Next
अणुकेंद्रातील अतिदुर्मिळ घटनेचे दर्शन
डॉ. अमोल दिघे
Friday, May 03 | 05:00 PM
15 0 0
Share this story


आपण एखाद्या घटनेला अशक्य कोटीतील म्हणतो, तेव्हा आपल्या आयुष्यात, निदान काही वर्षांत तरी, ती घडणार नाही यावर आपला ठाम भरवसा असतो. परंतु काही घटना घडण्याची संभाव्यता एवढी कमी असते, की काही वर्षं, दशकं व शतकांतच काय, पण ब्रह्मांडाच्या आजच्या वयाएवढ्या (१४ अब्ज वर्षं) काळातही ती एखाद्याच वेळी घडू शकते. मात्र शास्त्रज्ञ अशा दुर्मिळ घटनांचाही माग काढण्याचं आव्हान स्वीकारत असतात. असंच एक आव्हान पेलून मिळवलेल्या यशाची ही कहाणी.

अशा दुर्मिळ घटनांच्या शोधात जायचं तरी का? यामागे बरेच उद्देश असतात. कधी आपलं अस्तित्व किती काळ टिकून राहणार, याचा आपण अंदाज घेत असतो. (प्रोटॉनचं विघटन तर होत नाही ना, यावर नजर ठेवून असलेले प्रयोग जगभर सुरू आहेत. आपल्या आजूबाजूचे बहुतेक अणुरेणू विघटनापासून सुरक्षित असल्याची ते ग्वाही देतात.) कधी वैज्ञानिक सिद्धांतांची सत्यासत्यता पडताळून पाहायची असते. प्रत्येक सिद्धांताला सर्वमान्य होण्याआधी कित्येक कसोट्या पार कराव्या लागतात, व अशी एखादी अत्यंत दुर्मिळतेची कसोटी या सिद्धांताला पणाला लावते. (दोन प्रोटॉनच्या टकरीतून हिग्जकणाची निर्मिती हे याचं एक उदाहरण). कधी अशा घटना पाहणं ही पुढच्या एखाद्या महत्त्वाच्या उद्देशाकडे नेणारी एक पायरी असते. झेनॉन-१२४चं विघटन हे या शेवटच्या प्रकारात मोडतं.

झेनॉन-१टी या प्रयोगाचा मूळ उद्देश म्हणजे कृष्णपदार्थांचा शोध. आपल्या विश्वात जेवढे अणुरेणू आहेत, त्याहूनही पाचपट वस्तुमानाचे न दिसणारे कृष्णपदार्थ आहेत. ते कशाचे बनलेले आहेत याची आपल्याला आजिबात कल्पना नाही. प्रोटॉन-न्यूट्रॉन-इलेक्ट्रॉननी बनलेले अणू ते नाहीत एवढं नक्की. शिवाय त्यांच्या अभिक्रिया होत असतील तर त्याही अत्यंत क्षीण असणार, त्यामुळे ते शोधणं महाकठीण. यासाठीच झेनॉन-१टीसारखे वेधक (detectors) उभारले जातात. या वेधकात ३.५ टन झेनॉन शून्याखाली ९६ अंश सेल्सिअस तापमानाला द्रवरूपात ठेवलेला आहे. जर कृष्णपदार्थाचा एखादा कण या वेधकातून पार होत असेल व वाटेत त्याची अभिक्रिया झाली, तर ती ओळखण्याची क्षमता या वेधकाची आहे. ही घटनाही अतिदुर्मिळ असल्यानं, काही वर्षांपूर्वीच सुरू झालेल्या या वेधकाला यश मिळायला अजूनही कित्येक वर्षं लागतील अशी अपेक्षा आहे. अर्थात यशाची खात्री नाही, पण जर ते लाभलं, तर मानवजातीला जगभर पसरलेल्या एका पूर्णपणे नव्या प्रकारच्या पदार्थाची ओळख झालेली असेल. विश्वाकडे पाहण्याची एक नवी दृष्टी मिळालेली असेल.

कृष्णपदार्थांच्या अभिक्रियेची ही दुर्मिळ घटना ओळखायची तर त्यासारखी दिसणारी दुसरी कोणतीही अभिक्रिया वेधकात घडता कामा नये, एवढं त्यातील वातावरण शुद्ध असलं पाहिजे. (यासाठी हे प्रयोग जमिनीखाली केले जातात, ज्यामुळे विश्वकिरणांचा अडसर येत नाही. झेनॉन-१टी ठेवलेली ग्रान सासो वेधशाळा एका डोंगराच्या पोटात एक किलोमीटर दगडांच्या आवरणाखाली आहे.) इतर अपरिहार्य अभिक्रिया असल्याच तर त्यांना ओळखून बाजूला काढण्याची क्षमता हवी. यासाठी अशा साऱ्या अपरिहार्य अभिक्रियांची पूर्ण माहिती हवी. झेनॉन-१२४ चं विघटन ही अशीच एक अपरिहार्य अभिक्रिया आहे.

झेनॉनची कित्येक समस्थानिकं (आयसोटोप) आहेत. या सर्वांच्या अणुकेंद्रकात ५४ प्रोटॉन असतात, मात्र न्यूट्रॉनची संख्या वेगवेगळी असते. काही समस्थानिकं पूर्णपणे सुस्थिर असतात, ती कधीच विघटन पावत नाहीत. तर झेनॉन-१०८ सारख्या समस्थानिकांचं अर्धायू (half life) सेकंदाच्या हजाराव्या भागाएवढं कमी असतं. झेनॉन-१२४चे (५४ प्रोटॉन + ७० न्यूट्रॉन = १२४ अणुभार) वैशिष्ट्यं म्हणजे त्याच्या विघटनाची प्रक्रिया. कोणते अणुकेंद्र किती वेगानं विघटित होईल हे, त्या त्या केंद्रातील कणांच्या परस्पर-ऊर्जेवर अवलंबून असतं. साधारणपणे किरणोत्सारी विघटन हे अल्फा, बीटा वा गामा किरणांच्या उत्सर्जनानं होतं. मात्र झेनॉनचं अणुकेंद्र हे त्याबाहेरील K कक्षेतील दोन इलेक्ट्रॉनना काबीज करतं, व एकाच वेळी केंद्रातील दोन प्रोटॉनचं रूपांतर दोन न्यूट्रॉनमध्ये करतं. या प्रक्रियेत ते ‘न्यूट्रिनो’ नावाचे दोन कणही बाहेर सोडतं. (विघटनाच्या या विशेष प्रकाराला 2ECEC – ‘२ न्यूट्रिनो इलेक्ट्रॉन कॅप्चर इलेक्ट्रॉन कॅप्चर’ म्हणतात.) K कक्षा ही इलेक्ट्रॉनची सर्वात आतील कक्षा असते. तिच्यात दोन इलेक्ट्रॉनची जागा मोकळी झाल्याबरोबर बाहेरच्या L, M, N वगैरे कक्षांमधील इलेक्ट्रॉन तिथे येण्याचा प्रयत्न करतात. हे करताना जे प्रकाशकिरण उत्सर्जित होतात, त्यांच्या निरीक्षणातून झेनॉन-१२४चं विघटन झाल्याचं ओळखता येतं.

जर झेनॉन-१२४चं अर्धायू विश्वाच्या वयाच्या लाख अब्जपट अधिक असेल, तर ही घटना घडलीच कशी, अशी शंका येणं साहजिक आहे. याचं कारण म्हणजे झेनॉन-१टी या वेधकात झेनॉन-१२४चा एकच नाही, 

तर १०,०००,०००,०००,०००,०००,०००,०००,००० (२५ शून्यं) हूनही अधिक अणू आहेत. या साऱ्या अणूंवर हा वेधक एकाच वेळी लक्ष ठेवून आहे, म्हणूनच अशा शंभराहून अधिक घटना नोंदवण्यात त्याला यश मिळालं. इतर प्रकारच्या अपरिहार्य अभिक्रिया ओळखून बाजूला काढण्यासाठी केल्या गेलेल्या प्रयत्नांचं हे यश आहे आणि यातूनच पुढे कृष्णपदार्थाची अभिक्रिया झाली तर तीदेखील या दर्शकाच्या नजरेतून निसटणार नाही याचा विश्वास दृढ व्हायला मदत होते. म्हणूनच वर म्हटल्याप्रमाणे, झेनॉन-१२४च्या विघटनाचं निरीक्षण हे कृष्णपदार्थांच्या शोधाकडे टाकलेलं एक पाऊल आहे.

भारतीय शास्त्रज्ञांची पावलंही या दिशेनं पडत आहेत. झारखंडमधील जादुगुडाच्या खाणीत कृष्णपदार्थांच्या शोधासाठी एक ‘प्राथमिक प्रयोग / पूर्वप्रयोग’ सुरू होत आहे. तेथील प्राथमिक स्वरूपाच्या वेधकाला अपरिहार्य अभिक्रियांना समजून घेण्यात यश मिळाल्यास त्या प्रयोगाचं पूर्ण रूप आपल्याला पुढच्या दशकात पाहायला मिळू शकेल. प्रोटॉनच्या विघटनावर नजर ठेवणारा प्रयोग कर्नाटकातील कोलार या सोन्याच्या खाणीत सहा दशकांपूर्वी केला गेला होता, व तिथे वातावरणाजन्य न्यूट्रिनोंचा शोधही जगात सर्वप्रथम लागला होता. पुढे सोनं संपल्यानं खाण बंद झाली व तिथे प्रयोग करणं अशक्य झालं. मात्र आता ‘भारतीय न्यूट्रिनो प्रयोगशाळा’ (India-based Neutrino Observatory-INO) प्रस्थापित झाल्यास, ग्रान सासोप्रमाणेच डोंगराखालची, शुद्ध वातावरणाची प्रयोगशाळा उपलब्ध होईल, व तिथे हा कृष्णपदार्थांच्या शोधाचा प्रयोग (Dark matter at INO-DINO) प्रस्थापित होऊ शकेल.
 
15 0 0
Share this story

Post Your Comment
मराठी English
Your Name *
Email
  Notify me once my comment is published
Comment *
Content limited to 1000 characters,1000 characters remaining.

Select Language
Share Link