ல் ஒரு தரத்திலுள்ள நியூட்ரினோவை உண்டாக்கி விட்டால் அது வேறொரு வகையான நியூட்ரி னோவாக கிரான் சாசோவில் சென்றடை கின்றதா என்பதைத் தான் இப்பரிசோதனையில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. நியூட்ரினோவின் வேகத்தை பற்றிய தகவல்களை (அ) உண்மை களை கண்டுபிடிப்பதுதான் இவ்வாராய்ச்சியின் முக்கிய நோக்கம்.

நியூட்ரினோக்களின் வேகத்தினை கண்டு பிடிக்க செர்ன் ஆய்வுக்கூடம் வேகப்பரி சோதனையை மேற்கொண்டது. இதன்படி ஓரிடத்திலிருந்து நியூட்ரினோ புறப்பட்டு குறிப்பிட்ட மற்றொரு இடத்தினை அடைவதற்கு எடுத்துக் கொள்ளும் கால அளவு எவ்வளவு என்பதனை கண்டுபிடிப்பது. இரு இடங்களுக்கிடையேயான தூரத்தை நியூட்ரினோ துகள் கடக்க எடுத்துக்கொண்ட நேரத்தினால் வகுக்க கிடைப்பது அதன் வேகம் என்ற எளிய பரிசோதனையைத்தான் செர்ன் கையாண்டது. ஆனால் இப்பரி சோதனையின் ஒவ்வொரு கட்டமும் அவ்வளவு எளிமையானதாக இருக்கவில்லை. நியூட்ரினோ என்னும் கண்ணுக்கு புலப்படாத துகள் புறப்படும் நேரத்தினையும் அது இலக்கினை வந்தடையும் நேரத்தினையும் துல்லியமாக கவனிப்பது அவ்வளவு எளிதான காரியம் அல்ல. ஒரு சவாலான காரியமாக இருந்திருக்கிறது. உண்மையில் சோதனைக்கு உட்படுத்தப்படுகின்ற நியூட்ரினோக்களை கண்டறிவதே கடினமான விஷயம்தான். கடந்த மூன்று வருட காலத்தில் ஆய்வுக் குட்படுத்தக்கூடிய வகையிலான 16000 நியூட்ரினோ துகள்களையே செர்ன் பிடித்துள்ளது என்பதனை மட்டும் அறிந்தால் போதும், இதிலுள்ள சிரமம் எளிதில் விளங்கும்.

உயர் ஆற்றல் கொண்ட புரோட்டான் கற்றைகளை பெரிய கிராபைட் கட்டுகளின் மீது மோதச் செய்யப்படும்போது வித்தியாச மான அளவுகள் கொண்ட சிறிய அணுக்கள் உற்பத்தியாகின்றன.

அவற்றில் சில சிறிய அணுக்களாக மாறி நியூட்ரினோக்களாக உருவாகின்றது. செர்ன் ஆய்வுக்கூடத்தில் உருவாகும் இந்த நியூட்ரி னோக்கள் பூமியின் அடியில் நேர்க்கோட்டில் பயணித்து கிரான்சாசோ ஆய்வுக் கூடத்தை வந்து சேரும். உருவான அனைத்து அணுக் களும் பூமிக்கடியில் தொலைதூரம் செல்லக் கூடிய ஆற்றல் பெற்றிருப்பதில்லை. குறைவான ஆற்றல் கொண்டவை இடையிலேயே நின்றுவிடும். செர்னிலிருந்து புறப்படும் மியூவான் நியூட்ரினோக்கள் இடையில் டௌ(Tau) நியூட்ரான்களாக மாறுகின்றன. இது மீண்டும் பழைய நிலைக்கே திரும்புவதனால் ஒரு அலை வுறுதலை ஏற்படுத்துகின்றது. உயர் ஆற்றல் கொண்ட நியூட்ரினோக்கள் கிரான் சாசோவினை வந்தடையும்போது அவை நியூட்ரினோ டிடெக்டர் (கண்டு பிடிப்பான்) என்னும் கருவியினால் பிடிக்கப் படும். நியூட்ரி னோக்கள் செர்ன் ஆய்வகத்திலிருந்து புறப் படும் கால அளவுகளின் வரை படத்தினையும், கிரான்சாசோவில் நியூட்ரினோக்கள் வந்தடை கின்ற கால அளவுகளின் வரை படத்தினையும் ஒப்பிட்டுப் பார்த்தால் அவை புறப்பட்ட மற்றும் சென்றடைந்த காலஅளவும் கணக்கிடப்படுகிறது.

இந்த ஆய்வில் இரு ஆய்வுக்கூடங்களுக் கிடையேயான தூரத்தைக் கடக்க 2.4 மில்லி செகண்டு கால அளவு மட்டுமே ஆனது. கால மாற்றம் மிக முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது. ஏனெனில் ஒரே சமயத்தில் இரு இடங்களில் நேரம் மாறுபடும். இந்த வித்தியாசமான இரு இடங்களில் நேரங்களும் ஒருங்கிணைந்து செயல்படச் செய்வது ஆய்வில் மிக முக்கிய மான பாகமாகும். ஏடநGPS (Global Positioning System)  வழியே இந்த ஒருங்கிணைப்பு செய்யப்படுகிறது. ரேடியோ அலைகளின் வழியாக இரு இடங் களுக்கிடையே தொடர்பை நிலைநிறுத்திக் கொண்டு இது நடைபெறுகிறது.

இவ்வாறு நடத்திய பரிசோதனையில் நியூட்ரினோக்களின் வேகம் ஒளி வெற்றிடத்தில் செல்லும் வேகத்தைவிட 60 நானோ செகண்டுகள் முன்னே சென்றது. அதாவது ஒளியின் வேகம் 29, 97, 92, 458 மீ/  செகண்டு. நியூட்ரினோவின் வேகம் 29, 97, 98, 454 மீ/ செகண்டு. வித்தியாசம் 5996 மீ/ செகண்டு. ஒரு செகண்டில் ஒளியைக் காட்டிலும் 5996 மீட்டர் நியூட்ரினோ முன்னே சென்றிருக்கும். உண்மையிலேயே நியூட்ரினோ ஒளியின் வேகத்தை மிஞ்சுகிறதா? இல்லை தவறான கணக்கா? என நம்பிக்கை வராத அறிவியலர்கள் 15000 முறை இச்சோதனையை திரும்பத் திரும்பச் செய்து பார்த்தனர். அனைத்து முறையும் ஒரே முடிவுதான் கிடைத்தது. இதனை சிறிது தயக்கத்திற்கு பின்னர்தான் அறிவி யலர்கள் வெளி உலகுக்கு அறிவித்தனர். ஏன் அவ்வாறு செய்தனர் என்பதற்கு காரணம் உண்டு.

கடந்த இருபதாம் நூற்றாண்டின் மிகச் சிறந்த அறிவியலராக கருதப்படுபவர் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன். இவருடைய சிறப்பு ஒப்புமை கோட்பாட்டின் (Special General Relativity Theory)  அடிப்படை விஷயங்களில் ஒன்று ஒளியின் வேகம். பிரபஞ்சத்தில் மிகவும் வேகமானது ஒளியின் வேகம் எனவும் அதனைவிட வேகத்தில் போக யாரும் முயற்சி செய்ய வேண்டாம் எனவும், அப்படி முயன்றாலும் முடியாது என கூறியவர் ஐன்ஸ்டீன்.  இருபதாம் நூற்றாண்டு அறிவியலர்கள் தங்களுடைய சொந்த சிந்தனையில் ஆராய்ந்தார்கள் என்பதனைவிட 1905-இல் ஐன்ஸ்டீன் முன்வைத்த சிறப்பு ஒப்புமைக் கோட்பாட்டை பின்பற்றி சிந்தித்தனர் என்பதே பொருத்தமாக இருக்கும். இன்னும் சொல்லப்போனால் ஒரு நூற்றாண்டு முழுவதும் இயற்பியலில் நிகழ்ந்த சிந்தனைகள் அனைத்தும் ஒளியின் வேகத்தினை  எல்லை யாகக் கொண்டே இருந்தன. அத்தகைய முக்கியத்துவம் வாய்ந்த அறிவியல் உண்மை மாறுகின்றது. மேலும் ஒரு நூற்றாண்டு கால பாடங்கள் அத்தனையும் திருத்துவது அவ்வளவு சுலபமான காரியம் அல்ல. என்றாலும் புதிய அறிவியல் கண்டு பிடிப்புகளுக்கு தக்கவாறு மாறித்தானே ஆக வேண்டும். உலகில் மாறாதது என்று ஒன்றுமில்லை.