முகப்பு அறிவியல் LHC என்னும் துகள்முடுக்கி – பிரபஞ்ச ரகசியம் நோக்கி 1

LHC என்னும் துகள்முடுக்கி – பிரபஞ்ச ரகசியம் நோக்கி 1

148
7

எழுதியது: சிறி சரவணா

இன்று உலகில் இருக்கும் மிக சக்திவாய்ந்த துகள்முடுக்கி (particle accelerator) இந்த பெரிய ஹார்டன் மோதுவி (large hadron collider) எனப்படும் LHC. ஜெனிவாவில் நிலத்திற்கு கீழாக 27 km வட்டப்பாதையில் அமைந்துள்ள இந்த பாரிய அறிவியல்ப் பரிசோதனைச் சாதனம். CERN என்ற ஐரோப்பிய அணுவாராய்ச்சிக் கழகத்தினால் பலவருடங்களாக நிர்மாணிக்கப்பட்டு, 2008 இல் முதன் முதலில் இயங்கத்தொடங்கியது.

நூறு நாடுகளைச் சேர்ந்த 10000 விஞ்ஞானிகள் மற்றும் பொறியியலாளர்கள் சேர்ந்து இதனை நிர்மானத்தனர் என்றால், LHC எவ்வளவு சிக்கலான கருவி என்பதனை வேறு வார்த்தைகளில் சொல்லி விளக்கவேண்டியதில்லை.

இதன் சக்தியென்ன, பயன் என்ன என்று எல்லாம் பார்க்க முதல், துகள்முடுக்கி என்றால் என்ன? எவ்வாறு அது வேலைசெய்கிறது என்று எல்லாம் பார்த்துவிடுவோம், அப்போதுதான் மேலதிக சொற்களை பயன்படுத்தும் போது உங்களுக்கு குழப்பம் வராமல் இருக்கும். இலத்திரன்வோல்ட் (electronvolt) என்றால் என்னவென்று உங்களுக்கு தெரியுமா? இது சாதாரண வோல்ட் (volt) அல்ல, வேறொரு சமாச்சாரம். கவலைவேண்டாம், எல்லாவற்றையும் பற்றி அறிந்துகொள்ளலாம்.

சரி முதலில்,

துகள்முடுக்கி என்றால் என்ன?

முதலில் அணுவைப் பற்றி பார்த்துவிடலாம், ஏனென்ன்றால் இங்கு நாம் துகள்கள் என்று கூறுவது, அணுத்துகள்களைத்தான். உங்களுக்கு அணு (atom) என்றால் என்னவென்று தெரிந்திருக்கும். (அப்படி இல்லை என்றால், முதலில் அதைப் பற்றி தெரிந்துகொள்ளுங்கள், இல்லையெனில் இந்தக் கட்டுரையை மேற்கொண்டு வாசிப்பது உங்களுக்கு அவ்வளவு உதவாது.)

அணுக்கட்டமைப்பின் அடிப்படை அம்சங்கள்
அணுக்கட்டமைப்பின் அடிப்படை அம்சங்கள்

பொதுவாக எமக்கு தெரிந்த விடயம், அணுக்கள் என்பவை தான் இந்தப் பிரபஞ்சத்தின் அடிப்படைக்கட்டுமான வஸ்து. நான், நீங்கள், உங்கள் டீ கப், பக்கத்துவீட்டு ஜிம்மி எல்லாமே அணுக்களால் தான் ஆக்கப்பட்டுள்ளது. உயிருள்ளவை கலங்களால் ஆக்கப்பட்டுள்ளன, கலங்களே அணுக்களால் தான் ஆக்கப்பட்டுள்ளன, இதெல்லாம் தெரிந்தவிடயம், இலகுவாக புரிந்துகொள்ளக்கூடிய விடயமும் கூட.

பல நூறு ஆண்டுகளாக அணுக்கள் என்ற கோட்பாடு அறிவியலாளர்கள் மத்தியில் இருந்தாலும், அது உண்மையில் இருகின்றதா என்று ஆய்வு ரீதியில் அல்லது சமன்பாட்டு வடிவில் கொண்டுவர அறிவியலாளர்களால் முடியவில்லை. உங்களுக்குத் தெரியுமா, ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டின் தான் முதன் முதலில், பிரவுனியன் அசைவுக்கு காரணம் அணுக்களே என்று நிருபித்து, அணுக்கள் உண்மையான வஸ்து என்பதனையும் உலகுக்கு வெளிச்சம் போட்டுக்காட்டிய மகான்!

விசயத்துக்கு வருவோம், அணுக்கள் இருப்பது சென்ற நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில் தான் பரிசோதனைகள் மூலமாக நிருபிக்கப்பட்டது. அதன்பின் சில பல ஆண்டுகளிலேயே அணுஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு உண்மையை விளங்கிக்கொண்டனர். அதாவது, அணு என்பது மிக மிக அடிப்படையாக கட்டமைப்பு அல்ல, அதுவே, அதைவிட சிறிய பல துணிக்கைகளின் ஒரு தொகுப்பு!

ஒரு அணுவைப் பொறுத்தவரை, இரண்டு மிக முக்கிய பகுதிகள் அதற்கு உண்டு. ஒன்று அணுவின் மையத்தில் இருக்கும் அணுக்கரு, அடுத்தது அதனைச் சுற்றிவரும் இலத்திரன் கூட்டம். ஒரு அணுவின் திணிவில் 99.9%, அணுவின் கருவிலேயே இருகின்றது. இந்த அணுக்கருவும், இரண்டு வேறுபட்ட துணிக்கைகளால் ஆக்கப்பட்டுள்ளது, அவையாவன ப்ரோட்டான், நியூட்ரான். ஆக மொத்தமாக ஒரு அணுவில் மூன்று விதமான துணிக்கைகள் இருப்பது தெரியவந்தது.

ஆனாலும் கதை இதோடு நின்றுவிடவில்லை. இலத்திரன், ப்ரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரான் ஆகிய துணிக்கைகள் கண்டறியப்பட்ட சில வருடங்களிலேயே, அணுத்துணிக்கைகள் பற்றி கோட்பாட்டை அறிவியலாளர்கள் உருவாக்கினர் – அதுதான் சீர்மரபு ஒப்புருக் கோட்பாடு (standard model). இந்தக் கோட்பாட்டின் படி, நாம் மேலே பார்த்த மூன்று அணுத்துணிக்கைகளையும்விட இன்னும் சில துணிக்கைகளும் இருக்கவேண்டும் என இந்தக் கோட்பாடு வலியுறுத்தியது. ஆக அவற்றைக் கண்டுபிடிக்கவேண்டும். எப்படி? அங்குதான் வருகிறார் எமது துகள்முடுக்கி ஜாம்பவான்!

யாரங்கே.. தூக்கி எறி, சிதறட்டும்!

முதலில் ஒரு சிறிய விளக்கம், அதாவது இந்த துகள்முடுக்கிகள் எப்படி தொழிற்படுகின்றன என்று அறிய. உங்களிடம் ஒரு லேப்டாப் இருக்கிறது என்று வைத்துக்கொள்வோம், அதனினுள் இருக்கும் பாகங்களை எப்படி அறிந்துகொள்வது? உங்களிடம் திறப்பான் இருந்தால் அதைப் பயன்படுத்தி திறந்து பார்க்கலாம், ஆனால் அப்படி எதுவும் இல்லை என்றால்? மிக இலகுவான காரியம், வேகமாக உங்கள் லப்டொப்பை தரையில் வீசி எறிவதுதான், டண்டடான் என்று லாப்டோப்பினுள் இருந்த எல்லாமே சிதறிவிடும் இல்லையா? இப்போது அதனுள் என்ன என்ன இருந்தது என்று பார்க்கலாம் இல்லையா? இதைத்தான் இந்த பல பில்லியன் மதிப்புடைய துகள்முடுக்கிகள் செய்கின்றன.

அணுத்துணிக்கைகள் மோதியதன் பின்னர் வந்த விளைவு!
அணுத்துணிக்கைகள் மோதியதன் பின்னர் வந்த விளைவு!

அதாவது ப்ரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரான் ஆகியவை அடிப்படைத் துணிக்கைகள் அல்ல, அவற்றைவிட சிறிய துணிக்கைகளால் இவை ஆக்கப்பட்டுள்ளன என்ற கோட்பாட்டை வாய்ப்புப்பார்க்க இருக்கும் ஒரேவழி, இந்த ப்ரோட்டன்களை மிக வேகமாக முடுக்கிவிட்டு, அவற்றை ஒன்றோடு ஒன்று மொத விட வேண்டும், அப்படி அவை மிக வேகமாக மோதும் போது, இந்த ப்ரோட்டன்கள் சிதறும், அப்படி சிதறியவற்றைப் படம்பிடித்து அதனுள் என்ன இருக்கின்றன என்று ஆய்வாளர்களால் கண்டறியமுடியும்.

சக்தி, சக்தி, மேலும் சக்தி

எவளவு வேகமாக வாகனங்கள் எதிர் எதிர் திசையில் வருகிறதோ அவ்வளவு உக்கிரமாக மோதல் இருக்கும் இல்லையா? அதேபோலத்தான் இந்த துகள்முடுக்கிகளும், இவை ப்ரோட்டான் துகள்களை மிக மிக வேகமாக முடுக்குகின்றன, அதாவது ஒளியின் வேகத்தில் 99.99%, ஆனால் வேகம் மட்டும் இங்கு முக்கியமில்லை, குறித்த அணுத்துணிக்கைகள் கொண்டுள்ள சக்தியும் முக்கியம், எவ்வளவுக்கு எவ்வளவு சக்தியைக் கொண்டு இந்த துணிக்கைகள் மோதுகின்றனவோ, அவ்வளவுக்கு அவ்வளவு அந்தத் துணிக்கைகளுக்குள் இருக்கும் சிறிய வேறு பல துணிக்கைகள் வெளிவரும்.

தற்போது LHCயால் முடுக்கப்படும் ப்ரோட்டான் கற்றைகள் 6.5 TeV (tera electronvolt) அளவு உயர்மட்ட சக்தியைப் பெற்றுக்கொள்ளும். இலத்திரன்வோல்ட் (eV) என்றால் என்ன என்று பார்த்துவிடலாம்.

ஒரு சுயாதீன இலத்திரன் ஒன்று ஒரு வோல்ட் அளவுள்ள மின்னழுத்தவேறுபாட்டைக் கொண்ட மின்புலத்தினூடு முடுக்கப்படும் போது அந்த இலத்திரன் பெற்றுக்கொள்ளும் சக்தியின் அளவு ஒரு இலத்திரன்வோல்ட் (eV) எனப்படும்! 1 eV = 1.602 176 53×10−19 Jules

இலத்திரன்வோல்ட் என்பதால் இது இலதிரனுக்கு மட்டுமே சொந்தம் என எண்ணவேண்டாம், அணுஇயற்பியலில், சக்திக்கான அலகாக (measure of energy) இது பயன்படுகிறது, ஆகவே எல்லா அணுத்துணிக்கைகளின் சக்தியையும் இந்த இலத்திரன்வோல்ட் அலகைப்பயன்படுத்தி அளக்கின்றனர்.

TeV – Tera Electrovolt – இது ஒரு ட்ரில்லியன் இலத்திரன்வோல்ட் (1,000,000,000,000 eV) ஆகும்.

LHCயால் ஒரு ப்ரோட்டான் கற்றை 6.5TeV வரை சக்திகொண்டதாக முடுக்கமுடியும், ஆக இரண்டு எதிர் எதிர் திசையில் வரும் 6.5TeV கற்றைகள் மோதும்போது 13 TeV சக்தியோடு அங்கு மோதும். இது பிரபஞ்சப் பெருவெடிப்பு நடதுமுடிந்த செக்கன்களின் சில துளிகளில் பிரபஞ்சம் எப்படி சக்தி நிரம்பியதாக இருந்ததோ அப்படியான சூழலை LHCயால் இரண்டு கற்றைகளை மோதவிடும் சந்தர்ப்பத்தில் உருவாக்கமுடியும்.

இப்படியான காரணிகளால் தான், முழுமையாக விபரம் அறியாத சிலர், LHC எதோ உலகத்தையே அழித்துவிடும் என்று பயந்து மற்றவரையும் பயப்படவைக்கின்றனர். ஆனால் அது உண்மையா? ஏன் இல்லை என்று தொடர்ந்து பார்க்கலாம்.

தொடரும்…

இரண்டாம் பாகத்தைப் படிக்க இங்கு கிளிக் செய்யவும்.