বিজ্ঞানে ঈশ্বরের চিহ্ন || পর্ব - ৫


 বিজ্ঞানে ঈশ্বরের চিহ্ন 
পর্ব - ৫ 

পূ র্ণ চ ন্দ্র ভূ ঞ্যা   

কীভাবে জোগায় ভর

সময়টা ১৯৯৩ সালের সেপ্টেম্বর। ঘন নীল আকাশে কাশফুল-শিউলিফুলের থোকা থোকা ঢেউ। ঈষৎ হিমেল বাতাসে পুজোর সৌরভ। সে-বার British Institute of Physics-এর মাসিক পত্রিকা ' ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড ' তার সেপ্টেম্বর সংখ্যায় একটি জাতীয় প্রতিযোগিতা আহ্বান করে। ফুলস্কেপ কাগজের এক পিঠে। হিগস বোসন কী, কেন পণ্ডিতগন তার সন্ধান পেতে এত মরিয়া, সে কীভাবে জোগায় ভর – সাধারণের সহজবোধ্য করে বোঝাতে হবে এ হেন বিষয়টি। সেরা লেখককে পুরষ্কৃত করা হবে এক বোতল শ্যাম্পেন। আহ্বায়ক গ্রেট ব্রিটেনের তৎকালীন বিজ্ঞান-প্রযুক্তি বিষয়ক মন্ত্রী উইলিয়াম ওয়াল্ডগ্রেভ।

যদিও প্রতিযোগিতা আহ্বানের পশ্চাতে কারণ ছিল ভিন্ন। সার্নের (জেনেভা, সুইজারল্যান্ড) লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডর (LHC) -এর ফিজিক্স প্রোগ্রামে গ্রেট ব্রিটেনের পক্ষে ফান্ড সংগ্রহের ব্যবস্থা করা এবং করদাতা সাধারণ মানুষকে বিজ্ঞান গবেষণার গুরুত্ব বোঝাতে এই পদক্ষেপ। কারণ ততদিনে বাজেট ৮২৫ কোটি ডলার অতিক্রম করায় ১৯৯২ সালের গ্রীষ্মে আমেরিকা যুক্তরাষ্ট্রের হাউস অব রিপ্রেজেন্টেটিভস টেক্সাস প্রদেশের বিগ বাজেট প্রোজেক্ট (Superconducting Super Collider বা SSC) হিম-ঘরে পাঠিয়ে দেওয়ার সিদ্ধান্ত নিয়ে ফেলেছে। সেখানে ঈশ্বরকণা সংক্রান্ত গবেষণার সম্ভাবনা এখন আর নেই বললেই চলে। তাই অধিক অর্থ সংগ্রহের লক্ষ্যমাত্রা নিয়ে আসরে নেমেছে সার্নের স্থায়ী সদস্য দেশ ব্রিটেন। স্ট্যান্ডার্ড মডেলের শেষ দুই কণা – টপ কোয়ার্ক (১৯৯৫) ও হিগস বোসন (২০১২)-কে পরীক্ষাগারে ধরতে কোমর বেঁধে নামবে সার্ন (CERN)।

এ হেন প্রতিযোগিতা জিতলেন কে ? না, কোন‌ও কণা-বিজ্ঞানী অথবা তাত্ত্বিক পদার্থবিদ নয়। প্রতিযোগিতায় বিজয়ী ইউনিভার্সিটি কলেজ লন্ডন-এর ফিজিক্স ও অ্যাস্ট্রোনমির বিভাগীয় অধ্যাপক ডেভিড জে. মিলার।
                               চিত্র - ১
ঈশ্বরকণার যে বর্ণনা দিয়ে তিনি শ্যাম্পেন জেতেন, তা এরকম : 

" ধরা যাক, একটি বিশাল হলঘরে কোন‌ও রাজনৈতিক দলের ককটেল পার্টি চলছে। পার্টিকর্মীরা সেখানে সুষমভাবে (Isotropic and homogeneous) ছড়িয়ে ছিটিয়ে বসে। এমন সময় পার্টিতে এলেন প্রাক্তন ব্রিটিশ প্রধানমন্ত্রী মার্গারেট থ্যাচার। তাঁর এক সময়ের সহকর্মীরা দেখামাত্র তাঁকে ঘিরে ধরলেন। তিনি যেখানে যাচ্ছেন, ভীড়ও পিছু পিছু সেদিকে সরছে। ভীড় টপকে একা একা কোথাও যাওয়া তাঁর পক্ষে সম্ভব না। তাঁর গতি হয়েছে মন্থর। ভীড়ের জন্য চলমান অবস্থায় তাঁকে থামানো যেমন কঠিন, তেমন‌ই একবার থামলে সেখান থেকে তাঁকে পুনরায় নড়ানো বেশ কষ্টকর। সুতরাং থ্যাচার এখন ভারী। অন্যদিকে মনে করুন থ্যাচারের বদলে ঘরে ঢুকলেন মাঝারি মানের একজন মন্ত্রী। তাকে ঘিরেও ভীড়, বিঘ্নিত হচ্ছে তার চলাফেরা। তবে তা থ্যাচারের মতন নয়। কারণ থ্যাচারের তুলনায় মন্ত্রীর জৌলুস এবং প্রভাব (ফিএলদ)  অনেক কম। স্বভাবতই তাকে ঘিরে কর্মীদের ভীড় ভীষণ কম।  এখন মন্ত্রীর বদলে যদি অখ্যাত কেউ ঘরে ঢুকতেন, তাহলে তাকে ঘিরে ধরত না ভীড়, সে হত না এত ভারী। এখানে হলঘর হল ব্রম্ভাণ্ড ও হিগস বোসন সাধারণ মানুষজন যারা ব্যক্তিবিশেষের চারপাশে ভীড় (Cluster of peoples) তৈরি করে এক এক জনকে আলাদা আলাদা রকম ভারী করে তোলে। এক্ষেত্রে ঘিরে-ধরা-ভীড় মার্গারেট থ্যাচারকে বেশি ভারী , মন্ত্রীকে তুলনায় কম ভারী এবং অবিখ্যাতকে ভরহীন করেছে। থ্যাচারকে টপ-কোয়ার্ক (যার ওজন একটি ইলেক্ট্রনের ওজনের তিন লক্ষ গুণের বেশি) ধরা হলে মন্ত্রী হল ইলেকট্রন ও অখ্যাত ব্যক্তি ফোটন কণা (ভরহীন)।" বিজ্ঞানের এ হেন কঠিন বিষয় এত সাবলীলভাবে ব্যাখ্যা দেওয়ার জন্য ওয়াল্ডগ্রেভ ব্যক্তিগত উদ্যোগে অধ্যাপক মিলারকে বহুমূল্য "Veuve Clicqout 1985 " শ্যাম্পেন পুরষ্কৃত করেন। শ্যাম্পেনের খালি বোতলটি আজও সযত্নে গচ্ছিত রাখা আছে।

ব্রম্ভাণ্ডে মৌলিক কণাগুলিকে কোন শর্তে কীভাবে ভর জোগায় ঈশ্বরকণা ? ভর জোগানোর যাবতীয় প্রক্রিয়া কী ? মিলার বর্ণিত কাহিনির সূত্র ধরে ব্রম্ভাণ্ডে তার সফল ব্যাখ্যা তুলে ধরার চেষ্টা করব, প্রিয় পাঠক।

বিগ-ব্যাঙ ব্যুৎপত্তির সুনির্দিষ্ট কারণ আমরা জ্ঞাত নই। অন্ধ মানুষ যেমন ডিপ হোল (deep hole)-এর প্রান্ত অন্বেষণ করে তার ব্যাসের দৈর্ঘ্য অনুমান করে, গভীরতা নয় ; তেমনি বিজ্ঞানীগন বিগ-ব্যাঙের অস্তিত্ব কল্পনা করে নিয়ে নব্য ব্রম্ভাণ্ডের পরিবর্তনশীল ও সম্ভাবনাপূর্ণ ঘটনাসমূহের ক্রিয়াকালকে এক একটি অধিযুগে (epoch) শ্রেণি বিন্যাস করেছেন। প্রতিটি অধিযুগে শত শত ঘটনার ঘনঘটা। 
                                   চিত্র - ২

মহাবিস্ফোরণ (শূন্য সেকেন্ড) থেকে  ১০^(-৪৩) সেকেন্ড পর্যন্ত সময়কালকে প্ল্যাঙ্ক অধিযুগ ( Planck Epoch ) বলা হয় এবং ১০^(-৪৩) সেকেন্ড কালকে প্ল্যাঙ্ক সময় (Planck Time)। এই অধিযুগের শেষে উষ্ণতা প্রায় ১০^৩২ °K এবং কসমিক সিঙ্গুলারিটি ব্যতীত অন্যান্য ঘটনা সমূহ আজও অসংজ্ঞাত। সিঙ্গুলারিটি সম্পর্কিত তথ্য জানা অসম্ভবও। কারণ কোন‌ও ক্রিয়া-কৌশল প্ল্যাঙ্ক টাইমকে টপকে বিগ-ব্যাঙের অনুসন্ধান আজ পর্যন্ত করতে পারেনি। এ হেন ব্রম্ভাণ্ডে তীব্র টালমাটাল অবস্থা তখন। মূলত সে-কারণে বিশ্বের বাকি তিন জাতের মৌলিক বল – তীব্র নিউক্লিয়, তড়িৎচুম্বকীয় ও মৃদু বলগুলোর মতন মহাকর্ষ বলও সমান শক্তিশালী, আজকের মত এত ক্ষীণ বল নয়। উপরের চার জাতের সমান শক্তিশালী বল-এর তখন একটাই নাম – সুপারগ্র্যাভিটি ফোর্স বা সুপারকসমিক ফোর্স। এটাই বলগুলোর ইউনিফায়েড তত্ত্ব। এ হেন অসীম উষ্ণ ও ঘনত্বের নব্য ব্রম্ভাণ্ডে, আধুনিক কসমোলোজীর মতানুসারে, ঐ সুপার মৌলিক বল চার প্রকার বলকে প্রতিসাম্যের নিয়মে বেঁধে রাখে এবং পরবর্তী অধিযুগে বিবর্তনের নির্ঘণ্ট বাজায়।

পরের অধিযুগ গ্র্যান্ড ইউনিফিকেশন অধিযুগ। এর ব্যাপ্তি ১০^(-৪৩) সেকেন্ড থেকে ১০^(-৩৬) সেকেন্ড পর্যন্ত। এ সময় প্রতিসাম্যের নীতি ভেঙে সুপার গ্র্যাভিটি থেকে সবার প্রথম আলাদা হয়ে যায় মহাকর্ষ। কিন্তু তখনও তিন কোয়ান্টাম বল (তীব্র নিউক্লিয়, তড়িৎচুম্বকীয় ও মৃদু বল) যে প্রতিসাম্যের রীতিনীতি মেনে একত্রিত থাকে, তা গ্র্যান্ড ইউনিফায়েড তত্ত্ব (Grand Unified Theory বা GUT)। এ সময় স্ট্রং ফোর্স বিনিময়কারী গ্লুয়ন কণা, তড়িৎচুম্বকীয় বল বাহক ফোটন কণা এবং উইক ফোর্সের কণা ত্রয়ী ডব্লিউ প্লাস ( W+), ডব্লিউ মাইনাস (W-), জেড জিরো (Z°) – সব কণা ভরশূন্য। তাদের আলাদা আলাদা অস্তিত্ব নেই। তারা একসাথে খুব দ্রুত গতিতে (শূন্যস্থানে আলোকের বেগে) ছুটে বেড়ায়। কোয়ার্ক, লেপটন ও তাদের বিপরীত কণা এই যুগে তৈরি হয় বলে ধারণা করা হয়।

বিগ-ব্যাঙের পর ১০^(-৩৬) সেকেন্ড থেকে ১০^(-৩২) সেকেন্ড সময়কাল ইনফ্লেশন ইপক বা প্রসারণ অধিযুগ।এই সময়কালের ভেতর ব্রম্ভাণ্ড আয়তনে পূর্বের থেকে বেড়ে ১০^৭৮ গুন হয়। সোজা কথায়, যে কোন একমাত্রিক দৈর্ঘ্য (x / y / z) বরাবর ব্রম্ভাণ্ড ১০^২৬ গুন বাড়ে এবং তাপমাত্র ১০^২৮ °K থেকে দ্রুত কমে হয় ১০^২২ °K । একে সুপার-কুলিং দশা (Super cooling phase) বলে। উষ্ণতা দ্রুত হারে কমে যাওয়ায় কোয়ান্টাম ফোর্সের প্রতিসাম্য ব্যবস্থা ভেঙ্গে পড়ে। ইলেকট্রো-উইক বল (একসঙ্গে তড়িৎচুম্বকীয় ও মৃদু বল) থেকে স্ট্রং ফোর্স পৃথক হয়ে যায়। তখনও ভরহীন অবস্থায় অন্যান্য মৌলিক কনাসমূহের ন্যায়  গ্লুয়ন কণা আলোর গতিতে চতুর্দিকে ছোটে। 
                                   চিত্র - ৩

ইলেকট্রো-উইক ইপকের সূচনা ১০^(-৩২) সেকেন্ডে ও সমাপ্তি ১০^(-১২) সেকেন্ডে, যখন তাপমাত্রা ১০^২২ °K থেকে কমে ১০^১২ °K হয়। আগের চেয়ে তাপমাত্রা আরও কমায় ইলেকট্রো-উইক বল-এর প্রতিসমতার নীতিও ভেঙ্গে পড়ে। তা থেকে জন্ম নেয় বিশ্বের শেষ দু'জাতের বল – তড়িৎচুম্বকীয় বল (Electromagnetic Force) ও মৃদু বল (Weak Force)। ইলেকট্রো-উইক সিমেট্রি ভেঙ্গে বিশ্বে তখন এক নতুন ধরনের কোয়ান্টাম প্রভাব (Quantum Field)  বিরাজমান, যা হিগস প্রভাব (Higgs Field)  নামে পরিচিত। ধারণা করা হয় , হিগস প্রভাবের সরাসরি মদতে ইলেকট্রো-উইক সমতা বিঘ্নিত হয়। শুধু তাই নয়, অধ্যাপক মিলার বর্ণিত যে প্রভাবের জন্য  ভারী প্রতিপন্ন হওয়ায় থ্যাচার বা মন্ত্রীর গতি কমে যায়, কনাজগতে তা হিগস ফিল্ড নামে পরিচিত। এই প্রভাবের অভিক্রিয়ার কারণে মৃদু বল-এর কোয়ান্টাম ডব্লিউ-প্লাস, ডব্লিউ-মাইনাস, জেড-জিরো বোসন ( W+ , W- , Z° ) ভারী কণা ও ফোটন ভরহীন হয়েছে। আর ভারী হবার জন্য W+ , W- , Z° বোসনগুলি মন্থর হয়েছে, কিন্তু ফোটন আগের মতো তীব্র বেগে (সেকেন্ডে ২৯৯৭৯২ কিমি) চতুর্দিকে ঘুরে বেড়ায়। শুধু এরা নয়; কোয়ার্ক, লেপটন ও তাদের অ্যান্টি-পারটিক্যাল – সকল মৌলিক কনাকে হিগস ফিল্ডে ঈশ্বরকণা ওজন জুগিয়ে মন্থর করেছে। 

পাঠকের মনে সন্দেহ দানা বাঁধে, উষ্ণতা কমে গেলে মৌলিক বলগুলো এক এক করে  পৃথক হয়ে যায় কেন ? উচ্চ উষ্ণতায় অত্যাধিক শক্তি প্রতিসাম্য (Equilibrium)  সৃষ্টি করে। যেমন লোহার উপাদানের মধ্যে যে চৌম্বক বল বিরাজ করে, ৭৭০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় তা সম্পূর্ণ বিলুপ্ত হয়। সেই কারণে তাপমাত্রা পতনের সঙ্গে সঙ্গে ইলেকট্রো-উইক সিমেট্রি ব্রেকিং-এর পর বিশ্বে চার জাতের বল আজকের স্বাধীন সত্তায় বিমুক্ত হয়।

কোয়ার্ক অধিযুগ বিগ-ব্যাঙের পরে ১০^(-১২) সেকেন্ড থেকে ১০^(-০৬) সেকেন্ড পর্যন্ত ব্যপ্ত। তাপমাত্রা ১০^১২ °K থেকে কমে ১০^১০ °K হয়। এ সময় ব্রম্ভাণ্ড ঘন উষ্ণ কোয়ার্ক-গ্লুয়ন প্লাজমা অবস্থায় থাকে, যা প্রধানত কোয়ার্ক, লেপটন ও তাদের বিপরীত কণার দলা-পাকানো আগুনের গোলা। সার্নের লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডরে যে পরিমাণ শক্তির প্রত্যক্ষ মুক্তি ঘটে বলে পণ্ডিতদের অভিমত, তা এই ইপকের শক্তির সমান।
                                চিত্র - ৪

বিগ-ব্যাঙের পর ১০^(-০৬) সেকেন্ড থেকে এক সেকেন্ড পর্যন্ত সময়কাল হ্যাড্রন অধিযুগ। এখন উষ্ণতা ১০^১০ °K । এ কালে  স্ট্রং-ফোর্সের মদতে গ্লুয়ন কণা সরাসরি দুই বা তার অধিক কোয়ার্ক কণা সংযুক্ত করে ভিন্ন ভিন্ন ওজনের হ্যাড্রনস (বেরিয়ন ও বোসনকে একসঙ্গে হ্যাড্রন বলে) ও তার বিপরীত কণা অ্যান্টি-হ্যাড্রনস কনিকার সাম্রাজ্য তৈরি করে। একের বেশি কোয়ার্ক জোড়া লাগাতে গ্লুয়ন আঠার মতো কাজ করে।  উদাহরণ স্বরূপ বলা যায়, প্রোটন বা নিউট্রন তিনটি কোয়ার্ক দ্বারা গঠিত। কিন্তু পারটিক্যাল ও অ্যান্টি-পারটিক্যাল সমতা বেশি ক্ষণ স্থায়ী হয় না। সাম্যাবস্থার নিয়ম ভেঙ্গে ক্রমাগত অ্যান্টি-পারটিক্যালের সংখ্যা কমতে থাকে। বিগ-ব্যাঙের এক সেকেন্ড পর ১০^১০ °K তাপমাত্রায় নিউট্রিনো কণা বেরিয়নের (প্রোটন, নিউট্রন, সিগমা  ইত্যাদি) সঙ্গে সংঘর্ষ থেকে বিরত থাকে। এরজন্য পরবর্তী কালে নিউট্রনকে ধরা কঠিন হয়ে পড়ে। এ সময় বিশ্বের ব্যাসার্ধ  মাত্র দশ আলোকবর্ষ প্রায়। এক সেকেন্ড – দশ সেকেন্ড সময় লেপটন ও অ্যান্টি-লেপটন সমতাকাল।

এর পরের ০.০১ সেকেন্ড থেকে তিন মিনিট কাল " প্রথম তিন মিনিট ও তারপর... " পর্বে আলোচিত হয়েছে। সুতরাং বিগ-ব্যাঙ বিস্ফোরণে ব্রম্ভাণ্ডের সূচনা কাল থেকে  মৌলিক কনাসমূহের ভর জোগানো পর্যন্ত প্রক্রিয়াটি বেশ জটিল ও কঠিন।

Comments

Popular posts from this blog

মেদিনীপুরের বিজ্ঞানীদের কথা

মেদিনীপুরের চোখের মণি বিজ্ঞানী মণিলাল ভৌমিক /পূর্ণচন্দ্র ভূঞ্যা

মেদিনীপুরের রসায়ন বিজ্ঞানী ড. নন্দগোপাল সাহু : সাধারণ থেকে অসাধারণে উত্তরণের রোমহর্ষক কাহিনী /পূর্ণচন্দ্র ভূঞ্যা

মেদিনীপুরের পদার্থবিজ্ঞানী সূর্যেন্দুবিকাশ কর মহাপাত্র এবং তাঁর 'মাসস্পেকট্রোগ্রাফ' যন্ত্র /পূর্ণচন্দ্র ভূঞ্যা

ঋত্বিক ত্রিপাঠী / আত্মহত্যার সপক্ষে

রাষ্ট্রীয় মূল্যায়ন ও স্বীকৃতি পরিষদ (NAAC) এর মূল্যায়ন ও স্বীকৃতি: উদ্দেশ্য ও প্রস্তুতি - কলেজ ভিত্তিক অভিজ্ঞতা /সজল কুমার মাইতি

শ্রেণি বৈষম্যহীন সমাজই আদর্শ সমাজ 'কালের যাত্রা' নাটকের শেষ কথা/সন্দীপ কাঞ্জিলাল

অংশুমান কর

আসুন স্বীকার করি: আমরাই খুনী, আমরাই ধর্ষক /ঋত্বিক ত্রিপাঠী

প্রাচীন বাংলার জনপদ /প্রসূন কাঞ্জিলাল