क्यों भौतिकीविद भूत कणों के सबसे अजीब शिकार कर रहे हैं

हर एक दिन के हर एक सेकंड में, आप अंतरिक्ष के गहराई से नीचे की ओर बौछार, उप-सूक्ष्म कणों के खरबों पर खरबों द्वारा बमबारी कर रहे हैं। वे एक ब्रह्मांडीय तूफान की ताकत से आपके माध्यम से उड़ते हैं, लगभग प्रकाश की गति से विस्फोट करते हैं। वे दिन और रात के सभी समय पर आकाश से आ रहे हैं। वे पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र और हमारे सुरक्षा वातावरण को बहुत अधिक मक्खन की तरह भेदते हैं।

और फिर भी, आपके सिर के शीर्ष पर बाल भी रफ़ नहीं किए जाते हैं।

क्या चल रहा है?

थोड़ा तटस्थ

इन छोटी छोटी गोलियों को न्यूट्रिनो कहा जाता है, यह शब्द 1934 में प्रतिभाशाली भौतिक विज्ञानी एनरिको फेरमी द्वारा गढ़ा गया था। शब्द "थोड़ा तटस्थ एक" के लिए अस्पष्ट इतालवी है, और एक बहुत ही उत्सुक परमाणु प्रतिक्रिया की व्याख्या करने के लिए उनके अस्तित्व को परिकल्पित किया गया था।

कभी-कभी तत्वों को थोड़ा महसूस होता है ... अस्थिर। और अगर वे बहुत लंबे समय तक अकेले रह गए हैं, तो वे अलग हो जाते हैं और खुद को किसी और चीज में बदल लेते हैं, कुछ समय-समय पर थोड़ा हल्का होता है। इसके अलावा, थोड़ा इलेक्ट्रॉन बाहर निकल जाएगा। लेकिन 1920 के दशक में, उन डेक्स की सावधानीपूर्वक और विस्तृत टिप्पणियों में छोटे, अस्पष्ट विसंगतियां पाई गईं। प्रक्रिया की शुरुआत में कुल ऊर्जा बाहर आने वाली ऊर्जा से थोड़ी अधिक थी। गणित नहीं जोड़ा। अजीब।

इसलिए, कुछ भौतिकविदों ने एक नए कपड़े को पूरे कपड़े से बाहर निकाल दिया। गायब ऊर्जा को बाहर ले जाने के लिए कुछ। कुछ छोटा, कुछ हल्का, कुछ बिना चार्ज का। ऐसा कुछ जो उनके डिटेक्टरों द्वारा किसी का ध्यान नहीं जा सकता।

थोड़ा, तटस्थ। एक न्यूट्रिनो।

अपने अस्तित्व की पुष्टि करने के लिए एक और दंपती दशकों का समय लगा - यह है कि कैसे फिसलन और बुद्धिमान और डरपोक हैं। लेकिन 1956 में, न्यूट्रिनो ज्ञात, मापा, पुष्ट कणों के बढ़ते परिवार में शामिल हो गए।

और फिर चीजें अजीब हो गईं।

पसंदीदा स्वाद

मुऑन की खोज के साथ परेशानी बढ़ गई, जो संयोग से उसी समय के बारे में हुआ जब न्यूट्रिनो विचार जमीन हासिल करना शुरू कर रहा था: 1930 का दशक। म्यूऑन लगभग एक इलेक्ट्रॉन की तरह है। एक ही चार्ज। समान स्पिन लेकिन यह एक महत्वपूर्ण तरीके से अलग है: यह भारी है, इसकी सिबलिंग, इलेक्ट्रॉन से 200 गुना अधिक भारी है।

मून्स अपने स्वयं के विशेष प्रकार की प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं, लेकिन लंबे समय तक नहीं टिकते हैं। उनके प्रभावशाली बल्क के कारण, वे बहुत अस्थिर हैं और जल्दी से छोटे बिट्स ("जल्दी से" यहां एक माइक्रोसेकंड या दो के भीतर का मतलब है) के क्षय में बदल जाते हैं।

यह सब अच्छी तरह से और अच्छा है, इसलिए म्यूऑन न्यूट्रिनो कहानी में क्यों है?

भौतिकविदों ने देखा कि न्यूट्रिनो के अस्तित्व का सुझाव देने वाली क्षय प्रतिक्रियाओं में हमेशा एक इलेक्ट्रॉन पॉप आउट होता था, और एक म्यूऑन नहीं। अन्य प्रतिक्रियाओं में, म्यूऑन बाहर निकलेगा, और इलेक्ट्रॉनों से नहीं। इन निष्कर्षों की व्याख्या करने के लिए, उन्होंने तर्क दिया कि न्यूट्रिनो हमेशा इन क्षय प्रतिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉनों के साथ मेल खाते हैं (और किसी अन्य प्रकार के न्यूट्रिनो नहीं), जबकि इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन को एक अभी तक अनदेखे प्रकार के न्यूट्रिनो के साथ जोड़ी जानी चाहिए ... आखिरकार, इलेक्ट्रॉन -ग्रही न्यूट्रिनो मून घटनाओं से टिप्पणियों की व्याख्या करने में सक्षम नहीं होंगे।

और इसलिए शिकार चलता रहा। और इसपर। और इसपर। यह 1962 तक नहीं था कि भौतिकविदों को अंततः दूसरी तरह के न्यूट्रिनो पर ताला मिला। यह मूल रूप से "न्यूट्रेटो" करार दिया गया था, लेकिन अधिक तर्कसंगत सिर इसे म्यूऑन-न्यूट्रिनो कहने की योजना के साथ प्रबल हुए, क्योंकि यह हमेशा म्यूऑन के साथ प्रतिक्रियाओं में ही जोड़ा जाता था।

ताओ का मार्ग

ठीक है, इसलिए दो ने न्यूट्रिनो की पुष्टि की। क्या प्रकृति हमारे लिए अधिक भंडार है? 1975 में, स्टैनफोर्ड लाइनर एक्सेलेरेटर सेंटर के शोधकर्ताओं ने नीरस इलेक्ट्रॉन और हेफ्टी म्यूऑन के लिए एक भी भारी भाई के अस्तित्व को प्रकट करने के लिए नीरस डेटा के पहाड़ों के माध्यम से बहादुरी से छलाँग लगाई: हॉकिंग ताऊ, जो कि लगभग 3,500 बार इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान को देखता है। । वह बड़ा कण है!

तो तुरंत सवाल बन गया: अगर तीन कणों का एक परिवार है, तो इलेक्ट्रान, म्यूऑन और ताऊ ... क्या इस न्यूफ़ाउंड प्राणी के साथ जोड़ी बनाने के लिए कोई तीसरा न्यूट्रिनो हो सकता है?

शायद शायद नहीं। शायद सिर्फ दो न्यूट्रिनो हैं। शायद चार हैं। शायद 17. प्रकृति पहले हमारी अपेक्षाओं को पूरा नहीं करती है, इसलिए अब शुरू करने का कोई कारण नहीं है।

कई भीषण विवरणों के साथ, दशकों से, भौतिकविदों ने कई तरह के प्रयोगों और टिप्पणियों का उपयोग करके खुद को आश्वस्त किया कि तीसरे न्यूट्रिनो का अस्तित्व होना चाहिए। लेकिन 2000 में सहस्राब्दी के किनारे तक यह नहीं था, कि फ़र्मिलाब पर विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया प्रयोग (जिसे एनयू ताऊ के प्रत्यक्ष अवलोकन के लिए विनोदी रूप से डोनट प्रयोग कहा जाता है, और नहीं, मैं ऐसा नहीं कर रहा हूँ कि आखिरकार मुझे मिल गया है) एक पुष्टि का दावा करने के लिए पर्याप्त पुष्टि की गई दृष्टि।

भूतों का पीछा करते हुए

तो, हम न्यूट्रिनो की इतनी परवाह क्यों करते हैं? हम दूसरे विश्व युद्ध से पहले, आधुनिक युग में 70 से अधिक वर्षों से उनका पीछा क्यों कर रहे हैं? वैज्ञानिकों की पीढ़ियों को इन छोटे, तटस्थ लोगों पर इतना मोहित क्यों किया गया है?

इसका कारण यह है कि न्यूट्रिनो हमारी उम्मीदों से परे रहते हैं। लंबे समय तक, हमें यकीन भी नहीं था कि वे अस्तित्व में हैं। एक लंबे समय के लिए, हम आश्वस्त थे कि वे पूरी तरह से मासलेस थे, जब तक कि प्रयोगों ने नाराजगी से पता नहीं लगाया कि उनके पास द्रव्यमान होना चाहिए। बिल्कुल "कितना" एक आधुनिक समस्या बनी हुई है। और न्युट्रीनो में बदलते चरित्र की यह कष्टप्रद आदत है। यह सही है, चूंकि एक न्यूट्रिनो उड़ान में यात्रा करता है, यह तीन स्वादों के बीच मास्क स्विच कर सकता है।

वहाँ भी अभी भी एक अतिरिक्त न्यूट्रिनो हो सकता है कि किसी भी सामान्य बातचीत में हिस्सा नहीं लेता है - कुछ बाँझ न्यूट्रिनो के रूप में जाना जाता है, जो भौतिकविदों के लिए शिकार कर रहे हैं।

दूसरे शब्दों में, न्यूट्रिनो भौतिक विज्ञान के बारे में जो कुछ भी हम जानते हैं उसे लगातार चुनौती देते हैं। और अगर अतीत और भविष्य दोनों में एक चीज की जरूरत है, तो यह एक अच्छी चुनौती है।

पॉल एम। सटर पर एक खगोल भौतिकीविद् है ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी, का मेजबान एक अंतरिक्ष यात्री से पूछें तथा अंतरिक्ष रेडियोऔर के लेखक हैं ब्रह्मांड में आपका स्थान.