முகப்பு அறிவியல் LHC என்னும் துகள்முடுக்கி – பிரபஞ்ச ரகசியம் நோக்கி 2

LHC என்னும் துகள்முடுக்கி – பிரபஞ்ச ரகசியம் நோக்கி 2

75
0

எழுதியது: சிறி சரவணா

துகள்முடிக்கிகளின் (particle accelerators) அடிப்படைகளை சென்ற பதிவில் பார்த்தோம். முதல் பதிவைப் படிக்க இங்கே கிளிக் செய்யவும்.

LHC எப்படி வேலைசெய்கிறது என்று இந்தப் பதிவில் பார்ப்போம். அதாவது எப்படி LHC அணுத்துணிக்கைகளை ஒளியின் வேகத்திற்கு முடுக்குகிறது என்று பார்க்கலாம். அதற்கு முதல், இவ்வாறு அணுத்துகள்களை முடுக்க மிக மிக முக்கிய காரணியாக இருப்பது மிகச் சக்திவாய்ந்த காந்தப்புலமே. LHCயிலும் மிக மிக வீரியாமான காந்தப்புலத்தை பொறியியலாளர்கள் உருவாக்குகின்றனர். சரி எப்படி என்பதைப் படிப்படியாக பார்க்காலாம்.

முதலில் முடுக்கப்பட்டு மோதவிடப்படும் ப்ரோட்டான் கற்றைகளுக்குத் (proton beam) தேவையான ப்ரோட்டான்கள், செறிவாக்கப்பட்ட ஐதரசன் வாயு நிரம்பிய ஒரு சிறிய போத்தலில் இருந்தது பெறப்படுகிறது. முதலில் இந்த போத்தலில் இருந்து ஐதரசன் அணுக்கள் ஒரு சிறிய அறைக்குள் செலுத்தப்படுகின்றன. இங்கு மின்புலத்தைப் பயன்படுத்தி, இந்த ஐதரசன் அணுக்களில் இருந்து இலத்திரன்கள் நீக்கப்படுகின்றன, அதாவது இந்த ஐதரசன் அணுக்கள், அயனாக மாற்றப்படுகின்றன.

சிறு குறிப்பு: அணுவைப் பொறுத்தவரை, இலத்திரன் மறை ஏற்றம் (negative charge) கொண்டது, ப்ரோட்டான் நேர் ஏற்றம் (positive charge) கொண்டது. நியூட்ரான் எந்தவித ஏற்றமும் இல்லாதது. ஒரு அணுவில் இருந்து இலத்திரன்களை நீக்குவதன்மூலம் அந்த அணுவை, நேர் ஏற்றம் கொண்ட அணுவாக மாற்றலாம். ஏனென்றால் அங்கு எஞ்சி இருப்பது, ப்ரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரான் மட்டுமே.

இப்படி அயனாக மாற்றப்பட்ட ஐதரசன் அணுக்களில் வெறும் ப்ரோட்டோன்கள் மட்டுமே எஞ்சி இருக்கும் (ஐதரசன் வெறும் ஒரு ப்ரோட்டான், ஒரு இலத்திரனால் ஆக்கப்பட்ட எளிய அணு). இவை இப்போது Linac2 என்ற நேர்த்துகள்முடுக்கிக்குள் (linear accelerator) செலுத்தப்படும். இங்குதான் முதன் முதலில் ப்ரோட்டான்கள் முடுக்கப்படுகின்றன. இந்த Linac2 முடுக்கியை விட்டு ப்ரோட்டான் கற்றைகள் வெளியேறும் போது இது 50 MeV அளவு சக்தியைக் கொண்டிருக்கும், அதுமட்டுமல்லாது, இப்போது இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள் ஒளியின் வேகத்தில் மூன்றில் ஒரு பங்கு வேகத்தில் பயணிக்கும்.

சிறு குறிப்பு: MeV, GeV, TeV இப்படியெல்லாம் சில அளவுகளை நீங்கள் இனிப் பார்க்கவேண்டி வரும், ஆகவே இவற்றுக்கிடையிலான தொடர்பைச் சொல்லிவிடுகிறேன். உங்களுக்கு விளங்கிக்கொள்ள பயனுள்ளதாக இருக்கும்.

  • 1 – eV (electronvolt)
  • 1000 – kilo / 1KeV
  • 1 000,000 – mega / 1MeV
  • 1 000 000 000 – giga / 1GeV
  • 1 000 000 000 000 – tera / 1TeV
  • 1 000 000 000 000 000 – peta / 1PeV

சரி இனி உங்களுக்கு விளங்கும் என்று கருதுகிறேன். மீண்டும் கட்டுரைக்குச் செல்வோம்.

Linac2 இல் இருந்து முடுக்கப்பட்டு வெளிவந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள், அடுத்ததாக Proton Synchrotron Booster (PSB) எனப்படும் பகுதிக்குச் செல்லும். இங்கு இவற்றின் சக்தியை அதிகப்படுத்த, இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள் நான்காகப் பிரிக்கப்படுகின்றன. இந்த PSB 167 மீட்டர் சுற்றளவுகொண்ட ஒரு வட்டவடிவக் கருவி. இங்கு, துடிக்கும் மின்புலம் மூலம் PSBஇனுள் சுற்றிக்கொண்டிருக்கும் ப்ரோட்டான் கற்றைகள் முடுக்கப்படுகின்றன. அதேபோல காந்தபுலத்தைக்கொண்டு ப்ரோட்டான் கற்றைகள் வளைக்கப்பட்டு, இந்த வட்டவடிவ PSB குழாய்களில் மீண்டும் மீண்டும் சுற்றவைக்கப் படுகின்றன. இங்கு, இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள் ஒளியின் வேகத்தில் 91.6% அளவிற்கு முடுக்கப்படுகின்றன. இப்போது இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள் 1.4 GeV சக்தியைக் கொண்டிருக்கும்.

Linear accelerator 2 (Linac 2)
Linear accelerator 2 (Linac 2)

அடுத்ததாக இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள் Proton Synchrotron (PS) என்ற பகுதிக்குச் செலுத்தப்படுகின்றன. இந்த PSஉம் ஒரு வட்ட வடிவ முடுக்கியாகும், 628 மீட்டார் சுற்றளவுகொண்ட இந்தக் கருவியில் ப்ரோட்டான் கற்றைகள் 25 GeV சக்தியைப் பெற்றுக்கொள்ளும் வரை சுற்றப்படுகின்றன. ஆனால் அதிக நேரமெல்லாம் ப்ரோட்டான் கற்றைகள் இங்கு சுற்றுவதில்லை, வெறும் 1.2 செக்கன்கள் மட்டுமே! 25 GeV சக்தியைப் பெற்றுக்கொண்ட ப்ரோட்டான் கற்றைகள் இப்போது ஒளியின் வேகத்தில் 99.9% ஐ அடைந்துவிடும்.

The Proton Synchrotron (PS)
The Proton Synchrotron (PS)

இங்கு ஒரு மிக முக்கியமான விடயம் நடைபெறுகிறது. அதாவது ஐன்ஸ்டினின் சார்புக்கோட்பாட்டு விதிகளின் படி, ஒளியின் வேகத்தை மிஞ்சி ஒன்றாலும் பயணிக்க முடியாது. ஆக எவ்வளவுதான் மின்புலத்தைப் பயன்படுத்தினாலும், ப்ரோட்டான் கற்றைகளின் வேகத்தை ஒளியின் வேகத்தில் 99.9% மேலே அதிகரிக்க முடிவதில்லை. மாறாக ப்ரோட்டான் கற்றைகளின் திணிவு அதிகரிக்கிறது. (ஐன்ஸ்டினின் E=mc^2 சமன்பாட்டின் படி).

சுருக்கமாக சொல்லவேண்டும் என்றால், ப்ரோட்டான்களின் வேகம் அதிகரிக்க அதிகரிக்க அதன் திணிவு அதிகரிக்கிறது. கிட்டத்தட்ட 100 வருடங்களுக்கு முன் ஐன்ஸ்டீன் வெறும் சிந்தனையால் மட்டுமே கண்டறிந்த மாபெரும் இயற்பியல் உண்மை, இன்று நாம் ஒவ்வொரு முறை துகள்முடுக்கிகளை இயக்கும் போதும், நிருபிக்கப்படுகிறது.

PS இனுள் சுற்றும் ப்ரோட்டோன்கள் இப்போது அவற்றின் சாதாரண திணிவைவிட (அதாவது அவை இப்படி வேகமாக சுற்றாமல் ஓய்வில் இருக்கும் போது) 25 மடங்கு அதிகமாக இருக்கும். அடுத்தகட்டமாக இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள் Super Proton Synchrotron (SPS) என்ற முடுக்கிக்கு அனுப்பப்படும். இதுவும் வட்டவடிவமான, 7 கிலோமீட்டர் சுற்றளவுகொண்ட ஒரு கருவி. இந்தக் கருவியின் ஒரே நோக்கம், இதனுள் வந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகளின் சக்தியை 450 GeV ஆக அதிகரிப்பதே! இங்கு இந்த கற்றைகள் 450 GeV சக்தியை அடைந்தவுடன், அவை LHC எனப்படும் அசூரத் துகள்முடுக்கிக்குள் செலுத்தப்படும்.

SPS
The Super Proton Synchrotron – SPS

LHC – 27 கிலோமீட்டர் சுற்றளவுகொண்ட இந்த துகள்முடுக்கியில் இரண்டு குழாய்கள் உண்டு. அதற்குக் காரணம், SPS இல் இருந்து வரும் ப்ரோட்டான் கற்றைகளில் ஒன்று, LHCயின் ஒரு குழாயிலும், மற்றைய ப்ரோடான் கற்றை, இன்னொரு LHCயின் குழாயிலும் எதிர்எதிர்த் திசைகளில் அனுப்பப்படும். இப்படி ப்ரோட்டான் கற்றைகளை LHC குழாய்களில் நிரப்ப 4 நிமிடங்களும் 20 செக்கன்களும் எடுக்கும். பின்னர் இந்தக் குழாய்களில் சுற்றிவரும் ப்ரோட்டான் கற்றைகள் LHCயால் வழங்கக்கூடிய அதிகூடிய சக்தியான 4 TeV ஐ அடைய 20 நிமிடங்கள் சுற்றவேண்டும்.

LHC யில் நான்கு உணர்விகள் (detectors) உண்டு – ALICE, ATLAS, CMS மற்றும் LHCb. இந்த நான்கு உணர்விகளுக்கிடையிலும் LHC இனுள் இருக்கும் இரண்டு குழாய்களும் குறுக்கறுக்குமாறு உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. ஆக, இந்த குறுக்கறுக்கும் சந்திகளில், எதிர் எதிர் திசைகளில் சுற்றிக்கொண்டிருக்கும் ப்ரோட்டான் கற்றைகளை, குறிப்பிட்ட காந்தப்புலத்தைப் பயன்படுத்தி வளைத்து மோதவிடமுடியும்.

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) உணர்வி
ALICE (A Large Ion Collider Experiment) உணர்வி

ஆக 4 TeV சக்திகொண்ட இரண்டு கற்றைகள் 8 TeV சக்தியுடன் மோதும்! இதன்போது வெளிவரும் வஸ்துக்களை, இந்த உணர்விகள் அப்படியே ‘லபக்’ என்று பிடித்துக்கொள்ளும்! அதைப் பாரிய கணணி வலையமைப்பு சேமித்துக்கொள்ளும். பின்னர் அதனை ஆய்வாளர்கள் தங்கள் ஆய்வுக்குப் பயன்படுத்துவர்.

உண்மையிலேயே LHC யால் ப்ரோடான் கற்றைகளை 7 TeV வரை சக்திகொடுக்க முடியும், ஆனால், கடந்த வருடங்களில் LHC வெறும் 4 TeV வரை மட்டுமே ப்ர்டோட்டன் கற்றைகளை முடுக்கியது. ஆனால் 2015 இல் இது 6.5 TeV வரை கற்றைகளை முடுக்கஇருப்பதாக CERN அமைப்பு (LHC யின் சொந்தக்காரர்கள்) அறிவித்துள்ளது.

அடுத்ததாக, இந்த LHC அப்படி எதைக் கண்டறிய உருவாக்கப்பட்டது என்று பார்க்கலாம்.

தொடரும்…