இன்று உலகில் இருக்கும் மிக சக்திவாய்ந்த துகள்முடுக்கி (particle accelerator) இந்த பெரிய ஹார்டன் மோதுவி (large hadron collider) எனப்படும் LHC. ஜெனிவாவில் நிலத்திற்கு கீழாக 27 km வட்டப்பாதையில் அமைந்துள்ள இந்த பாரிய அறிவியல்ப் பரிசோதனைச் சாதனம். CERN என்ற ஐரோப்பிய அணுவாராய்ச்சிக் கழகத்தினால் பலவருடங்களாக நிர்மாணிக்கப்பட்டு, 2008 இல் முதன் முதலில் இயங்கத்தொடங்கியது.
நூறு நாடுகளைச் சேர்ந்த 10000 விஞ்ஞானிகள் மற்றும் பொறியியலாளர்கள் சேர்ந்து இதனை நிர்மானத்தனர் என்றால், LHC எவ்வளவு சிக்கலான கருவி என்பதனை வேறு வார்த்தைகளில் சொல்லி விளக்கவேண்டியதில்லை.
இதன் சக்தியென்ன, பயன் என்ன என்று எல்லாம் பார்க்க முதல், துகள்முடுக்கி என்றால் என்ன? எவ்வாறு அது வேலைசெய்கிறது என்று எல்லாம் பார்த்துவிடுவோம், அப்போதுதான் மேலதிக சொற்களை பயன்படுத்தும் போது உங்களுக்கு குழப்பம் வராமல் இருக்கும். இலத்திரன்வோல்ட் (electronvolt) என்றால் என்னவென்று உங்களுக்கு தெரியுமா? இது சாதாரண வோல்ட் (volt) அல்ல, வேறொரு சமாச்சாரம். கவலைவேண்டாம், எல்லாவற்றையும் பற்றி அறிந்துகொள்ளலாம்.
சரி முதலில்,
துகள்முடுக்கி என்றால் என்ன?
முதலில் அணுவைப் பற்றி பார்த்துவிடலாம், ஏனென்ன்றால் இங்கு நாம் துகள்கள் என்று கூறுவது, அணுத்துகள்களைத்தான். உங்களுக்கு அணு (atom) என்றால் என்னவென்று தெரிந்திருக்கும். (அப்படி இல்லை என்றால், முதலில் அதைப் பற்றி தெரிந்துகொள்ளுங்கள், இல்லையெனில் இந்தக் கட்டுரையை மேற்கொண்டு வாசிப்பது உங்களுக்கு அவ்வளவு உதவாது.)
பொதுவாக எமக்கு தெரிந்த விடயம், அணுக்கள் என்பவை தான் இந்தப் பிரபஞ்சத்தின் அடிப்படைக்கட்டுமான வஸ்து. நான், நீங்கள், உங்கள் டீ கப், பக்கத்துவீட்டு ஜிம்மி எல்லாமே அணுக்களால் தான் ஆக்கப்பட்டுள்ளது. உயிருள்ளவை கலங்களால் ஆக்கப்பட்டுள்ளன, கலங்களே அணுக்களால் தான் ஆக்கப்பட்டுள்ளன, இதெல்லாம் தெரிந்தவிடயம், இலகுவாக புரிந்துகொள்ளக்கூடிய விடயமும் கூட.
பல நூறு ஆண்டுகளாக அணுக்கள் என்ற கோட்பாடு அறிவியலாளர்கள் மத்தியில் இருந்தாலும், அது உண்மையில் இருகின்றதா என்று ஆய்வு ரீதியில் அல்லது சமன்பாட்டு வடிவில் கொண்டுவர அறிவியலாளர்களால் முடியவில்லை. உங்களுக்குத் தெரியுமா, ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டின் தான் முதன் முதலில், பிரவுனியன் அசைவுக்கு காரணம் அணுக்களே என்று நிருபித்து, அணுக்கள் உண்மையான வஸ்து என்பதனையும் உலகுக்கு வெளிச்சம் போட்டுக்காட்டிய மகான்!
விசயத்துக்கு வருவோம், அணுக்கள் இருப்பது சென்ற நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில் தான் பரிசோதனைகள் மூலமாக நிருபிக்கப்பட்டது. அதன்பின் சில பல ஆண்டுகளிலேயே அணுஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு உண்மையை விளங்கிக்கொண்டனர். அதாவது, அணு என்பது மிக மிக அடிப்படையாக கட்டமைப்பு அல்ல, அதுவே, அதைவிட சிறிய பல துணிக்கைகளின் ஒரு தொகுப்பு!
ஒரு அணுவைப் பொறுத்தவரை, இரண்டு மிக முக்கிய பகுதிகள் அதற்கு உண்டு. ஒன்று அணுவின் மையத்தில் இருக்கும் அணுக்கரு, அடுத்தது அதனைச் சுற்றிவரும் இலத்திரன் கூட்டம். ஒரு அணுவின் திணிவில் 99.9%, அணுவின் கருவிலேயே இருகின்றது. இந்த அணுக்கருவும், இரண்டு வேறுபட்ட துணிக்கைகளால் ஆக்கப்பட்டுள்ளது, அவையாவன ப்ரோட்டான், நியூட்ரான். ஆக மொத்தமாக ஒரு அணுவில் மூன்று விதமான துணிக்கைகள் இருப்பது தெரியவந்தது.
ஆனாலும் கதை இதோடு நின்றுவிடவில்லை. இலத்திரன், ப்ரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரான் ஆகிய துணிக்கைகள் கண்டறியப்பட்ட சில வருடங்களிலேயே, அணுத்துணிக்கைகள் பற்றி கோட்பாட்டை அறிவியலாளர்கள் உருவாக்கினர் – அதுதான் சீர்மரபு ஒப்புருக் கோட்பாடு (standard model). இந்தக் கோட்பாட்டின் படி, நாம் மேலே பார்த்த மூன்று அணுத்துணிக்கைகளையும்விட இன்னும் சில துணிக்கைகளும் இருக்கவேண்டும் என இந்தக் கோட்பாடு வலியுறுத்தியது. ஆக அவற்றைக் கண்டுபிடிக்கவேண்டும். எப்படி? அங்குதான் வருகிறார் எமது துகள்முடுக்கி ஜாம்பவான்!
யாரங்கே.. தூக்கி எறி, சிதறட்டும்!
முதலில் ஒரு சிறிய விளக்கம், அதாவது இந்த துகள்முடுக்கிகள் எப்படி தொழிற்படுகின்றன என்று அறிய. உங்களிடம் ஒரு லேப்டாப் இருக்கிறது என்று வைத்துக்கொள்வோம், அதனினுள் இருக்கும் பாகங்களை எப்படி அறிந்துகொள்வது? உங்களிடம் திறப்பான் இருந்தால் அதைப் பயன்படுத்தி திறந்து பார்க்கலாம், ஆனால் அப்படி எதுவும் இல்லை என்றால்? மிக இலகுவான காரியம், வேகமாக உங்கள் லப்டொப்பை தரையில் வீசி எறிவதுதான், டண்டடான் என்று லாப்டோப்பினுள் இருந்த எல்லாமே சிதறிவிடும் இல்லையா? இப்போது அதனுள் என்ன என்ன இருந்தது என்று பார்க்கலாம் இல்லையா? இதைத்தான் இந்த பல பில்லியன் மதிப்புடைய துகள்முடுக்கிகள் செய்கின்றன.
அதாவது ப்ரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரான் ஆகியவை அடிப்படைத் துணிக்கைகள் அல்ல, அவற்றைவிட சிறிய துணிக்கைகளால் இவை ஆக்கப்பட்டுள்ளன என்ற கோட்பாட்டை வாய்ப்புப்பார்க்க இருக்கும் ஒரேவழி, இந்த ப்ரோட்டன்களை மிக வேகமாக முடுக்கிவிட்டு, அவற்றை ஒன்றோடு ஒன்று மொத விட வேண்டும், அப்படி அவை மிக வேகமாக மோதும் போது, இந்த ப்ரோட்டன்கள் சிதறும், அப்படி சிதறியவற்றைப் படம்பிடித்து அதனுள் என்ன இருக்கின்றன என்று ஆய்வாளர்களால் கண்டறியமுடியும்.
சக்தி, சக்தி, மேலும் சக்தி
எவளவு வேகமாக வாகனங்கள் எதிர் எதிர் திசையில் வருகிறதோ அவ்வளவு உக்கிரமாக மோதல் இருக்கும் இல்லையா? அதேபோலத்தான் இந்த துகள்முடுக்கிகளும், இவை ப்ரோட்டான் துகள்களை மிக மிக வேகமாக முடுக்குகின்றன, அதாவது ஒளியின் வேகத்தில் 99.99%, ஆனால் வேகம் மட்டும் இங்கு முக்கியமில்லை, குறித்த அணுத்துணிக்கைகள் கொண்டுள்ள சக்தியும் முக்கியம், எவ்வளவுக்கு எவ்வளவு சக்தியைக் கொண்டு இந்த துணிக்கைகள் மோதுகின்றனவோ, அவ்வளவுக்கு அவ்வளவு அந்தத் துணிக்கைகளுக்குள் இருக்கும் சிறிய வேறு பல துணிக்கைகள் வெளிவரும்.
தற்போது LHCயால் முடுக்கப்படும் ப்ரோட்டான் கற்றைகள் 6.5 TeV (tera electronvolt) அளவு உயர்மட்ட சக்தியைப் பெற்றுக்கொள்ளும். இலத்திரன்வோல்ட் (eV) என்றால் என்ன என்று பார்த்துவிடலாம்.
ஒரு சுயாதீன இலத்திரன் ஒன்று ஒரு வோல்ட் அளவுள்ள மின்னழுத்தவேறுபாட்டைக் கொண்ட மின்புலத்தினூடு முடுக்கப்படும் போது அந்த இலத்திரன் பெற்றுக்கொள்ளும் சக்தியின் அளவு ஒரு இலத்திரன்வோல்ட் (eV) எனப்படும்! 1 eV = 1.602 176 53×10−19 Jules
இலத்திரன்வோல்ட் என்பதால் இது இலதிரனுக்கு மட்டுமே சொந்தம் என எண்ணவேண்டாம், அணுஇயற்பியலில், சக்திக்கான அலகாக (measure of energy) இது பயன்படுகிறது, ஆகவே எல்லா அணுத்துணிக்கைகளின் சக்தியையும் இந்த இலத்திரன்வோல்ட் அலகைப்பயன்படுத்தி அளக்கின்றனர்.
TeV – Tera Electrovolt – இது ஒரு ட்ரில்லியன் இலத்திரன்வோல்ட் (1,000,000,000,000 eV) ஆகும்.
LHCயால் ஒரு ப்ரோட்டான் கற்றை 6.5TeV வரை சக்திகொண்டதாக முடுக்கமுடியும், ஆக இரண்டு எதிர் எதிர் திசையில் வரும் 6.5TeV கற்றைகள் மோதும்போது 13 TeV சக்தியோடு அங்கு மோதும். இது பிரபஞ்சப் பெருவெடிப்பு நடதுமுடிந்த செக்கன்களின் சில துளிகளில் பிரபஞ்சம் எப்படி சக்தி நிரம்பியதாக இருந்ததோ அப்படியான சூழலை LHCயால் இரண்டு கற்றைகளை மோதவிடும் சந்தர்ப்பத்தில் உருவாக்கமுடியும்.
இப்படியான காரணிகளால் தான், முழுமையாக விபரம் அறியாத சிலர், LHC எதோ உலகத்தையே அழித்துவிடும் என்று பயந்து மற்றவரையும் பயப்படவைக்கின்றனர். ஆனால் அது உண்மையா? ஏன் இல்லை என்று தொடர்ந்து பார்க்கலாம்.
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.
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.
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.
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.
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.
சென்ற பதிவில் LHC எப்படி படிப்படியாக ப்ரோட்டான் கற்றைகளை ஒளியின் வேகத்திற்கு அருகில் முடுக்கி அதை மோதவிட்டு, உணர்விகள் மூலம் அதனை அவதானிப்பதை பார்த்தோம். முதல்ப் பகுதிகளை வாசிக்காதவர்கள், பகுதி 1, பகுதி 2 ஐ வாசித்துவிட்டு தொடருங்கள்.
சென்ற பகுதியில் நாம் பார்த்த தொழிற்பாடுகளை LHC செய்வதற்கு, சில பல இயற்க்கைக்கு மாறான விடயங்களை இந்த LHC கொண்டிருக்கவேண்டிய தேவை ஏற்படுகிறது. அதாவது இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள் மிக வேகமாக முடுக்கப்படும் போது, அவை மிக மிக வேகமாக பயணிக்கின்றன. அவ்வேளையில் அவை வளியில் உள்ள வாயு மூலக்கூறுகளுடன் மோதக்கூடிய சந்தர்ப்பம் ஏற்படும், இதனால் மொத்த பரிசோதனையும் தோல்வியைத் தழுவும். ஆக இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள் முடுக்கப்படும் குழாய்களில் இருக்கும் காற்றை பூரணமாக உறுஞ்சி வெளியேற்றி ஒரு வெற்றிடத்தை அங்கு LHC பொறியியலாளர்கள் உருவாக்குகின்றனர்.
இதற்காக மட்டும் அங்கு வளியற்ற வெற்றிடத்தை அவர்கள் அங்கு உருவாக்கவில்லை. இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள், வட்ட வடிவ குழாய்களில் சுற்றிவருவதாக நாம் முன்னரே பார்த்தோம் இல்லையா? இதற்கு காரணம், வட்டப்பாதயாக அமைப்பதன்மூலம் மீண்டும் மீண்டும் கற்றைகளை சுற்றவிட்டு அவற்றின் வேகம்/சக்தியை அதிகரிக்கலாம். ஆனால் இங்கு இருக்கும் ஒரு சிக்கல், வட்டப்பாதையில் எப்படி ப்ரோட்டான் கற்றைகளை சுற்றவைப்பது? குழாய் வளையலாம், ஆனால் அதனினுள் செல்லும் ப்ரோட்டான் கற்றைகள் அந்தக் குழாயின் உள்ப்பக்க சுவற்றில் முட்டிவிடும் அல்லவா? இதற்காகத்தான் அதி சக்திவாய்ந்த காந்தப்புலத்தை LHC உருவாக்குகிறது.
LHC இன் 27km சுற்றளவு கொண்ட குழாயை 4TeV சக்திகொண்ட ப்ரோட்டான் கற்றைகள் ஒரு செக்கனில் 11,245 தடவைகள் சுற்றிவிடும்! இப்படி இவற்றின் பாதையை வட்ட வடிவில் பேன, LHC, 50 வகைகளுக்கும் மேலான காந்தங்களைப் பயன்படுத்துகிறது. ஆனால் இந்தக் காந்தங்கள் எல்லாமே மின்காந்தங்களே.
LHC இன் மத்திய காந்தப்புலவாக்கி (generator) 8.4 tesla அளவுகொண்ட காந்தப்புலத்தை உருவாக்குகிறது. இது பூமியின் காந்தப்புலத்தை விட 100,000 மடங்கு அதிகமான காந்தப்புலச் சக்தி. இந்த சக்தியை உருவாக்க, LHC 11,850 அம்பியர் (ampere) அளவு மின்சக்தியைப் பயன்படுத்துகிறது. இந்த அளவுக்கதிகமான மின்சக்தி, செல்லும் கம்பிகளில் இருக்கும் தடையால் குறைவடைந்து வீணாகாமல் இருக்க, மீகடத்திகளை (superconductors) பயன்படுத்துகின்றனர். இது, மின்சக்தியானது, சக்தியிழப்பு இல்லாமல் இந்தக் கம்பிகளில் பயணிக்க உதவுகிறது. ஆனால் மீகடத்திகள் அறைவெப்பநிலையில் (room temperature) சாத்தியமில்லையே!
இந்த திறன்மிக்க மின்காந்தங்கள் உருவாக, அதாவது மீகடத்திகளை உருவாக்க, LHC, இந்த மின்காந்தங்களை 1.9K வெப்பநிலைக்கு கொண்டுசெல்கிறது. 1.9K வெப்பநிலை என்பது, -271.3 பாகை செல்சியஸ். இது விண்வெளியின் வெப்பநிலையை (2.7 K அல்லது -270.5 பாகை செல்சியஸ்) விடக்குறைவு.
இப்படி 1.9K யாக வெப்பநிலையைக்குறைக்க, 120 டன் ஹீலியம் மற்றும் 40MW மின்சக்தி பயன்படுகிறது! நியோபியம்-டைடானியம் என்ற கலப்புலோகத்தால் (alloy) ஆன இந்த, மின்காந்த மின்கம்பிகள், இந்த குறைந்த வெப்பநிலையில் மீகடத்திகளாக தொழிற்படுவதால், அளவுக்கதிகமாக வெப்பமாதல் மற்றும் மின்சக்தி இழப்பு என்பன தவிர்க்கப்படுகிறது.
இப்படியான கடும் குளிர்ச்சி முறையை, படிப்படியாக LHC செய்கிறது. முதலில், ஹீலியத்தை 80K அளவு வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்க, 10,000 டன் திரவ நைதரசன் (liquid nitrogen) பயன்படுகிறது. பின்னர் விசையாழிகளை (turbines) பயன்படுத்தி மேலும் ஹீலியத்தின் வெப்பநிலை 4.5K (-268.7 பாகை செல்சியஸ்) வரை குறைக்கப்படுகிறது. அதன் பின்னர் இவை மின்காந்த அமைப்பினுள் செலுத்தப்பட்டு அங்கே விசேட குளிரூட்டி மூலம், 1.9K வரை ஹீலியத்தின் வெப்பநிலை குறைக்கப்படுகிறது.
முன்னரே LHCயில் வெற்றிடத்தை உருவாகுவதற்கு காரணம், ப்ரோட்டான் கற்றைகள் வளியில் உள்ள மூலக்கூறுகளுடன் மோதாமல் இருப்பதற்கு மட்டும் அல்ல என்று கூறினேன் அல்லவா, அடுத்த காரணம் இதுதான், அதாவது இப்படி மிக மிக குறைந்த வெப்பநிலையில் பேணப்படும் மின்காந்தங்கள், அவற்றைச் சுற்றியுள்ள அறைவெப்பநிலையில் இருக்கும் வளியுடன் தொடுகையுற்றால், அது இந்த மின்கந்தகளில் வெப்பநிலையை அதிகரிக்கச் செய்துவிடும், அதனால் இந்த மின்காந்தங்களுக்கும், வெளிப்பகுதிக்கும் இடையில் வெற்றிடத்தை உருவாக்கியுள்ளனர். இந்த வெற்றிடம், வெப்பக்காவுகையை (heat transfer) தடுக்கிறது.
இப்போது முழுமையாக LHC தொழிற்படும் விதத்தையும், அதற்கு அது எவ்வாறான கருவிகளையும், முறைகளையும் பயன்படுத்துகின்றது என்று பார்த்தோம், அடுத்தபதிவில், இந்த LHC என்னவிதமான பரிசோதனைகளை மேற்கொள்கின்றது என்றும், இது இயற்கையின் ரகசியங்களில் எவற்றையெல்லாம் வெளிச்சம் போட்டுக்காட்டியுள்ளது என்றும் பார்க்கலாம்.
இதற்கு முந்தய பகுதிகளில் LHC என்றால் என்ன? அது எப்படி தொழிற்படுகிறது மற்றும் அதன் பல்வேறு பட்ட பாகங்களை எப்படி 10000 அதிகமான இயற்பியலாளர்களும், பொறியியலாளர்களும் சேர்ந்து இயக்குகிறார்கள் என்று தெளிவாக பார்த்தோம். இந்தப் பகுதியில், LHCயின் நோக்கம் என்ன, அது இயற்கையின் முடிச்சுக்களில் எவற்றையெல்லாம் தீர்த்துள்ளது, இன்னமும் என்ன ரகசியங்களை இந்த LHCயால் அறியமுடியும் என்று பார்க்கலாம்.
முன்னைய பாகங்களை படிக்க…
14 பெப்ரவரி 2013, பொதுவாக எல்லோரும் “காதலர் தினத்தை” கொண்டாடிகொண்டிருக்கும் போது, இன்னும் சில அறிவியலில் ஆர்வமுள்ள ஜீவராசிகள், தங்களுக்குள் மிகப்பெரிய சோகத்தை அடக்கிக்கொண்டு எதிர்வரும் நாட்களை எண்ணத் தொடங்கினர். இவர்களது சோகத்திற்கு காரணம், அறிவியலில் கொண்ட காதல்தான்! பெப்ரவரி 14, 2013 காலை 7.24 க்கு LHC தனது ப்ரோட்டான் கற்றைகளை முடுக்குவதை முடிவுக்கு கொண்டுவந்தது.
LHC ஐ உருவாக்கும்போது, ஒவ்வொரு ப்ரோட்டான் கற்றைகளையும் 7 TeV சக்தி கொண்டளவு முடுக்கக்கூடியதாகத் தான் வடிவமைக்கப்பட்டது. ஆனால் சில பல தொழில்நுட்பகோளாறு காரணமாக, 2010 இல் இருந்து 2013 வரை, அதிகூடிய சக்தியாக LHC 4 TeV வரை மட்டுமே ப்ரோட்டான் கற்றைகளை முடுக்கி, 8 TeV சக்தியில் இரண்டு கற்றைகளை மோதவிட்டு தகவல்களைத் திரட்டியது.
இந்த சக்திமட்டதில் தொழிற்படும்போதே ஹிக்ஸ் போசோன் (Higgs Boson) எனப்படும் “கடவுள் துகளை” (மேலதிக தகவல் கீழே!) இது கண்டறிந்தது. ஆனாலும் இதனால் இன்னமும் அதிகசக்தியோடு வேலை செய்யமுடியும் என்பதனால், 2013 பெப்ரவரி 14 இல், புதிய மாற்றங்கள் மற்றும் பழுதுபார்த்தல் வேலைகளுக்காக LHC இடை நிறுத்தப்பட்டது. மீண்டும் இது 2015 இல் முழுச்சக்தியில் தொழிற்படத் தொடங்கும் என அறிவிக்கப்பட்டது. அதேபோல இந்த ஏப்ரல் மாதம் 10ஆம் திகதி, LHC, வெற்றிகரமாக ப்ரோட்டான் கற்றைகளை 6.5 TeV சக்தியோடு இயக்கியுள்ளது, இன்னும் சில நாட்களில் இரண்டு 6.5 TeV சக்திகொண்ட கற்றைகள், 13 TeV சக்தியில் ஒன்றோடு ஒன்று மோதும்! துகள் இயற்பியலில் (particle physics) ஒரு புதிய சகாப்தம் தொடங்கும்!
சரி அப்படி எவற்றையெல்லாம் இந்த LHC கண்டறிய உருவாக்கப்பட்டது என்று பார்க்கலாம்.
திணிவுக்குக் காரணம் என்ன?
திணிவு (mass) என்பது என்ன என்று நமக்கு தெரியும் இல்லையா, ஆனால் இந்த திணிவு எதனால் உருவாகிறது என்று பல வருடங்களாக குழப்பம் இருந்தது. சீர்மரபு ஒப்புருக் கோட்பாட்டில் (standard model – particle physics) திணிவுக்கு காரணம் என்ன என்று விளக்கப்படவில்லை, அதுமட்டுமல்லாது, சில அணுத்துணிக்கைகள் திணிவு கூடியதாகவும், சில திணிவற்றவயாகவும் இருப்பதற்கான காரணம் ஒரு புதிராகவே இருந்தது.
இதற்கு தீர்வாக ஹிக்ஸ் பொறிமுறையை இயற்பியலாளர் பீட்டர் ஹிக்ஸ் (Peter Higgs) மற்றும் அவரது சகாக்கள் 1964 இல் முன்மொழிந்தனர். அதாவது இந்த பொறிமுறை என்ன சொல்கிறது என்றால், இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் “ஹிக்ஸ் புலம்” (higgs field) ஒரு வலைபோல படர்ந்துள்ளது. அணுத்துணிக்கைகள் இந்த higgs field வலையில் விழும்போது அதனில் சிக்கிக்கொள்கிறது, இதனால் இவை திணிவைப் பெறுகின்றன. அனால் போடோன் (photon) போன்றவை இந்தவலையில் சிக்குவதில்லை, ஆகவே அவை திணிவற்றதாக காணப்படுகிறது.
இந்த ஹிக்ஸ் புலமானது, ஹிக்ஸ் போசோன் (higgs boson) எனப்படும் அணுத்துணிக்கையோடு தொடர்புபட்டுள்ளது. இந்த ஹிக்ஸ் போசொனைத்தான் நம் அறிவியல் அறிவற்ற ஊடகங்கள் “கடவுள் துணிக்கைகள்” (god particle) என முட்டாள்த்தனமாக அழைகின்றன. உண்மையிலேயே இந்தத் துணிக்கைக்கும் கடவுளுக்கும் எந்த சம்பந்தமும் இல்லை. இதெற்கெல்லாம் காரணம், நோபல் பரிசு பெற்ற Leon lederman என்ற இயற்பியலாளர் ஒரு புத்தக எழுதினார். மிகச் சிறந்த இந்தப் புத்தகம், சீர்மரபு ஒப்புருக் கோட்பாட்டில் இந்த ஹிக்ஸ் போசோன் துணிக்கைகள் எவ்வளவு முக்கியமானவை என்று ஆராய்ந்திருந்தார். அதுமட்டுமல்லாது, எவ்வளவு ஆய்வுகள் மற்றும் பரிசோதனைகள் செய்தும், இந்த ஹிக்ஸ் துணிக்கைகள் கண்டறியக்கடினமாக இருப்பதால் “நாசமாய்போன துணிக்கைகள்” (goddamn particle) (ஹிஹி!!) என்றே அவர் தனது புத்தகத்திற்கு பெயர் வைத்தார். ஆனால் அதை வெளியிட்ட அச்சகம், அந்தப்பெயரை ஒத்துக்கொள்ளவில்லை, அவர்கள், Goddamn என்ற சொல்லை God என்று மாற்றி God Particle (கடவுள் துணிக்கைகள்) என்று பெயர் வைத்து வெளியிட்டனர். புத்தகமும் பிய்த்துக்கொண்டு விற்பனையாகியது. அறிவியல் விளங்காத “ஜாம்பவான்களும்” புத்தக கவரை மட்டும் வைத்து விமர்சனம் எழுதும் ஊடகங்களும், இந்த ஹிக்ஸ் போசோன் துணிக்கைகள் தான் எதோ கடவுள் என்ற அளவுக்கு இட்டுக்கட்டி வளர்த்துவிட்டனர்! ஆக மை லார்ட் இதுதான் நடந்தது. இனி உண்மையாக அறிவியல் விடயத்திற்க்கு வருவோம்.
ஆகவே ஹிக்ஸ் போசோன் துணிக்கையை கண்டுபிடித்தால், இந்த ஹிக்ஸ் புலத்தை நிருபித்துவிடலாம். இங்குதான் LHC வருகிறது. LHCயால் முடுக்கப்பட்ட ப்ரோட்டான் கற்றைகள், இந்த ஹிக்ஸ் துணிக்கைகளைக் கண்டறியத் தேவையான சக்தியோடு மோதக்கூடியான, ஆகவே இந்த ஹிக்ஸ் துணிக்கைகளை கண்டறியமுடியும் என LHC ஆய்வாளர்கள் கருதினர்.
அதேபோல, ஜூலை, 2012 இல் LHC ஹிக்ஸ் போசோன் துணிக்கைகளின் பண்புகளை ஒத்த துணிக்கைகள் 125 GeV சக்திமட்டதில் இருப்பதை கண்டறிந்தது. பின்னர் 2013 இல் மேலதிக பண்புகள் உறுதிசெய்யப்பட்டு, அது ஹிக்ஸ் போசோன் துணிக்கைகள் தான் என்று அறிவிக்கப்பட்டது. இதற்காக இயற்பியலாளர் பீட்டர் ஹிக்ஸ் அவர்களுக்கு நோபல் பரிசும் வழங்கப்பட்டது குறிப்பிடத்தக்கது.
மீசமச்சீர் (supersymmetry) துணிக்கைகளை கண்டறிவது
சீர்மரபு ஒப்புருக்கோட்பாடு (The Standard Model / SM), அணுத்துணிக்கைகளைப் பற்றி தெளிவாக விளக்கினாலும், அது ஒரு பூரணமான கோட்பாடு அல்ல. SM இனால் ஈர்ப்புவிசையை மற்றைய மூன்று அடிப்படை விசைகளோடு (மின்காந்த விசை – electromagnetism, மெல்லிய, செறிந்த அணுவிசை – strong and weak nuclear force) பொறுத்தமுடியவில்லை.
இவற்றை எல்லாம் ஒன்றாக பொருத்த உருவாக்கப்பட்ட ஒரு கோட்பாடு இந்த மீசமச்சீர்க் கோட்பாடு, இந்தக் கோட்பாடுப்படி, SM இல் இருக்கும் துணிக்கைகளுக்கு சமச்சீரான ஆனால் திணிவு அதிகமான துணிக்கைகள் இருக்கவேண்டும் என்று சொல்கிறது. அப்படி இருந்தால் இந்த சமச்சீர்த் துணிக்கைகள் நான்கு அடிப்படை சக்திகளையும் ஒருங்கிணைத்த ஒரு கோட்பாட்டை உருவாக்கமுடியும். ஆனால் அதற்க்கு இந்த மீசமச்சீர் துணிக்கைகளை முதலில் கண்டறியவேண்டும்.
மீசமச்சீர்க் கோட்பாடு சரியாக இருக்கும் பட்சத்தில், LHCயினால் திணிவுகுறைந்த மீசமச்சீர் துணிக்கைகளை கண்டறியக்கூடியவாறு இருக்கும் என ஆய்வாளர்கள் கருதுகின்றனர்.
கரும்பொருள் (dark matter) மற்றும் கரும்சக்தியின் (dark energy) அடிப்படையை ஆராய்தல்
நம் பிரபஞ்சத்தைப் பொறுத்தவரை, நமது அறிவுக்குத் தெரிந்த அணுக்களால் ஆன வஸ்துக்கள் வெறும் 4% மட்டுமே, அதாவது எல்லா உடுக்களும் (stars), கோள்களும், உடுப்பேரடைகளும் இந்த 4% இனுள் வந்துவிடுகின்றன. மீதமிருக்கும் 96% வஸ்துவில் 23% கரும்பொருளாகும், மற்றைய 73% கரும்சக்தியாக இருக்கவேண்டும் என்று வானியலாளர்கள் கருதுகின்றனர்.
கரும்பொருள், கரும்சக்தி என்பன கருப்பு என்று கருதவேண்டாம். இவை நாமறிந்த அணுக்களால் ஆக்கப்பட்டவை அல்ல. இவை என்னவென்றே தெரியாததால் இதற்கு “கருப்பு” என்று பெயரிட்டுள்ளனர்.
கரும்பொருளைப் பொறுத்தவரை, இது இருப்பது எமக்கு எப்படித் தெரியும் என்றால், தன மூலம் வரும் ஈர்ப்புவிசை மூலமாகும். கரும் சக்தி இதற்கு மாறாக, இந்தப் பிரபஞ்சத்தை விரிவடையச் செய்யும் சக்தியாக விளங்குகிறது. ஈர்ப்பு விசைக்கு எதிர் விசை.
பெரும்பாலான இயற்பியலாளர்கள், இந்த கரும்சக்தி மற்றும் கரும்பொருள் என்பன மீசமச்சீர் துணிக்கைகளால் உருவாக்கப்படுவதாக கருதுகின்றனர். ஆக, LHC மீசமச்சீர் துணிக்கைகளை கண்டறிந்தால், இந்த ‘கரும்’ பொருள் மற்றும் சக்திகள், வெளிச்சத்திற்கு வரும்.
அண்டிமட்டர் (antimatter) எனப்படும், பருப்பொருளுக்கு (matter) எதிரான பொருளின் தன்மைகளை ஆராய்தல்
இந்தப் பிரபஞ்சம் தோன்றும் போது, பருப்பொருளின் அதே அளவு, அண்டிமட்டரும் உருவாகியதா? அப்படியென்றால் இந்த அண்டிமட்டர் துணிக்கைகள் எல்லாம் இப்போது எங்கே? ஏன் நாம் இப்போது பார்க்கும் பிரபஞ்சம் பருப்பொருளால் பட்டுமே நிறைந்துள்ளது என்ற கேள்விகளுக்கு LHC விடை தரமுடியும்.
இதைவிடவும், வேறு பல, சிக்கலான விடயங்களைப் பற்றியும் LHC மூலம் ஆய்வுசெய்து விடைகான ஆய்வாளர்கள் முயல்கின்றனர். இவற்றிக்கு விடை காண, LHC அதனது பூரண சக்தியான 14 TeV இல் இயங்கவேண்டியது அவசியம். தற்போது அது இந்த மட்டத்தில் இயங்கக்கூடியதாக இருப்பதால் பல புதிய முடிவுகள் வரும் சில வருடங்களில் வெளிவரும்.
ஆனாலும் இந்தப் பிரபஞ்ச ரகசியங்களை, இயற்க்கை அவ்வளவு எளிதில் வெளிவிட்டுவிடுமா என்ன? இன்னும் சில ஆய்வுகள் செய்ய, இந்த LHCயின் முழுச் சக்திமட்டமும் போதாது. சொல்லப்போனால் மனித இனத்தினால் அவ்வளவு சக்தியை இப்போது உருவாக்கவோ பயன்படுத்தவோ முடியாது. அதற்கு நாம் இரண்டாம் நிலை, அல்லது மூன்றாம் நிலை நாகரீகத்தை அடையவேண்டி இருக்கும்.
எதிர்கால நாகரீகங்களும் அவற்றின் வளர்ச்சி மற்றும் இயற்பியல் தடைகளை எப்படி வெல்லும் என்று, எனது வேற்றுக்கிரக் நாகரீகங்கள் என்ற கட்டுரைத்தொடரில் வாசிக்கலாம்.
சீர்மரபு ஒப்புருக்கோட்பாடு என்றால் என்ன, மற்றும் அதனில் இருக்கும் சிக்கல்கள் என்பவற்றை சற்றே விரிவாக “பிரபஞ்சத்தின் ரகசியமும், இயற்பியல் சிக்கல்களும்” என்ற எனது கட்டுரையில் வாசிக்க முடியும்.
No comments:
Post a Comment