हम सबसे आवश्यक सार्वभौमिक प्रश्नों को हल करने की दिशा में एक बहुत छोटा कदम हो सकते हैं, जिसमें बिग बैंग के तुरंत बाद क्या हुआ, डार्क मैटर कहां छिपा है, और सामान्य पदार्थ का अस्तित्व क्यों है?
सीईआरएन के लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी) जैसे कण कोलाइडरों की बढ़ती संवेदनशीलता शोधकर्ताओं को हमारी वास्तविकता की संरचना में अभूतपूर्व रूप से गहराई से जांच करने की अनुमति दे रही है।
इसे “ज़ेप्टोवर्स” कहा जाता है, इसमें ज़ेप्टोमीटर स्केल पर मौजूद अनदेखे कण या बल मौजूद हो सकते हैं, जो मानव बाल की तुलना में हजारों खरबों गुना पतले होते हैं, और समय अवधि में ब्रह्मांड को आकार देने वाली क्वांटम क्रियाएं होती हैं जो अकल्पनीय रूप से छोटी होती हैं।
40 से अधिक वर्षों के प्रयास के बाद, वैज्ञानिकों ने ज़ेप्टोवर्स के दरवाजे पर एक नॉकर को प्रभावी ढंग से बांध दिया है, जो बेहद मायावी, अस्थिर प्रकार के कण क्षय का प्रयोगात्मक सबूत पेश करता है।
3 नवंबर को आयोजित एक सेमिनार में, और arXiv पर एक प्रीप्रिंट पेपर में जिसकी अभी तक सहकर्मी-समीक्षा नहीं की गई है, एलएचसीबी सहयोग ने इस घटना के साक्ष्य की घोषणा की।
ऐसा माना जाता है कि यह दस अरब घटनाओं में से केवल एक बार होता है जिसमें एक निश्चित “सौंदर्य” कण की मृत्यु शामिल होती है – लॉटरी जीतने की तुलना में संभावना काफी कम होती है।
यह संभावित खोज, और पहले देखे गए भाई-बहन के क्षय का अधिक सटीक माप, “मानक मॉडल का एक शक्तिशाली नया परीक्षण और संभावित नई भौतिकी में एक खिड़की” प्रदान करता है, बर्मिंघम विश्वविद्यालय के कण भौतिक विज्ञानी और एलएचसीबी वेरी रेयर डेकेज़ वर्किंग ग्रुप के संयोजक नीलाद्रि साहू बताते हैं।
यह प्रयोग विशाल भूमिगत एलएचसी के किनारे स्थित एक कण-शिकार परियोजना, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर ब्यूटी (एलएचसीबी) में आयोजित किया गया था।
यह अब ऐसे दुर्लभ कण भौतिकी को समझने में सक्षम है – जिसकी मांग 1980 के दशक से की जा रही थी – एक हालिया अपडेट के लिए धन्यवाद जिसने इसके कण टकराव का पता लगाने की दर को काफी हद तक बढ़ा दिया है, साथ ही सिग्नल-टू-शोर अनुपात को बढ़ाने के लिए मशीन सीखने की तकनीकों का लाभ उठाया है, जिसने इस तरह के प्रयास किए गए अवलोकनों को खत्म कर दिया है।
एलएचसीबी प्रयोग अपने ईगल-आई वीईएलओ सब-डिटेक्टर जैसे उपकरणों का उपयोग करके क्षय का पता लगाता है, जो निकट-प्रकाश-गति टकराव द्वारा उत्पादित विदेशी कणों के चिड़ियाघर का बेहतर निरीक्षण करने के लिए कण किरण से एक उंगली की चौड़ाई से भी कम दूरी पर स्थित है।
तो वैज्ञानिकों की बड़ी सफलता एक कण के क्षय का संभावित पता लगाना है जिसे के नाम से जाना जाता है बीडी मेसॉन को एक म्यूऑन और एक एंटी-म्यूऑन में बदलें।
प्रश्न में मेसॉन दो अजीब कणों से बना है, जिन्हें ब्यूटी क्वार्क और डाउन एंटीक्वार्क कहा जाता है।
क्वार्क छह स्वादों में आते हैं, और उनमें से दो, जिन्हें अप और डाउन क्वार्क कहा जाता है, त्रिक में मिलकर न्यूट्रॉन और प्रोटॉन बनाते हैं।
अन्य क्वार्क अधिक गूढ़ हैं लेकिन महानतम सार्वभौमिक रहस्यों की खोज के लिए आवश्यक हैं।
तदनुसार, “सौंदर्य क्वार्क” बिग बैंग के बाद के सूपी में आम थे, शायद जब ब्रह्मांड एक सेकंड के एक अरबवें हिस्से का सिर्फ सौवां हिस्सा था, लेकिन आज स्वाभाविक रूप से अनुपस्थित हैं।
तो फिर शोधकर्ताओं को मेसन बनाने और संपूर्ण शेबंग शुरू करने के लिए ब्यूटी क्वार्क कहां से मिला?
उन्होंने इन क्वार्कों को खरोंच से बनाया।
सबसे पहले, वे निकट-प्रकाश गति से प्रोटॉन से टकराते हैं, जिससे कई सौंदर्य क्वार्क और डाउन एंटीक्वार्क सहित कणों का एक क्षणिक स्प्रे उत्पन्न होता है, जो अकेले रहना पसंद नहीं करते हैं, इसलिए वे मजबूत परमाणु बल के माध्यम से लगभग तुरंत संयोजित होते हैं, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर क्वार्क को भी बांधता है।
ये मेसॉन अविश्वसनीय रूप से क्षणभंगुर हैं, एक सेकंड के डेढ़ ट्रिलियनवें हिस्से में नष्ट हो जाते हैं। लेकिन इन ‘सुंदर’ क्षयों में से प्रत्येक दस अरब में से केवल एक ही वांछित परिणाम देता है: ऊर्जा-द्रव्यमान कानून को संरक्षित करने के लिए एक म्यूऑन और एक एंटी-म्यूऑन क्वांटम क्षेत्र की ऊर्जा से बाहर निकलते हैं।
ये म्यूऑन इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन जैसे कणों में विघटित होने से पहले केवल एक सेकंड के लगभग दो मिलियनवें हिस्से तक ही ‘जीवित’ रहते हैं।
इस तरह की घटना के लिए सबूत का दावा करने के लिए तीन मानक विचलन, या “3 सिग्मा” के महत्व स्तर की आवश्यकता होती है, जो कि 0.3 प्रतिशत संभावना के अनुरूप है कि परिणाम एक अस्थायी है।
यह नवीनतम साक्ष्य, 2024 और 2025 के एलएचसीबी प्रयोग के सौजन्य से, 2011 और 2018 के बीच एकत्र किए गए पिछले डेटा के साथ मिलकर, 3.2 सिग्मा का एक आरामदायक महत्व स्तर प्राप्त करता है।
‘स्वर्ण मानक’ 5-सिग्मा महत्व मान प्राप्त करने के लिए इस क्षय की पुष्टि के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता होगी। 2030 के दशक में भविष्य के उन्नयन से एलएचसी टकरावों की संख्या में वृद्धि होगी और परिमाण के क्रम से डेटा संग्रह दर में फिर से वृद्धि होगी।
जैसा कि शोधकर्ता संक्षेप में कहते हैं: “सभी परिणाम सुसंगत हैं [Standard Model] अपेक्षाएँ और एलएचसी पर प्रत्यक्ष उत्पादन के माध्यम से पहुंच से परे ऊर्जा पैमाने पर नए भौतिकी योगदान को बाधित करती हैं।”
यह इस बात पर प्रकाश डालता है कि इस कार्य के परिणाम मानक मॉडल के अनुरूप हैं, जो हमारे ब्रह्मांड के बारे में बहुत कुछ समझाता है लेकिन डार्क मैटर, या सामान्य पदार्थ और एंटीमैटर में थोड़ी सी विषमता को उजागर नहीं करता है जिसने पूरे ब्रह्मांड को बिग बैंग के बाद ऊर्जा के झोंके में नष्ट होने से रोक दिया।
यह हमें इस सुझाव से भी भ्रमित करता है कि नवीन भौतिकी की खोज एलएचसी पर सीधे एक नए कण को क्रैंक करने पर निर्भर नहीं हो सकती है, बल्कि अप्रत्यक्ष साक्ष्य पर निर्भर हो सकती है, जो शायद अन्य क्षय दरों में देखा जाता है।
चार्म क्वार्क और शीर्ष क्वार्क की पिछली खोजों में यही मामला रहा है, जिनमें से बाद वाला क्वार्क में सबसे भारी है, लगभग पूरे सोने के परमाणु जितना भारी है।
कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के कण भौतिक विज्ञानी और विश्लेषण टीम के नेता हैरी क्लिफ ने निष्कर्ष निकाला, “पहली बार इस दुर्लभतम क्षय के लिए स्पष्ट सबूत देखना रोमांचकारी था।”
“हम अब जेप्टोवर्स के दरवाजे पर दस्तक दे रहे हैं। मैं यह देखने के लिए इंतजार नहीं कर सकता कि हम गहराई से खोज करते हुए क्या पाते हैं।”
शोध पत्र का प्रीप्रिंट arXiv पर उपलब्ध है।
इस लेख की तथ्य-जांच रेबेका डायर द्वारा की गई थी और रेबेका डायर द्वारा संपादित की गई थी। हालाँकि हम अपनी प्रक्रिया पर गर्व करते हैं, हम केवल इंसान हैं। यदि आपको कोई गलती दिखे तो कृपया हमें बताएं।
