न्यूट्रिनोस उन मूलभूत कणों में से एक है जो ब्रह्मांड का निर्माण करते हैं। अन्य प्रकार के कणों की तुलना में, उनके पास बहुत कम द्रव्यमान है, कोई प्रभार नहीं है, और केवल कमजोर परमाणु बल और गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से दूसरों के साथ बातचीत करते हैं। जैसे, वारिस बातचीत के सबूत खोजना बेहद मुश्किल है, किसी भी हस्तक्षेप से उन्हें ढालने के लिए गहरे भूमिगत स्थित बड़े पैमाने पर उपकरणों की आवश्यकता होती है।
हालांकि, स्पैलेशन न्यूट्रॉन सोर्स (एसएनएस) का उपयोग करते हुए, ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी (ओआरएनएल) में स्थित एक शोध सुविधा - शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने हाल ही में एक पूरी तरह से अलग विधि का उपयोग करके न्यूट्रिनो के बारे में एक ऐतिहासिक खोज की। COHERENT प्रयोग के भाग के रूप में, ये परिणाम 43 साल पहले की गई एक भविष्यवाणी की पुष्टि करते हैं और न्यूट्रिनो अनुसंधान के लिए नई संभावनाएं प्रदान करते हैं।
अध्ययन जो उनके निष्कर्षों का विवरण देता है, जिसका शीर्षक "सुसंगत लोचदार न्यूट्रिनो-नाभिक प्रकीर्णन का अवलोकन" है, हाल ही में पत्रिका में प्रकाशित किया गया था विज्ञान। शोध को कोरेसेंट प्रयोग के हिस्से के रूप में आयोजित किया गया था, जो 4 से अधिक देशों के 19 संस्थानों के 80 शोधकर्ताओं का सहयोग था, जो कि एक वर्ष से अधिक समय से सुसंगत लोचदार न्यूट्रिनो-न्यूक्लियस स्कैटरिंग (सीईवीएनएस) के रूप में जाना जाता है।
इस व्यवहार के प्रमाण खोजने में, COHERENT ने अनिवार्य रूप से इतिहास बनाया है। जेसन न्यूबी के रूप में, एक ORNL भौतिक विज्ञानी और COHERENT के तकनीकी समन्वयक, ने ORNL प्रेस वक्तव्य में कहा:
"ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में एक-के-एक-तरह के कण भौतिकी प्रयोग ने नाभिक से कम ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो के सुसंगत प्रकीर्णन को मापने के लिए पहली बार किया था।"
यह सब नीचे तोड़ने के लिए, कण भौतिकी के मानक मॉडल से संकेत मिलता है कि न्यूट्रिनोस लेप्टोन हैं, एक कण जो अन्य मामले के साथ कमजोर रूप से संपर्क करता है। वे रेडियोधर्मी क्षय के माध्यम से निर्मित होते हैं, परमाणु प्रतिक्रियाएं जो बिजली सितारों, और सुपरनोवा से होती हैं। ब्रह्मांड विज्ञान का बिग बैंग यह भी भविष्यवाणी करता है कि न्यूट्रिनो अस्तित्व में सबसे प्रचुर कण हैं, क्योंकि वे ब्रह्मांड के निर्माण का एक उपोत्पाद हैं।
जैसे, उनका अध्ययन सैद्धांतिक भौतिकविदों और ब्रह्मांड विज्ञानियों के लिए एक प्रमुख केंद्र बिंदु रहा है। पिछले अध्ययनों में, न्युट्रीनो इंटरैक्शन का शाब्दिक रूप से लक्ष्य सामग्री के टन का उपयोग करके पता लगाया गया था और फिर न्यूट्रिनिन के कण परिवर्तनों की जांच की गई थी, जो न्यूट्रिनों से टकराया था।
उदाहरणों में जापान में सुपर-कमिओकांडे वेधशाला, एक भूमिगत सुविधा शामिल है जहां लक्ष्य सामग्री 50,000 टन अल्ट्राप् ट पानी है। एसएनओएलएबी के सुदबरी न्यूट्रिनो वेधशाला के मामले में - जो कि सूडबरी, ओंटारियो के पास एक पूर्व खदान परिसर में स्थित है - एसएनओ न्यूट्रिनो डिटेक्टर न्यूट्रिनो डिटेक्शन के लिए भारी पानी पर निर्भर करता है जबकि एसएनओ + प्रयोग एक तरल स्किनटिलाटर का उपयोग करेगा।
और आइसक्यूब न्यूट्रिनो ऑब्जर्वेटरी- दुनिया में सबसे बड़ा न्यूट्रिनो डिटेक्टर, अंटार्कटिका के अमुंडसेन-स्कॉट साउथ पोल स्टेशन पर स्थित है - न्यूट्रिनो इंटरैक्शन का पता लगाने के लिए अंटार्कटिक बर्फ पर निर्भर करता है। सभी मामलों में, सुविधाएं बेहद अलग-थलग हैं और बहुत महंगे उपकरण पर निर्भर हैं।
हालांकि, COHERENT प्रयोग, तुलनात्मक रूप से बहुत छोटा और अधिक किफायती है, जिसका वजन मात्र 14.5 किलोग्राम (32 पाउंड) है और अंतरिक्ष के रास्ते में बहुत कम है। प्रयोग मौजूदा एसएनएस त्वरक-आधारित प्रणाली का लाभ उठाने के लिए बनाया गया था, जो प्रोटॉन के बीम के साथ पारा परमाणुओं को नष्ट करने के लिए दुनिया में सबसे तीव्र स्पंदित न्यूट्रॉन बीम का उत्पादन करता है।
यह प्रक्रिया भारी मात्रा में न्यूट्रॉन बनाती है जो विभिन्न वैज्ञानिक प्रयोगों के लिए उपयोग की जाती हैं। हालाँकि, यह प्रक्रिया एक अतिउत्पाद के रूप में एक महत्वपूर्ण मात्रा में न्यूट्रिनो का निर्माण भी करती है। इसका लाभ उठाने के लिए, COHERENT टीम ने एक न्यूट्रिनो प्रयोग विकसित करना शुरू किया, जिसे "न्यूट्रिनो गली" के रूप में जाना जाता है। पारा टैंक से सिर्फ 20 मीटर (45 फीट) एक तहखाने के गलियारे में स्थित, मोटी कंक्रीट की दीवारें और बजरी प्राकृतिक उपज प्रदान करते हैं।
कॉरिडोर को अतिरिक्त न्यूट्रिनो, कॉस्मिक किरणों और अन्य कणों को बाहर निकालने के लिए बड़े पानी के टैंकों के साथ भी लगाया जाता है। लेकिन अन्य प्रयोगों के विपरीत, COHERENT डिटेक्टर न्यूट्रिनो के अन्य परमाणुओं के नाभिक में टकराते हुए दिखाई देते हैं। ऐसा करने के लिए, टीम ने डिटेक्टरों के साथ गलियारे को तैयार किया जो कि एक सीज़ियम आयोडाइड स्किनटिलाटर क्रिस्टल पर निर्भर करता है, जो न्यूट्रिनो इंटरैक्शन के कारण प्रकाश संकेतों की प्रमुखता को बढ़ाने के लिए ओडियम का भी उपयोग करता है।
शिकागो विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी जुआन कॉलर ने डिजाइन टीम का नेतृत्व किया, जिसने एसएनएस में प्रयुक्त डिटेक्टर बनाया। जैसा कि उन्होंने समझाया, यह एक "बैक-टू-बेसिक्स" दृष्टिकोण था जो अधिक महंगे और बड़े पैमाने पर डिटेक्टरों के साथ दूर किया गया था:
“वे निश्चित रूप से सबसे अधिक पैदल यात्री प्रकार के विकिरण डिटेक्टर उपलब्ध हैं, जो एक शताब्दी के आसपास रहे हैं। सोडियम-डोपेड सीज़ियम आयोडाइड एक छोटे, held हैंडहेल्ड ’सुसंगत न्यूट्रिनो डिटेक्टर के रूप में काम करने के लिए आवश्यक सभी गुणों को मिला देता है। बहुत बार, कम अधिक है। ”
उनके प्रयोग और एसएनएस के परिष्कार के लिए धन्यवाद, शोधकर्ता यह निर्धारित करने में सक्षम थे कि न्यूट्रिनोस तटस्थ जेड बॉसन के आदान-प्रदान के माध्यम से क्वार्कों को युग्मन करने में सक्षम हैं। यह प्रक्रिया, जिसे सुसंगत लोचदार न्यूट्रिनो-न्यूक्लियस स्कैटरिंग (सीईवीएनएस) के रूप में जाना जाता है, की पहली बार 1973 में भविष्यवाणी की गई थी। लेकिन अब तक, कोई भी प्रयोग या अनुसंधान टीम इसकी पुष्टि नहीं कर पाई है।
जैसा कि जेसन न्यूबी ने संकेत दिया, मौजूदा सुविधा के परिष्कार के लिए बड़े पैमाने पर प्रयोग सफल रहा। "एसएनएस न्युट्रीनो की ऊर्जा लगभग पूरी तरह से इस प्रयोग के लिए तैयार है - एक पता लगाने योग्य संकेत बनाने के लिए काफी बड़ी है, लेकिन सुसंगत स्थिति का लाभ उठाने के लिए काफी छोटा है," उन्होंने कहा। "बातचीत का एकमात्र धूम्रपान बंदूक एक एकल नाभिक के लिए प्रदान की गई ऊर्जा की एक छोटी राशि है।"
इससे उत्पन्न डेटा पिछले प्रयोगों की तुलना में क्लीनर भी था, क्योंकि न्यूट्रिनो (एसएनएस न्यूट्रॉन बीम की तरह जो उन्हें उत्पन्न करता है) भी स्पंदित थे। इसने पृष्ठभूमि के संकेतों से सिग्नल के आसान पृथक्करण की अनुमति दी, जिसने स्थिर-राज्य न्यूट्रिनो स्रोतों पर एक लाभ की पेशकश की - जैसे कि परमाणु रिएक्टरों द्वारा उत्पादित।
टीम ने न्यूट्रिनो के तीन "स्वादों" का भी पता लगाया, जिसमें म्यूऑन न्यूट्रिनो, म्यूऑन एंटीन्यूट्रिनो और इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो शामिल थे। जबकि म्यूऑन न्यूट्रिनो तुरंत सामने आ गए, दूसरों को कुछ माइक्रोसेकंड बाद में पता चला। इससे, COHERENT टीम ने न केवल CEvNS के सिद्धांत को मान्य किया, बल्कि कण भौतिकी के मानक मॉडल को भी मान्य किया। उनके निष्कर्षों में खगोल भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान के लिए निहितार्थ भी हैं।
केट शोलबर्ग के रूप में, ड्यूक विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी और कोऑर्डेंट के प्रवक्ता ने समझाया:
"जब एक विशाल तारा ढह जाता है और फिर फट जाता है, तो न्यूट्रिनो विशाल ऊर्जा को तारकीय लिफाफे में डुबो देता है। इस नाटकीय घटनाओं के होने की समझ के बारे में प्रक्रिया को समझने में मदद मिलती है ... दुनिया भर में प्रयोगों द्वारा डेटा के न्यूट्रिनो गुणों की व्याख्या में मदद मिलेगी। हम नाभिक की संरचना को बेहतर ढंग से समझने के लिए सुसंगत प्रकीर्णन का उपयोग करने में भी सक्षम हो सकते हैं। ”
हालांकि उनके परिणामों की आगे की पुष्टि की कोई आवश्यकता नहीं है, कोऑपरेंट शोधकर्ताओं ने अलग-अलग दरों (प्रक्रिया का एक और हस्ताक्षर) पर सुसंगत न्यूट्रिनो बातचीत का निरीक्षण करने के लिए अतिरिक्त माप का संचालन करने की योजना बनाई है। इससे, वे CEvNS की प्रकृति के साथ-साथ अन्य बुनियादी न्यूट्रिनो गुणों - जैसे कि उनके आंतरिक चुंबकत्व के बारे में अपने ज्ञान का विस्तार करने की उम्मीद करते हैं।
यह खोज निश्चित रूप से अपने आप में प्रभावशाली थी, यह देखते हुए कि यह कण भौतिकी और बिग बैंग कॉस्मोलॉजी दोनों के मानक मॉडल के एक पहलू को मान्य करता है। लेकिन यह तथ्य कि विधि क्लीनर परिणाम प्रदान करती है और उन उपकरणों पर निर्भर करती है जो अन्य प्रयोगों की तुलना में काफी छोटे और कम महंगे हैं - जो बहुत प्रभावशाली है!
इस शोध के निहितार्थ दूरगामी होना निश्चित हैं, और यह देखना दिलचस्प होगा कि यह भविष्य में कौन सी अन्य खोजों को सक्षम बनाता है!
