நோபல் பரிசு: நியூட்ரினோக்களின் வேஷத்தை கலைத்த விஞ்ஞானிகள்

இயற்பியலுக்கான 2015-ம் ஆண்டுக்கான நோபல் பரிசு ‘நியூட்ரினோ வகை மாறல்’ எனப்படும் புதுமைத்தன்மையைக் கண்டுபிடித்த, ஜப்பானைச் சார்ந்த தகாகி கஜிதாவுக்கும் (56) கனடாவைச் சார்ந்த ஆர்தர் மெக்டொனால்டுக்கும் (72) தரப்பட்டுள்ளது. தகாகி கஜிதா டோக்கியோவிலுள்ள காஸ்மிக் கதிர்கள் ஆய்வு மையத்தின் இயக்குநர். ஆர்தர் மெக்டொனால்டு கிங்ஸ்டன் நகரிலுள்ள குவீன்ஸ் பல்கலைக்கழகத்தில் விரிவுரையாளர்.

பிரபஞ்சத்தின் நியூட்ரினோ மழை

புரோட்டான், நியூட்ரான் முதலிய அணுத்துகள்களைவிட நுணுக்கமான அடிப்படைத் துகள்களான குவார்க்ஸ், எலக்ட்ரான் போல மிக அடிப்படையான துகள்களில் ஒன்றுதான் நியூட்ரினோ. பொதுவாக, நியூட்ரினோ என்று சொன்னாலும் உள்ளபடியே எலக்ட்ரான்- நியூட்ரினோ, மியூவான்-நியூட்ரினோ மற்றும் டாவ்-நியூட்ரினோ என மூன்று வகை (flavour) நியூட்ரினோக்கள் உள்ளன.

போட்டான் (photon) எனப்படும் ஒளித்துகள்களுக்கு அடுத்தபடியாகப் பிரபஞ்சத்தில் கூடுதல் எண்ணிக்கை அளவில் உள்ள துகள்கள் நியூட்ரினோ துகள்கள்தாம். எந்தவகையான நியூட்ரினோ துகள்களுக்கும் நேர் அல்லது எதிர் மின்னேற்றங்கள் கிடையாது. ஏறத்தாழ ஒளியின் வேகத்தில் இந்தத் துகள்கள் சூரியன் உள்ளிட்ட பிரபஞ்சத்தின் பல்வேறு பகுதிகளிலிருந்தும் பூமியை வந்தடைகின்றன.

ஆற்றலையும் பொருளையும் அழிக்கவும் முடியாது, ஆக்கவும் முடியாது என்பது அடிப்படை அறிவியல் விதி. எனவே, எந்த வினையின் முதலிலும் இறுதியிலும் ஆற்றல் + பொருளின் கூட்டுத்தொகை சமமாக இருக்கவேண்டும். ஆனால் 1930- களில் விஞ்ஞானிகள் ‘பீட்டா சிதைவு’ (Beta decay) எனும் இயற்கை கதிரியக்க இயக்கத்தினை ஆராய்ந்தபோது முதலில் இருந்த ஆற்றல்தொகை பீட்டா கதிரியக்கத்துக்குப் பிறகு உள்ள துகள்களில் இருக்கவில்லை என்பதைக் கண்டு வியந்தனர். குறிப்பிட்ட அளவில், ஆனால் மிக நுண்ணியமான அளவில் ஆற்றல் காணாமல் போயிருந்தது.

மாட்டிக்கொண்ட நியூட்ரினோ திருடன்

இந்தச் சூழலில்தான் 1930-ல் பாலி (Wolfgang Pauli) எனும் விஞ்ஞானி இதுவரை நமக்குத் தெரியாத ஒரு துகள் இருக்கவேண்டும் என்றும் ‘பீட்டா சிதைவில்’ இந்தத் துகள்தான் காணாமல் போன ஆற்றலை எடுத்துக்கொள்கிறது என்று ஒரு கருதுகோளை முன்வைத்தார். இத்தாலிய- அமெரிக்க விஞ்ஞானி என்றிகோ பெர்மி (Enrico Fermi) இத்தாலிய மொழியில் ‘நியூட்ரினோ’ என அதற்குப் பெயர் சூட்டினார்.

ஊகங்கள் மட்டுமே அறிவியல் அல்ல. நியூட்ரினோத் துகள்கள் இருக்கின்றன என்பதற்கு நேரடியான சான்றுகள் வேண்டும். கிளைவ் கோவான்(Clyde Cowan), பிரடெரிக் ரெயின்ஸ்(Fred Reines) இருவரும் சேர்ந்து அணு உலைகள் வெளிப்படுத்தும் நியூட்ரினோக்களை நேரடியாக இனம் காணும் ஆய்வைச் செய்தனர். அணு உலையில் ஏற்படும் வினை வழியாக நியூட்ரினோவும் பாசிட்ரான் (positron) துகள்களும் வெளிப்பட வேண்டும்.

உள்ளபடியே நியூட்ரினோ வெளிப்பட்டால் அது ஆய்வுக்காக வைக்கப்பட்ட காட்மியம் உடன் வினைபுரிந்து பாசிட்ரான் வெளிப்படுத்தும் காமா கதிர்களுக்குப் பிறகு சரியாக ஐந்து மைக்ரோ வினாடிகளுக்குப் பிறகு காமா கதிர்களை வெளிப்படுத்தவேண்டும். ஜோடியாக ஐந்து மைக்ரோ வினாடிகளுக்கு இடைவெளியில் காமாக் கதிர்கள் வெளிப்படுகின்றனவா என்பதைத் துல்லியமாக உற்றுநோக்கினார்கள். இறுதியில் 1956- ம் ஆண்டு நியூட்ரினோ வின் இருப்பை உறுதி செய்தனர்.

கடக்கும் பேய் போல நியூட்ரினோ

உள்ளபடியே சூரியன் ஒவ்வொரு நொடியும் 1.73 க்குப் பிறகு 38 பூஜ்யங்களை போட்டால் வரும் எண்தொகையின் அளவுக்கு எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோக்களை எல்லாத் திசைகளிலும் உமிழ்கிறது. இவை பூமியை வந்து அடைந்து ஒவ்வொரு நொடியும் ஒரு சதுர சென்டிமீட்டர் அளவு இடத்தில், அதாவது நமது பெருவிரல் நகத்தின் அளவு இடத்தின் ஊடாக சுமார் 6 கோடியே 50 லட்சம் நியூட்ரினோக்கள் பாய்ந்து செல்கின்றன.

திரைப்படங்களில் வரும் பேய் ஒரு வீட்டின் மூடிய கதவுகளை அலட்சியமாகக் கடந்து வருவதுபோல நியூட்ரினோக்கள் பூமியைக் கடந்து செல்லும். இதில் கவனிக்க வேண்டியது சூரிய நியூட்ரினோக்கள் பகலில் தலைவழியாக கடந்து சென்றால் இரவில் கால்வழியாகக் கடக்கும். எனவே பகல், இரவு என எல்லா நேரமும் நமது உறுப்புகள் அனைத்தும் நியூட்ரினோக்களின் அடை மழையில்தான் நனைந்தபடி உள்ளன.

1964- ல் ரெய்மாண்டு டேவிஸ் (Ray Davis) ஹோம்ஸ்டேக் (Homestake) பரிசோதனையில் சூரிய எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோக்களை இனம் காண முயற்சி செய்தனர். சூரிய எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோக்கள் வெகு அரிதாக வினைபுரிந்து க்ளோரின்-37 எனும் ஐசோடோப்பு, ஆர்கான்-37 எனும் ஐசோடோப்பாக உருமாறும்.

ஒரு தொட்டியில் ஆயிரக்கணக்கான கிலோக்கள் அளவு உள்ள க்ளோரின்-37-ஐ நிரப்பி 1964-லிருந்து 1994 -ம் ஆண்டு வரை 30 ஆண்டுகளுக்கு அதில் ஏற்படும் வினைகள் தொகுக்கப்பட்டன. இந்த ஆய்வில் புதிய இரண்டாயிரம் ஆர்கான் அணுக்களை இனம் கண்டு சூரியனிலிருந்து வெளிப்படும் நியூட்ரினோக்களை அவர்கள் உறுதி செய்தனர்.

ஒரு தொட்டியில் ஆயிரக்கணக்கான கிலோக்கள் அளவு உள்ள க்ளோரின்-37-ஐ நிரப்பி 1964-லிருந்து 1994 -ம் ஆண்டு வரை 30 ஆண்டுகளுக்கு அதில் ஏற்படும் வினைகள் தொகுக்கப்பட்டன. இந்த ஆய்வில் புதிய இரண்டாயிரம் ஆர்கான் அணுக்களை இனம் கண்டு சூரியனிலிருந்து வெளிப்படும் நியூட்ரினோக்களை அவர்கள் உறுதி செய்தனர்.

வேஷம் மாற்றிய நியூட்ரினோ

இந்த ஆய்வு சூரிய நியூட்ரினோக்களை உறுதி செய்தாலும் புதிய புதிரைத் தோற்றுவித்தது. உள்ளபடியே 30 ஆண்டுகளில் சுமார் 6,000 வினைகள் ஏற்படும் என விஞ்ஞானிகள் கணித்திருந்தனர். கிடைத்ததோ வெறும் 2,000. (சுமார் மூன்றில் ஒரு பங்கு). இந்தப் பின்னணியில்தான் ஜப்பானிலுள்ள ‘சூப்பர்-காமியோகன்டே' நியூட்ரினோ ஆய்வு மையத்தில் தகாகி கஜிதா வளிமண்டல நியூட்ரினோக்கள் பற்றிய தமது ஆய்விலும் அந்தப் புதிரைக் கண்டார்.

வளிமண்டலத்தில் காஸ்மிக் கதிர்கள் இரண்டு மியூவான் நியூட்ரினோக்களுக்கு ஒரு எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோ என்ற விகிதத்தில் வினை ஏற்படுத்தும். டாவ் நியூட்ரினோ உற்பத்தி செய்யாது. கிடைத்த தரவுகளை ஆராய்ந்து பார்த்தபோது உள்ளபடியே 1.3- லிருந்து 1 என்ற விகிதத்தில்தான் மியூவான் மற்றும் எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோக்கள் ஏற்படுவதைக் கண்டார். மேலும் நமது தலைக்கு மேல் உள்ள வளிமண்டலத்திலிருந்து வரும் மியூவான் எலக்ட்ரான் மற்றும் நியூட்ரினோக்களின் விகிதம்தான் நமது காலுக்கு அடியில் உள்ள பகுதியிலிருந்தும் வர வேண்டும்.

ஆனால், அளவு செய்து பார்த்தபோது தலைக்கு மேலிருந்து வருவதைவிட குறைவான விகிதத்தில்தான் மியூவான் மற்றும் எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோக்கள் கால்பகுதியிலிருந்து வெளிப்பட்டன.

இது இயற்கையில் சாத்தியம் இல்லை. தலை, கால் இரண்டு பகுதியிலும் அதே வளிமண்டலம்தான். அதே காஸ்மிக் கதிர்கள்தான். எனவே, இரண்டு பக்கமும் ஒரே அளவு எலக்ட்ரான் மியூவான் நியூட்ரினோ விகிதம்தான் வெளிப்படவேண்டும்.

இந்தப் புதிரை ஆராய்ந்த தகாகி கஜிதா மேலும் வியப்பான செய்தியைக் கண்டார். நியூட்ரினோ மூன்று வகைப்படும் அல்லவா? தலை, கால் ஆகிய எந்தப் பகுதியை எடுத்துக்கொண்டாலும் எல்லாத் திசையிலிருந்தும் மூன்று வகைகளின் மொத்தக் கூட்டுத்தொகைகள் சமமாக இருந்தன. மேலும் தலைப்பகுதியை தொடும் டாவ் நியூட்ரினோக்கள் மிகக் குறைவாகவும் கால் பகுதியை செறிவாகவும் தொட்டன. அதாவது வளிமண்டலத்திலிருந்து கூடுதல் தொலைவு பயணித்து கால் பகுதியில் பட்ட மியூவான் நியூட்ரினோக்கள் எப்படியோ வேறு வகை நியூட்ரினோக்களாக வகை மாற்றம் பெற்றுள்ளன என இந்த ஆய்வை விளக்கினார் தகாகி கஜிதா.

நியூட்ரினோக்களின் நிறை

வகைமாறல் ஏற்பட்டால் என்ன ஆகும்? நம் தலைப் பகுதிக்கு வளிமண்டலத்திலிருந்து வரும் மியூவான் மற்றும் எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோக்கள் வகைமாறல் ஏற்படத் தேவையான கால அவகாசம் இல்லாமல் அப்படியே ஆய்வகத்தில் உள்ள ஆய்வுக்கருவியில் வந்து படுகின்றன.

ஆனால், நமது கால் பகுதியில் உள்ள பூமியைத் தாண்டி உள்ள வளிமண்டலத்தில் உற்பத்தியாகும் நியூட்ரினோக்கள் பூமியின் விட்டமான சுமார் 12 ஆயிரம் கிலோ மீட்டர்களை கூடுதலாகப் பயணம் செய்துதான் ஆய்வுக்கருவியை அடைவதால் அதற்குள் டாவ் நியூட்ரினோ உள்ளிட்ட வேறு வகையான நியூட்ரினோக்களாக சில மியூவான் நியூட்ரினோக்கள் மாறிவிடும். எனவே, கால் பகுதியிலிருந்து வரும் மியூவான் நியூட்ரினோக்களின் எண்ணிக்கையின் அளவு குறைந்துவிடும் என விளக்கினார் தகாகி கஜிதா.

வளிமண்டலத்திலிருந்து மட்டுமல்ல, சூரியனிலிருந்து வரும் நியூட்ரினோக்களும் அதேபோல வகை மாற்றம் அடைவதை, தகாகி கஜிதாவின் கண்டுபிடிப்புக்கு 3 ஆண்டுகள் கழித்து, கனடாவின் சட்பரி நியூட்ரினோ ஆய்வு மையத்தில் ஆர்தர் மெக்டொனால்டு கண்டறிந்தார். சூரியன் வெறும் எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோக்களைத்தான் உற்பத்தி செய்கிறது.

15 கோடி கிலோமீட்டர்கள் பயணம் செய்த சூரிய எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோ பூமியை அடையும் போது இருக்க வேண்டிய எண்ணிக்கையில் இல்லை. ஆனால், மற்ற இரண்டு வகை நியூட்ரினோக்களையும் சேர்த்தால் எண்ணிக்கை பொருந்தி வந்தது. இதிலிருந்து நியூட்ரினோக்கள் வகை மாற்றம் ஆவது உறுதி செய்யப்பட்டது.

சூரியன் உமிழும் எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோ ஆழ்விண்வெளியில் சுமார் 15 கோடி கிலோமீட்டர்கள் தொலைவு கடந்து பூமியை அடையும் போது அதில் ஒரு பகுதி மியுவான் நியூட்ரினோக்களாகவும் ஒரு பகுதி டாவ் நியூட்ரினோக்களாகவும் மாறிவிடுகின்றன.

இந்த சாதனைக்குத்தான் இந்த ஆண்டின் இயற்பியல் நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டுள்ளது.

தொடர்புக்கு: tvv123@gmail.com