अंटार्टिकाच्या बर्फाखाली दडले भौतिकशास्त्रातील ‘नोबेल’

 

 

 

पण, नेमके हे ‘न्यूट्रिनो’ कण नक्की काय आहेत? अंटार्टिकाच्या घनघोर बर्फाखाली ‘टेलिस्कोप’ का बांधावा लागला? आणि या शोधामुळे मानवाला काय फायदा होणार? हे समजून घ्यायला हवे.

 

आपले जग अणू आणि रेणूंनी बनलेले. ‘इलेक्ट्रॉन’, ‘प्रोटॉन’ आणि ‘न्यूट्रॉन’ हे कल्पनाशक्तीच्या पलीकडचे लहान कण आपण शाळेत शिकतो. ‘न्यूट्रिनो’ हे यापेक्षाही लहान, उपपरमाणू (subatomic) कण आहेत. यांना विज्ञानाच्या भाषेत ‘भूतकण’ (Ghost Particles) म्हटले जाते. याचे मुख्य कारण म्हणजे :

 

वजन नसण्यासारखे : यांच्याकडे जवळजवळ शून्य वस्तुमान (mass) असते.

 

कोणताही प्रभार नाही : यांच्यावर कोणताही धन किंवा ऋण प्रभार (charge) नसतो, हे पूर्णपणे उदासीन असतात.

 

कशातूनही आरपार जाण्याची क्षमता : हे कण प्रकाशकिरणांसारखे भिंतींवरून किंवा ग्रहांवरून अडवले जात नाहीत. सूर्य, तारे, आणि महाकाय कृष्णविवरांमधून (Black Holes) निर्माण झालेले अब्जावधी ‘न्यूट्रिनो’ दर सेकंदाला आपल्या शरीरातून, पृथ्वीतून आरपार जात असतात; पण आपल्याला त्याचा तिळमात्रही भास होत नाही.

 

सामान्यतः दुर्बीण म्हटली की, आपल्याला ग्रहांचे आणि तार्‍यांचे फोटो काढणारी काचेची मोठी नळी आठवते. पण, जे कण दिसतच नाहीत, त्यांना शोधायचे कसे? शास्त्रज्ञ फ्रान्सिस हाल्झेन यांनी १९९०च्या दशकात एक अत्यंत धाडसी कल्पना मांडली. त्यांनी सांगितले की, जर आपल्याला ‘न्यूट्रिनो’ पकडायचे किंवा पाहायचे असतील, तर आपल्याला अतिशय स्वच्छ आणि प्रचंड मोठ्या पारदर्शक माध्यमाची गरज आहे. यासाठी त्यांनी अंटार्टिकाचा गोठलेला बर्फ निवडला. या कल्पनेतून साकार झाली ‘आईसयूब न्यूट्रिनो ऑब्झर्व्हेटरी.’

 

आपणास प्रश्न पडला असेलच की, ही दुर्बीण कशी काम करते? दक्षिण ध्रुवावर बर्फाच्या पृष्ठभागाखाली १.५ ते २.५ किलोमीटर खोल खड्ड्यात सुमारे १ घन किलोमीटर क्षेत्राचा बर्फ ‘टेलिस्कोप’चे मुख्य माध्यम म्हणून वापरला गेला. या बर्फात खोल छिद्रे पाडून त्यात पाच हजारांपेक्षा जास्त अत्यंत संवेदनशील प्रकाश-संवेदक (Light Sensors/DOMs) टांगण्यात आले आहेत. जेव्हा अंतराळातून येणारा एखादा ‘न्यूट्रिनो’ बर्फातील पाण्याच्या अणूशी दुर्मीळपणे धडकतो, तेव्हा तिथून एका खास प्रकारचा मंद निळा प्रकाश बाहेर पडतो. हे ‘सेन्सर्स’ त्या निळ्या प्रकाशाची नोंद घेतात आणि या नोंदीतून ‘भूतकणां’चे मोजमाप केले जाते.

 

आपण विश्वाचा अभ्यास करण्यासाठी हजारो वर्षांपासून प्रकाशाचा (तारे, दूरदर्शन, रेडिओ लहरी) वापर करत आलो आहोत. पण, प्रकाशाचे किरण अंतराळातील धुळीच्या ढगांमुळे किंवा ग्रहांमुळे अडवले जातात. ‘न्यूट्रिनो’ मात्र अंतराळातील कोणत्याही अडथळ्याला न जुमानता थेट आपल्यापर्यंत पोहोचतात. 'न्यूट्रिनो'च्या प्रवासाची दिशा शोधून शास्त्रज्ञांना हे समजते की, हे कण नेमके कुठून आले आहेत एखाद्या प्रचंड ताऱ्याच्या स्फोटातून (Supernova) की, महाकाय कृष्णविवराच्या (Black Hole) मुखातून! या शोधामुळे मानवाला अंतराळाकडे पाहण्याची एक संपूर्ण नवी 'दृष्टी' मिळाली आहे. जसे आपण डोळ्यांनी पाहतो आणि कानांनी ऐकतो, तसेच आता आपण प्रकाशासोबतच 'न्यूट्रिनो' च्या माध्यमातून ब्रह्मांडातील घडामोडी 'ऐकू' आणि समजून घेऊ शकतो.

 

'न्यूट्रिनो'ला वारंवार 'नोबेल' पुरस्कार मिळण्याचे मुख्य कारण म्हणजे, या कणांनी भौतिकशास्त्रातील जुने नियम बदलले आहेत, विश्वाची गुप्त रहस्ये उलगडली आहेत आणि ब्रह्मांडाला पाहण्याची आपली दृष्टी पूर्णपणे बदलून टाकली आहे.

 

गेल्या काही दशकांत 'न्यूट्रिनो' बद्दल झालेल्या प्रत्येक मोठ्या शोधाने केवळ पाठ्यपुस्तकात एखादी नवी माहिती जोडली नाही, तर वैज्ञानिकांना भौतिकशास्त्राच्या मूलभूत नियमांचा पुनर्विचार करायला भाग पाडले. हा 'भूतकण' विज्ञानाच्या जगात इतका महत्त्वाचा का आहे, त्याची मुख्य कारणे खालीलप्रमाणे आहेत :

 

१. 'स्टॅण्डर्ड मॉडेल'चे नियम मोडून काढले 'स्टॅण्डर्ड मॉडेल' (Standard Model) ही भौतिकशास्त्रातील ती नियमावली आहे, जी विश्वातील सर्व मूलभूत कणांचे स्वरूप आणि वर्तन स्पष्ट करते. अनेक दशके या सिद्धान्तानुसार 'न्यूट्रिनो'ला कोणतेही वस्तुमान (mass) नसते, असा ठाम समज होता. परंतु, २०१५च्या 'नोबेल' विजेत्या शोधाने हे सिद्ध केले की, 'न्यूट्रिनो' प्रवासादरम्यान आपले रूप (flavor) बदलतात (ज्याला 'Neutrino Oscillations' म्हणतात). गणिताच्या नियमांनुसार, हे तेव्हाच शक्य आहे, जेव्हा 'न्यूट्रिनो' कडे काहीतरी वस्तुमान असेल. या एका शोधामुळे मानवी इतिहासातील सर्वांत महत्त्वाचा भौतिकशास्त्राचा सिद्धान्त बदलावा लागला आणि 'नवीन भौतिकशास्त्रा'चा (New Physics) पाया रचला गेला.

 

 

आपण अंतराळाचा अभ्यास करण्यासाठी ज्या प्रकाशाचा (तारे, गॅमा किरण, रेडिओ लहरी) वापर करतो, तो प्रकाश अंतराळातील धुळीचे ढग, वायू आणि ग्रहांमुळे अडवला जातो किंवा विखरून जातो. 'न्यूट्रिनो' वर मात्र कोणताही विद्युत प्रभार (charge) नसतो आणि त्याचे वस्तुमानही अत्यंत नगण्य असते. त्यामुळे तो विश्वातील कोणत्याही ठोस वस्तू किंवा अडथळ्यातून सहज आरपार निघून जातो.

 

सूर्याच्या केंद्रातील प्रकाशकिरणांना (Photons) बाहेर पडण्यासाठी प्रचंड घनतेमुळे सुमारे एक लाख वर्षे लागतात. परंतु, सूर्याच्या केंद्रात तयार होणारे 'न्यूट्रिनो' अवघ्या आठ मिनिटांत सूर्याच्या आतून थेट पृथ्वीपर्यंत पोहोचतात. यामुळे आपल्याला सूर्याच्या पोटात चालणाऱ्या अणुऊर्जा प्रक्रियेचा (Nuclear Fusion) थेट आणि रिअल टाईम अंदाज मिळतो (२००२ 'नोबेल').

 

जेव्हा एखादा महाकाय तारा फुटतो (Supernova) किंवा एखादे कृष्णविवर (Black Hole) पदार्थांना गिळंकृत करते, तेव्हा तिथे तयार होणारा प्रकाश अडवला जातो. परंतु, 'न्यूट्रिनो' थेट या हिंसक घटनांच्यागाभ्यातून बाहेर पडतात आणि ब्रह्मांडाच्या अशा अद्भुत घडामोडींचा 'एक्स-रे' आपल्यापर्यंत पोहोचवतात (२०२६ 'नोबेल').

 

 

'बिग बँग' (ब्रह्मांडाची निर्मिती) दरम्यान द्रव्य (मॅटर) आणि प्रतिद्रव्य (ॲन्टीमॅटर) समान प्रमाणात तयार झाले असावे. नियमांनुसार, त्यांनी एकमेकांना नष्ट करायला हवे होते आणि संपूर्ण ब्रह्मांडात केवळ ऊर्जाच उरायला हवी होती. परंतु, आजही आपले, ग्रहांचे आणि ताऱ्यांचे अस्तित्व आहे. याचा अर्थ, 'मॅटर'ने या युद्धात विजय मिळवला. 'न्यूट्रिनो' आणि त्यांचे प्रतिकण (अॅन्टीन्यूट्रिनो) यांच्या वर्तनात काहीतरी सूक्ष्म फरक असावा, असा शास्त्रज्ञांना संशय आहे. हा फरक समजल्यास मानवी इतिहासातील सर्वांत मोठ्या प्रश्नाचे उत्तर मिळू शकेल आपल्या विश्वाचे अस्तित्व का आहे?

 

 

प्रकाशाच्या कणांनंतर (Photons) संपूर्ण ब्रह्मांडात सर्वांत जास्त प्रमाणात आढळणारे कण म्हणजे 'न्यूट्रिनो'. दर सेकंदाला अब्जावधी 'न्यूट्रिनो' आपल्या शरीरातून आणि हाताच्या नखांमधून आरपार जात असतात.

 

या कणांचे संख्याबळ इतके अथांग आहे की, त्यांच्या अगदी नगण्य वस्तुमानाचाही संपूर्ण ब्रह्मांडाच्या गुरुत्वाकर्षणावर, दीर्घिकांच्या (Galaxies) निर्मितीवर आणि विश्वाच्या विस्तारावर मोठा प्रभाव पडतो.

 

कणाला एक प्रकाशवर्ष लांबीच्या शिशाच्या (Lead) ठोकळ्यातून पाठवले, तरी तो कशालाही न धडकता आरपार जाऊ शकतो, त्याला पकडणे किंवा पाहणे जवळजवळ अशक्य मानले जात होते.

 

ज्या 'भूतकण' अदृश्य असतात. अशा अदृश्य कणाला शोधण्यासाठी अंटार्क्टिकाच्या अथांग बर्फाखाली एक घन किलोमीटरचा दुर्बीण (IceCube) उभारणे किंवा जमिनीखाली हजारो फूट खोल खाणींमध्ये शुद्ध पाण्याचे प्रचंड मोठे टँकर उभारणे, ही मानवी इतिहासातील सर्वांत कठीण अभियांत्रिकी कामगिरी मानली जाते. 'नोबेल समिती' केवळ सिद्धान्तांचाच नव्हे, तर विज्ञानासाठी मानवाने उभारलेल्या अशा अभूतपूर्व तंत्रज्ञानाचाही सन्मान करते.

 

फ्रान्सिस हाल्झेन आणि त्यांच्या टीमने अंटार्क्टिकाच्या गोठवणाऱ्या थंडीत वर्षानुवर्षे मेहनत करून हे सिद्ध केले की, मानवी जिद्द आणि विज्ञानाची ताकद कोणत्याही अशक्य वाटणाऱ्या गोष्टीला शक्य करू शकते. एका घन किलोमीटर बर्फाचा दुर्बीण म्हणून वापर करणे, ही केवळ एक तांत्रिक किमया नसून, मानवाच्या जिज्ञासू वृत्तीचा मोठा विजय आहे.

 

२०२६चा भौतिकशास्त्रातील 'नोबेल' पुरस्कार हा केवळ एका शास्त्रज्ञाचा सन्मान नसून, अंटार्क्टिकाच्या बर्फाखाली लपलेल्या या अफाट प्रयोगशाळेचा आणि मानवाने ब्रह्मांडाचे रहस्य उलगडण्यासाठी टाकलेल्या एका ऐतिहासिक पावलाचा गौरव आहे.