ഹിഗ്സ് ബോസോണുകളും ലാർജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡറും

 ലൂക്ക മാസികയ്ക്കായി എഴുതുന്ന കോസ്മോളജി, കണികാഭൗതികം ഇവയെപ്പറ്റിയുള്ള ലേഖനസീരീസിലെ രണ്ടാമത്തെ ലേഖനം. ആദ്യ ഭാഗം ഇവിടെ വായിക്കാം.

മഹാവിസ്ഫോടനത്തിനു പിന്നാലെ ലളിതമൂലകങ്ങളായ ഹൈഡ്രജനും ഹീലിയവും മാത്രമേ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിരുന്നുള്ളൂ. എന്നാൽ സൂര്യനെപ്പോലുള്ള മൂന്നാം തലമുറ നക്ഷത്രങ്ങളിലേക്കെത്തുമ്പോൾ ഹീലിയത്തേക്കാൾ പിണ്ഡമുള്ള പല മൂലകങ്ങളും അവയുടെ ഉൾക്കാമ്പിലുണ്ടെന്നു കാണാം (ഒരു നക്ഷത്രത്തിന്റെ സ്വഭാവം തിരിച്ചറിയാൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപി എന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയാണു ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഓരോ നക്ഷത്രത്തിന്റെയും കൈരേഖയാണ് ഇതെന്നു പറയാം. നക്ഷത്രത്തിൽ നിന്നും വരുന്ന പ്രകാശത്തെ അതിന്റെ ഘടകവർണ്ണങ്ങളുടെ രാജിയായി മാറ്റുന്നു. നക്ഷത്രത്തിനുള്ളിലുള്ള മൂലകം ആഗിരണം ചെയ്തത പ്രകാശത്തിന്റെ ബാക്കിപത്രമായ വർണ്ണരാജിയാകും ഇതു്. ഇതിനെ ഭൂമിയിലുള്ള മൂലകങ്ങളുടെ വർണ്ണരാജിയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തി നക്ഷത്രത്തിനുള്ളിലെ മൂലകങ്ങളേയും അവയുടെ ഏകദേശ അളവിനേയും പറ്റി മനസ്സിലാക്കാം) സൂര്യനടക്കം വരുന്ന ‘പോപുലേഷൻ വൺ’ നക്ഷത്രങ്ങൾ സൂപർനോവകളുടെ പൊട്ടിത്തെറി മൂലമുണ്ടായ പുതിയ മൂലകങ്ങളാൽ മലിനമാണെന്നു പറയേണ്ടി വരും. ഇത്തരം നക്ഷത്രങ്ങൾ കൂടുതലും താരസമൂഹങ്ങളുടെ സർപ്പിളകരങ്ങളിലാവും കാണുക. അവയ്ക്കും മുൻപു ഉണ്ടായ ‘പോപുലേഷൻ ടു’ നക്ഷത്രങ്ങളിൽ താരതമ്യേന ലോഹങ്ങൾ മൂലമുള്ള മലിനപ്പെടലിന്റെ അളവു കുറവായിരിക്കും. ഇവ കാണപ്പെടുക, താരാസമൂഹകേന്ദ്രത്തിനോടടുത്തും അവിടെയുള്ള ഗോളീയ വ്യൂഹങ്ങളിലുമാവും (Globular cluster). പ്രപഞ്ചോത്ഭവത്തോടൊപ്പം ഉണ്ടായതെന്നു കരുതപ്പെടുന്ന ‘പോപുലേഷൻ ത്രീ’ താരങ്ങളിൽ ഹൈഡ്രജനും ഹീലിയവുമല്ലാതെ മറ്റ് ലോഹസാന്നിദ്ധ്യം ഒന്നും തന്നെ കാണില്ല. എന്നാൽ ഇത്തരത്തിലുള്ള നക്ഷത്രങ്ങളൊന്നും തന്നെ ഇതേവരെ കണ്ടെത്താനായിട്ടില്ല. (അടുത്തിടെ വിക്ഷേപിക്കാനിരിക്കുന്ന ജെയിംസ് വെബ് സ്പേസ് ടെലസ്കോപിന്റെ ഒരു പ്രധാന കർത്തവ്യം ഇത്തരം പോപുലേഷൻ ത്രീ നക്ഷത്രസമൂഹങ്ങളെ കണ്ടെത്തുക എന്നതു കൂടിയാണു്.) ചുരുക്കത്തിൽ നക്ഷത്രത്തിലെ ലോഹാംശത്തിന്റെ അളവ് അവയുടെ പ്രായത്തിലുള്ള ഇളപ്പത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

മഹാവിസ്ഫോടനവും പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ വികാസവും | കടപ്പാട്- വിക്കിമീഡിയ കോമണ്‍സ്

മഹാവിസ്ഫോടനത്തിനു ശേഷം

മഹാവിസ്ഫോടനം നടന്ന് 10^-32 സെക്കന്റിനുള്ളിൽ പ്രപഞ്ചം ദ്രുതഗതിയിൽ 10²⁶ ഇരട്ടിയായി വളർന്നു (Cosmic inflation). താപനില 10²⁷ നിന്നും 10²² കെൽവിനിലേക്ക് താഴ്ന്നു. പിന്നാലെ മൗലികബലങ്ങൾ (10^-12 – 10^-6 സെക്കന്റിൽ) പ്രത്യക്ഷമായി. ക്വാർക്കുകളും, അവ കൂടിച്ചേർന്നു ഹാഡ്രോണുകളും ഉണ്ടായി. ന്യൂട്രിനോകൾ ബേറിയോണുകളുമായുള്ള പരസ്പരപ്രവർത്തനം അവസാനിപ്പിച്ച് (Neutrino decoupling) പ്രപഞ്ചത്തിലൂടെ സ്വതന്ത്രമായി സഞ്ചരിക്കാൻ തുടങ്ങി. ഇതിന്റെ ഫലമായി കോസ്മിക് ന്യൂട്രിനോ ബാക്ഗ്രൗണ്ടുകൾ ഉണ്ടായി. (ശതകോടിക്കണക്കിനു ന്യൂട്രിനോകൾ ഓരോ സെക്കന്റിലും നമ്മുടെ ശരീരത്തിലൂടെ കടന്നു പോകുന്നുണ്ടു്. സൂര്യനാണ് ഇതിന്റെ പ്രധാന സ്രോതസ്സ്. എന്നാൽ ന്യൂട്രിനോകൾ ദ്രവ്യങ്ങളുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കാറില്ലാത്തതിനാൽ ഇതു നാം അറിയാറില്ലെന്നു മാത്രം). ഇതെല്ലാം മഹാവിസ്ഫോടനം കഴിഞ്ഞ് ഏതാണ്ട് ഒരു സെക്കന്റിനുള്ളിൽ സംഭവിച്ചതാണു്. സമയം ഏതാണ്ട് പത്തു സെക്കന്റ് മുതൽ ആയിരം സെക്കന്റ് വരെയാകുന്ന കാലത്താണു പ്രോട്ടോണും ന്യൂട്രോണും ചേർന്ന് ആദ്യത്തെ ന്യൂക്ലിയസ് രൂപപ്പെടുന്നത്.

കഴിഞ്ഞ ലേഖനത്തിൽ 1370 കോടി പ്രകാശവർഷത്തിനപ്പുറത്തേക്കു നോക്കുമ്പോൾ ഒന്നും നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയുന്നില്ല എന്നു പറഞ്ഞിരുന്നല്ലോ. പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ജീവിതകാലയളവിലെ ഒരു ഇരുണ്ട കാലഘട്ടം (Dark Ages) മൂലമാണിത്. മഹാവിസ്ഫോടനത്തിനു ശേഷം ഏതാണ്ട് 3,77,000 കൊല്ലത്തിനു ശേഷം പ്രധാനപ്പെട്ട രണ്ടു സംഭവങ്ങളാണു നടന്നത്. ഒന്ന്, മുൻപു പ്ലാസ്മാസ്വഭാവത്തിലുണ്ടായിരുന്ന അയോണുകൾ ചേർന്നു ഉദാസീനമായ ആറ്റങ്ങളുണ്ടായത്. (Recombination) രണ്ട്, ഇതിന്റെ ഫലമായി അവ സ്ഥിരതയുള്ള ഒരു ഊർജ്ജനിലപ്രാപിച്ചതിന്റെ ഫലമായി ഫോട്ടോണുകൾ ഉത്സർജ്ജിക്കപ്പെട്ടത്. (Photon decoupling). ഈ നിലയിൽ നിന്നും കുറേ ദശകോടി വർഷങ്ങളെപ്പറ്റി നമുക്ക് അധികം വിവരങ്ങളില്ല. ശ്യാമദ്രവ്യം ആധിപത്യം പൂലർത്തിയിരുന്ന ഈ കാലയളവാണു ഇരുണ്ട കാലഘട്ടം.

പതിയെ, ശ്യാമദ്രവ്യം അതിന്റെ തന്നെ ഗുരുത്വാകർഷണവലയത്തിൽപ്പെട്ട് ചുരുങ്ങി ചില ദീപ്തവലയങ്ങളായി രൂപപ്പെടാൻ തുടങ്ങി. സാദാ ദ്രവ്യത്തെ ഇതിലേക്ക് ആകർഷിക്കുകയും, അവ കൂടിച്ചേർന്ന് ആദ്യകാല നക്ഷത്രങ്ങളും താരസമൂഹങ്ങളും ഉണ്ടാകുകയും, ഇവയിൽ നിന്നും ആവശ്യത്തിനു ഊർജ്ജത്തോടുകൂടിയ പ്രകാശം ഉത്സർജ്ജിക്കാനും തുടങ്ങി. ഈ പ്രതിഭാസങ്ങൾക്കു ശേഷമാണു പ്രപഞ്ചം ഇന്നത്തെ നിലയ്ക്കുള്ള സുതാര്യത കൈവരിക്കുന്നത്. വൈദ്യുതകാന്തികതരംഗങ്ങളുടെ സഹായം ലഭിക്കാത്ത ഇരുണ്ട കാലയളവിനെയും അതിനുപ്പുറമുള്ള കാര്യങ്ങളെപ്പറ്റിയും പഠിക്കാനുള്ള മാർഗ്ഗം മഹാവിസ്ഫോടനത്തിനു സമാനമായ സാഹചര്യങ്ങൾ ഒരു നിരീക്ഷണയോഗ്യമായ ഇടത്തു പുനർസൃഷ്ടിക്കുക എന്നതാണു്. (ഒരു കമ്പ്യൂട്ടറിൽ സമാനസാഹചര്യം സിമുലേറ്റ് ചെയ്ത് ഇതേപ്പറ്റി പഠിക്കാമെങ്കിലും അതിനു പല പരാധീനതകളും ഉണ്ടു്) ഇതിനായുപയോഗിക്കുന്ന ഉപകരണമാണു കണികാത്വരിണി (Particle Accelerator) തേനിയിലെ ന്യൂട്രിനോ ഗവേഷണകേന്ദ്രവുമായും യൂറോപ്പിലെ ലാർജ്ജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡറുമായും മറ്റും ബന്ധപ്പെട്ടിട്ട് ഈ വാക്ക് കേട്ടിട്ടുണ്ടാകും. (ഓർക്കുക, ഗുരുത്വാകർഷണതരംഗങ്ങളുടെ സാന്നിദ്ധ്യം കണ്ടെത്തിയ LIGO ഒരു കണികാത്വരണി അല്ല. പ്രകാശത്തിന്റെ വ്യതികരണം/Interference അടിസ്ഥാനമാക്കി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു ഇന്റർഫെറോമീറ്റർ ആണ്)

വാസ്തവത്തിൽ പഴയ കാഥോഡ് റേ ട്യൂബ് അടിസ്ഥാനമാക്കിയ ടെലവിഷൻ സെറ്റുകൾ ചെറിയ ഒരു കണികാത്വരണി ആണ്. ഇലക്ട്രോൺ ഗണ്ണുകൾ പുറത്തുവിടുന്ന കണങ്ങളെ ഒരു കാന്തികമണ്ഡലത്തിന്റെ സഹായത്തോടെ ഫ്ലൂറസെന്റ് പ്രതലത്തിലുള്ള അവശ്യമായ ബിന്ദുവിൽ പതിപ്പിച്ച് ചിത്രം നിർമ്മിക്കുകയാണിവിടെ ചെയ്യുന്നത്. ആശുപത്രികളിലുപയോഗിക്കുന്ന റേഡിയേഷൻ തെറാപ്പി മെഷീനും ഒരു ഒരു തരം കണികാത്വരിണിയാണ്. പരീക്ഷണകേന്ദ്രത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഇതിന്റെയൊക്കെ പലമടങ്ങ് വലിപ്പവും ശക്തിയുമുള്ളതാണെന്നു മാത്രം. (അതുകൊണ്ടു കണികാത്വരിണിയിലെല്ലാം റേഡിയേഷൻ തരംഗങ്ങൾ  ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നുണ്ടെന്നു കരുതരുതേ!)

ഹിഗ്സ് ബോസോൺ

പ്രപഞ്ചം എങ്ങനെ രൂപപ്പെട്ടുവെന്ന് വിശദമാക്കുന്ന ‘സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ’ പ്രകാരം മൗലികകണങ്ങളെ രണ്ടായി തിരിക്കാം – ഫെർമിയോണുകളെന്നും ബോസോണുകളെന്നും. ഭ്രമണം പൂർണ്ണസംഖ്യയായി (Integer spin) വരുന്നവയാണു ബോസോണുകൾ, അർദ്ധപൂർണ്ണസംഖ്യയുള്ളവ (Half Integer spin) ഫെർമിയോണുകളും. ഫെർമിയോണുകൾ രണ്ടു തരം – ലെപ്റ്റോണുകളും ക്വാർക്കുകളും. ഓരോന്നിലും ആറു വീതം അംഗങ്ങൾ. ബോസോണുകളിൽ ഗേജ് ബോസോണുകൾ, സ്കേലാർ ബോസോണുകൾ എന്നിങ്ങനെയാണു വിഭാഗങ്ങളുള്ളതു്. ഗ്ലുവോൺ, ഫോട്ടോൺ, Z-ബോസോൺ, W-ബോസോണുകൾ എന്നിവ ഗേജ് ബോസോണുകളിലും, ഹിഗ്സ് ബോസോൺ സ്കേലാർ ബോസോണുകളിലും പെടുന്നു. (ചിത്രം കാണുക)

Standard Model of Elementary Particles

ബോസോണുകളിൽ ഏറ്റവും ഇത്തിരിക്കുഞ്ഞന്മാരായ ഹിഗ്‌സ് ബോസോണാണ് പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ മൗലികകണങ്ങൾക്കും പിണ്ഡം നൽകുന്നത്. ഇതിന്റെ സ്പിൻ പൂജ്യമാണ്. വൈദ്യുതചാർജ്ജോ കളർചാർജ്ജോ ഇല്ല. (കളർചാർജ് ഗ്ലുവോൺ വിനിമയവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഒരു സവിശേഷതയാണ്. നിറവുമായി ബന്ധമില്ല) ചാർജ്ജുള്ള വസ്തുക്കളോ ദ്രവ്യങ്ങളോ ആയി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കാത്തതിനാലാണ് ഇതിനെ കണ്ടെത്താൻ പ്രയാസമാകുന്നതു്. 1.56×10^-22 മാത്രമാണ് ആയുഷ്കാലം എന്നതിനാൽ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടാലും ഉടൻതന്നെ മറ്റ് അടിസ്ഥാനകണങ്ങളായി അപക്ഷയം സംഭവിക്കും. ഇതുകൊണ്ടൊക്കെത്തന്നെ പീറ്റർ ഹിഗ്സ് ഇവയെപ്പറ്റി വിശദീകരിച്ചെങ്കിലും വളരെക്കാലും കണ്ടെത്താനാവാതെ, ഹിഗ്സ് ബോസോണുകളുടെ നിലനിൽപ്പ് കണികാഭൗതികത്തിലെ ഒരു കുഴയ്ക്കുന്ന ചോദ്യമായി നിലനിന്നിരുന്നു. ദശാബ്ദങ്ങളായി ശാസ്ത്രലോകം നിരീക്ഷണത്തിലായിരുന്നെങ്കിലും ഈയടുത്തു മാത്രമാണ് ലാർജ്ജ് ഹാഡ്രോൻ കൊളൈഡർ വഴി ഹിഗ്സ് ബോസോണുകളുടെ സാന്നിദ്ധ്യം സ്ഥിരീകരിക്കപ്പെട്ടത്. ദൈവകണം എന്നും ഇവ അറിയപ്പെടാറുണ്ട്. (ലിയോൺ ലെഡർമാന്റെ ഇതേപേരിലെ പുസ്തകത്തിൽ നിന്നും ലഭിച്ച പേര്‌. വാസ്തവത്തിൽ വർഷങ്ങൾ നീണ്ട ഗവേഷണങ്ങൾക്കും അവയെ കണ്ടെത്താൻ കഴിയാത്തതിന്റെ നിരാശ പ്രകടിപ്പിക്കാൻ ‘Goddamn Particle’ എന്നായിരുന്നു പുസ്തകത്തിനു പേരിടാനുദ്ദേശിച്ചിരുന്നതു്‌. എന്നാൽ പ്രസാധകൻ അതു തിരുത്തി God Particle എന്നാക്കുകയായിരുന്നു. ഈ പേര് മാദ്ധ്യമങ്ങൾ കൊണ്ടാടുകയും ചെയ്തു)

അടിസ്ഥാനബലങ്ങളിലൊന്നായ ദുർബല അണുകേന്ദ്രബലത്തിനെയും ആണവവികിരണത്തേയും നിർവചിക്കാനും ഹിഗ്സ് കണിയയ്ക്കാകും. (ഗുരുത്വം, വൈദ്യുതകാന്തികബലം, ശക്ത ന്യൂക്ലിയാർ പ്രവർത്തനം എന്നിവയാണു മറ്റു മൂന്നു അടിസ്ഥാനബലങ്ങൾ) അനുഭവപ്പെടുന്ന പരിധിയുടെ കാര്യമൊഴിച്ചാൽ വൈദ്യുതകാന്തികതയും (അനന്തമായ പരിധി) ദുർബല അണുകേന്ദ്രബലവും തമ്മിൽ (10^-18 മീറ്റർ പരിധി) ഏതാണ്ട് സമാനതയുണ്ട്. ഇവയ്ക്കിടയിലുള്ള ഈ വ്യത്യാസത്തിനു കാരണമായി പറയുന്നത് Spontaneous Symmetry Breaking എന്ന പ്രതിഭാസത്തേയാണു്.

മഹാവിസ്ഫോടനത്തിനു ശേഷം പ്രപഞ്ചം തണുത്തപ്പോൾ കണങ്ങളെല്ലാം വളരെപ്പെട്ടെന്ന് പലയിടങ്ങളിലായി നിരത്തപ്പെട്ടു. ഹിഗ്സ് ബോസോണുകളും തണുത്തുറഞ്ഞ് ശൂന്യഇടങ്ങളിൽ അകപെട്ടു. ഇങ്ങനെ പ്രതിസമതയുള്ളൊരു അവസ്ഥയിൽ (എല്ലായിടത്തും ഒരേ നിലയിൽ കാണാം, സ്ഥാനം മാറാം) നിന്നും മാറി ഇതില്ലാത്ത ഒരു അവസ്ഥയിലായി. ഇതാണ് Spontaneous Symmetry Breaking. ഹിഗസ് കണികകൾ അടുക്കപ്പെട്ടത് വളരെ നിബിഡമായ രീതിയിലായതിനാൽ ദുർബല അണുകേന്ദ്രബലത്തിന്റെ വാഹകരായ W, Z ബോസോണുകൾക്ക് ഇവയ്ക്കിടയിൽക്കൂടി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്നില്ല. ആയതിനാൽ ബലത്തിന്റെ പരിധി അണുകേന്ദ്രത്തിനുള്ളിലെ ചെറിയോരിടത്തേക്കു ചുരുക്കപ്പെട്ടു. ഈ കെട്ടുപാടിൽ നിന്നും ഹിഗ്സ് ബോസോണിനെ വിമോചിപ്പിച്ച് പഠനവിധേയമാക്കണമെങ്കിൽ ഒരു ഉത്തേജനത്തിന്റെ ആവശ്യമുണ്ട്‌. പാറയിൽ കൂടം കൊണ്ടിടിച്ച് തീപ്പൊരി ചിതറിക്കുന്നതുപോലെ. അതിനുള്ള മാർഗ്ഗമാണ് കണികാത്വരിണിയിലെ പ്രോട്ടോണുകളുടെ കൂട്ടിയിടി.

ലാർജ്ജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡർ

ഇതുവരെയുണ്ടാക്കപ്പെട്ടതിൽ ഏറ്റവും വലിയ പരീക്ഷണസംവിധാനം എന്ന നിലയിൽ പ്രസിദ്ധമാണ് യൂറോപ്യൻ കൗൺസിൽ ഫോർ ന്യൂക്ലിയാർ റിസർച്ച് (CERN) നിർമ്മിച്ച ലാർജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡർ. നൂറിലധികം രാഷ്ട്രങ്ങളിലെ പതിനായിരത്തിലധികം ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാരുടെ സംയുക്തസഹരണത്തോടെ നിർമ്മിച്ച ഈ പരീക്ഷണം, ഫ്രാൻസ് – സ്വിറ്റ്സർലന്റ് അതിർത്തിയിൽ 175 മീറ്റർ ഭൂമിക്കടിയിലായി 27 കിലോമീറ്റർ ചുറ്റളവിൽ പരന്നു കിടക്കുന്നു.

LHC

സമാന്തരമായ രണ്ടു കുഴലുകളിലൂടെ വിപരീതദിശകളിൽ ത്വരണം നൽകിയ രണ്ടു പ്രോട്ടോണുകളെ തമ്മിൽ കൂട്ടിയിടിപ്പിക്കുകയാണ് ചെയ്യുക. കൂട്ടിമുട്ടുമ്പോൾ പ്രോട്ടോണുകളുടെ പ്രവേഗം ഏതാണ്ട് പ്രകാശവേഗതയ്ക്ക് തുല്യമായിരിക്കും. (പ്രകാശവേഗത്തിന്റെ 99.999999%) ശൂന്യതയിൽ നിലനിർത്തിയിരിക്കുന്ന രണ്ടു കുഴലുകളിലൂടെയുമുള്ള കണികകളെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത് കാന്തികമണ്ഡലമുപയോഗിച്ചായിരിക്കും. ഇതിനായി വളരെ ശക്തിമത്തായ കാന്തികമണ്ഡലം ഒരുക്കണം എന്നതിനാൽ അതിചാലകതയുടെ (Super Conductivity) സഹായം ആവശ്യമാണ്. മർദ്ദം പ്രയോഗിച്ച് ദ്രവരൂപത്തിലാക്കിയ 96 ടണ്ണോളം ഹീലിയത്തെ ആവരണമാക്കി നൽകിയാണു പൂജ്യത്തിനും താഴെ ‑271.3°C എന്ന വളരെക്കുറഞ്ഞ താപനില സാധ്യമാക്കുന്നത്. 1200ലധികം ഡൈപോളുകളും നാണൂറോളം ക്വാഡ്രപോൾ കാന്തങ്ങളും ഉപയോഗിച്ചാണ് കണികകളെ കൃത്യമായി ഫോക്കസ് ചെയ്ത് കൂട്ടിയിടി ഉറപ്പുവരുത്തുന്നത്.

പ്രോട്ടോൺ, LHC-യിൽ പ്രവേശിക്കും മുൻപു നാലു പ്രീ ആക്സിലറേറ്ററിലൂടെ കടന്നു പോകും (വാസ്തവത്തിൽ ഇവ LHC-ക്കു മുൻപു ഉപയോഗത്തിലുണ്ടായിരുന്ന കണികാത്വരണികളായിരുന്നു. കൂടുതൽ ശക്തിമത്തായ LHC വന്നപ്പോൾ ഇവ അതിന്റെ ഭാഗമായെന്നു മാത്രം. ഭാവിയിൽ Future Circular Collider എന്ന നിലവിലുള്ളതിലും കരുത്തുള്ള ത്വരണി – 100 കിലോമീറ്ററോളം ചുറ്റളവിൽ – നിർമ്മിക്കുമ്പോൾ LHC അതിന്റെ ഒരു ഭാഗമായിത്തീർന്നേക്കും.) ഈ ത്വരണികളിലൂടെ കണങ്ങൾക്ക് യഥാക്രമം 50 MeV, 1.4 GeV, 25 GeV, 450 GeV എന്നീ നിലയിൽ ത്വരണം നൽകപ്പെടും. ലാർജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡറിൽ ഇതുവരെ രേഖപ്പെടുത്തിയ പരമാവധി ത്വരണം 13 TeV ആണു്. ശേഷം ഇത്തരത്തിലുള്ള കണികകൾ കണികാ ഡിക്റ്ററ്ററുള്ള (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb – ഇങ്ങനെ നാലെണ്ണം) പ്രത്യേകം സ്ഥാനങ്ങളിലായി കൂട്ടിയിടിപ്പിക്കുന്നു. ഈ നാലിടത്തും രണ്ടു സമാന്തര കുഴലുകളും തമ്മിൽ ബന്ധിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഈ കൂട്ടിയിടിയിൽ കണങ്ങൾ പിളർന്ന് അവയിലെ ക്വാർക്കുകളും ഗ്ലുവോണുകളും പുറത്തെത്തപ്പെടുന്നു. പുറത്തെത്തിയ ഇവ സ്പേസിലുള്ള കൂടുതൽ ക്വാർക്കുകളും ഗ്ലുവോണുകളുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുകയും തത്ഫലമായി ഹാഡ്രോണുകളുടെ ഒരു ധാര തന്നെയുണ്ടാകുന്നു. ഇവയെ കൃത്യമായി പഠനവിധേയമാക്കിയാൽ പ്രപഞ്ചോത്പത്തിയെപ്പറ്റി കൂടുതൽ ധാരണയുണ്ടാക്കുകയും സ്റ്റാൻഡേഡ് മോഡലിനെ സംബന്ധിച്ച ആശയങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടുത്താനും സാധ്യമാകുന്നു.

LHC-യിലെ ഓരോ ഡിക്റ്ററ്ററുകളിലേയും ലക്ഷക്കണക്കിനു സെൻസറുകളിലോരോന്നും സെക്കന്റു തോറും, ലക്ഷക്കണക്കിനു വിവരകണികകൾ നിർമ്മിക്കുന്നു. നിത്യേന 35 ടെറാബൈറ്റ് എന്ന നിരക്കിൽ വർഷാവർഷം പെറ്റാബൈറ്റ് (ഒരു കോടി ജിഗാബൈറ്റ്) കണക്കിനുണ്ടാകുന്ന ഈ ബിഗ്ഡാറ്റയെ നാൽപതോളം രാജ്യങ്ങളിലായി വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്ന കമ്പ്യൂട്ടിങ്ങ് കേന്ദ്രങ്ങളിലാണു വിശകലനം ചെയ്യുന്നത്. ഇത്രയധികം വിവരങ്ങളുടെ ഒഴുക്ക് നിലവിലുള്ള ഇന്റർനെറ്റ് ശൃംഖലയ്ക്കു മാത്രമായി കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല എന്നതുകൊണ്ട് പ്രത്യേകമായൊരു കമ്പ്യൂട്ടിങ് ഗ്രിഡ് നിർമ്മിക്കുകയുണ്ടായി.

പരീക്ഷണത്തിന്റെ‌സങ്കീർണ്ണത, കൈകാര്യം ചെയ്യുന്ന വിഷയം, അതിനു നിലവിലുള്ള നിഗൂഢത ഇവയൊക്കെക്കൊണ്ടുതന്നെയാണു ലാർജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡറിൽ നിന്നുള്ള ചെറിയ വാർത്തകൾ പോലും പ്രധാനമാകുന്നത്. കഴിഞ്ഞ ദിവസങ്ങളിൽ (2018 ജൂൺ) HiLumi എന്നൊരു പുതുക്കൽ പദ്ധതി LHC-യിൽ ആരംഭിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഇതിലൂടെ 2026 ഓടു കൂടി കൊളൈഡറിന്റെ ശേഷി പത്തിരട്ടിയോളം വർദ്ധിക്കുമെന്ന് കണക്കാക്കുന്നു. അതിനു ശേഷം തിരികെയെത്തുന്ന High-Luminosity LHC-ക്ക് പ്രപഞ്ചോപത്തിയും കണികാഭൗതികവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട കൂടുതൽ സമസ്യകളുടെ ചുരുളഴിക്കാൻ കഴിഞ്ഞേക്കാമെന്ന് നമുക്ക് ആശിക്കാം.

പിൻകുറിപ്പ്:

കൊളൈഡറിനു എന്തുകൊണ്ട് ഇത്രവലിപ്പം വന്നുവെന്നു ചിന്തിക്കുന്നവർക്ക്.

‘q’ ചാർജ്ജുള്ള ഒരു കണം ‘v’ പ്രവേഗത്തിൽ ‘B’ എന്ന കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൽകൂടി സഞ്ചരിച്ചാൽ അതിലനുഭവപ്പെടുന്ന ലോറൻസ് ബലം,
F = qvB

ഇതു ‘r’ ആരമുള്ള ഒരു വൃത്തത്തിലാണു സഞ്ചരിക്കപ്പെടുന്നതെങ്കിൽ,
അപകേന്ദ്രബലം‌, F = mv²/r

സൈക്ലോട്രോണിൽ രണ്ടു ബലങ്ങളും തുല്യമാകുമെന്നതിനാൽ
qvB = mv²/r
r = mv/qB

പ്രവേഗം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് വൃത്തത്തിന്റെ ആരവും വലുതാകുന്നു.‌ m, q എന്നത് അചരങ്ങളായതിനാൽ കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ ശക്തി‌കൂട്ടുക മാത്രമാകും പോംവഴി.

Advertisements