ഡ്യൂണ്‍ -ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും വലിയ ക്രയോജനിക് കണികാ പരീക്ഷണശാല

44

Sabu Jose

ഡ്യൂണ്‍ -ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും വലിയ ക്രയോജനിക് കണികാ പരീക്ഷണശാല

സേണിലെ ലാർജ് ഹാഡ്രോണ്‍ കൊളൈഡറില്‍ നടത്തുന്ന കണികാ പരീക്ഷണങ്ങളേക്കാള്‍ ശാസ്ത്രലോകത്ത് പ്രധാന്യമുള്ളതാണ് ഡ്യൂണ്‍. ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണത്തിന് ആവശ്യമുള്ള ഡിറ്റക്ടറുകള്‍ സേണില്‍ നിർമിക്കാനാരംഭിച്ചുകഴിഞ്ഞു. 2024 ല്‍ ആദ്യ ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണം നടക്കും. 2027 ആകുമ്പോഴേക്കും പരീക്ഷണശാല പൂർണ സജ്ജമാകും. ന്യൂട്രിനോ പരീക്ഷണങ്ങളാണ് ഡ്യൂണില്‍ നടത്തുന്നത്. 68,000 ടണ്‍ ദ്രാവക ആർഗണ്‍ ആണ് ക്രയോജനിക് ഡിറ്റക്ടറില്‍ നിറക്കുന്നത്.

കണികാ ഭൗതികത്തിലും ജ്യോതിര്‍ ഭൗതികത്തിലും ഒരുപോലെ പ്രാധാന്യമുള്ളതാണ് ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണം. അതിലേറ്റവും പ്രധാനം പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഉല്പാത്തി രഹസ്യം തന്നെയാണ്. മഹാവിസ്‌ഫോടനത്തേത്തുടര്ന്ന് ദ്രവ്യവും പ്രതിദ്രവ്യവും കൂടിച്ചേര്ന്ന് ഊർജമായും, ഊര്ജം വീണ്ടും ദ്രവ്യ-പ്രതിദ്രവ്യങ്ങളുമാകുന്ന അവസ്ഥയില്‍ നിന്ന് ദ്രവ്യാധിപത്യമുള്ള പ്രപഞ്ചം എങ്ങനെ രൂപപ്പെട്ടുവെന്ന പ്രഹേളികയ്ക്ക് ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണത്തിലുടെ വിശദീകരണം നല്കാന്‍ കഴിയുമെന്നാണ് പ്രതിക്ഷിക്കുന്നത്. പ്രതിദ്രവ്യത്തെ മറികടന്ന് പ്രപഞ്ചത്തില്‍ ദ്രവ്യം ആധിപത്യം സ്ഥാപിച്ചതുകൊണ്ടാണ് വലിയ ഘടനകളായ ഗാലക്‌സികളും നക്ഷത്രങ്ങളുമെല്ലാം രൂപപ്പെട്ടത്. തുടര്ന്ന് നക്ഷത്രങ്ങൾക്ക് ചുറ്റും ഗ്രഹങ്ങളും അവയില്‍ ജീവനുമുണ്ടായി. എന്തുകൊണ്ടാണ് പ്രതിദ്രവ്യത്തിന് പകരം ദ്രവ്യം കൂടുതലുണ്ടായത് എന്ന ചോദ്യത്തിന് ഉത്തരം കണ്ടെത്താന്‍ കഴിഞ്ഞാല്‍ അത് ജ്യോതിര്‍ ഭൗതികത്തില്‍ നൂറ്റാണ്ടുകളായി നിലനില്ക്കുന്ന പ്രഹേളികയ്ക്കുള്ള വിശദീകരണമാകും. നാമമെങ്ങനെ ഇവിടെയത്തി എന്ന തത്വചിന്താപരമായ പരാമർശത്തിന് മറുപടിയുമാകും.

World's largest neutrino detector brings scientists closer to ...ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും വലിയ ക്രയോജനിക് കണികാ പരീക്ഷണശാലയാണ് ഡ്യൂണ്‍. ദശാബ്ദങ്ങള്ക്ക് മുമ്പ് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ പ്രവചിച്ച പ്രോട്ടോണ്‍ ശോഷണം തെളിയിക്കാന്‍ ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണത്തിന് കഴിയും. അതിലൂടെ ദ്രവ്യത്തിന്റെ സ്ഥിരതയും മൗലിക ബലങ്ങളുടെ ഏകീകരണവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധവും വ്യക്തമാകും. സ്ഥൂലമെന്നും സൂക്ഷമമെന്നുമുള്ള വേര്തിമരിവില്ലാതെ പ്രപഞ്ചപ്രതിഭാസങ്ങളെ ഒരു സിദ്ധാന്തത്തിന് കീഴില്‍ കൊണ്ടുവരാന്‍ കഴിയുമെന്ന ഐന്സ്റ്റൈന്റെ ഒരു നൂറ്റാണ്ടോളം പഴക്കമുള്ള സ്വപ്നത്തിന്റെ സാക്ഷാത്ക്കാരവുമാകും. തമോദ്വാരങ്ങളുടെ ഉള്ളില്‍ എന്താണ് സംഭവിക്കുന്നതെന്ന് ഇന്നും ശാസ്രതലോകത്തിന് വിശദീകരിക്കാന്‍ കഴിയില്ല. ക്ഷീരപഥത്തിന്റെ കേന്ദ്രത്തില്‍ നിന്നുപുറപ്പെടുന്ന ന്യൂട്രിനോകളേക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിലൂടെ തമോദ്വാരങ്ങളുടെയും ന്യൂട്രോണ്‍ താരങ്ങളുടെയും ശാസ്ത്രം കൂടുതല്‍ വ്യക്തമാക്കുന്നതിനും ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണം കൊണ്ട് കഴിയും.
ന്യൂട്രിനോകളുടെ പിണ്ഡം അളക്കുന്നതിന് കണികാ ഭൗതികത്തിന്റെ മാനക മാതൃകയായ സ്റ്റാന്ഡേ്ര്ഡ് മോഡലിന് ഇതുവരെ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല. ന്യൂട്രിനോകള്‍ ദ്രവ്യ കണികകളാണ്. അതുകൊണ്ടുതന്നെ അവയ്ക്ക് നാമമാത്രമായെങ്കിലും പിണ്ഡമുണ്ട്. എന്നാല്‍ അവ പ്രകാശവേഗതയിലോ അതിന്റെ തൊട്ടടുത്ത വേഗതയിലോ ആണ് സഞ്ചരിക്കുന്നത്.

Vital components of the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE ...പ്രകാശത്തേപ്പോലെ ദ്രവ്യവുമായി പ്രതി പ്രവര്ത്തനങ്ങളില്‍ ഏര്പ്പെ്ടാത്തതുകൊണ്ട് അവ ഏതു വസ്തുവില്ക്കൂടിയും അനായാസം തുളച്ചുകടന്നുപോകും. ഒരു സെക്കന്റില്‍ ഒരു ചതുരശ്ര സെന്റിമീറ്ററിനുള്ളില്‍ 50 കോടിയില്പരം ന്യൂട്രിനോകള്‍ നമ്മുടെ ശരീരവും ഭൂമിയും തുളച്ചു കടന്നുപോകുന്നുണ്ട്. പ്രപഞ്ചം നിറയെ ന്യൂട്രിനോകളാണെന്ന് പറയാം. ആകെ പ്രപഞ്ചദ്രവ്യത്തിന്റെ പിണ്ഡം കണക്കുകൂട്ടിയാല്‍ അതില്‍ ഏറിയപങ്കും സംഭാവന ചെയ്യുന്നത് ന്യൂട്രിനോകളാണ്. നാമമാത്ര പിണ്ഡമേ ഉള്ളുവെങ്കിലും അവയുടെ എണ്ണക്കൂടുതലാണ് ഇതിന് കാരണം. എന്നാല്‍ ഐന്സ്റ്റൈന്റെ ആപേക്ഷികതാ പ്രമാണമനുസരിച്ച് പിണ്ഡമുള്ള വസ്തുക്കള്ക്ക് പ്രകാശവേഗതയില്‍ സഞ്ചരിക്കാന്‍ കഴിയില്ല. ന്യൂട്രിനോകളുടെ പിണ്ഡം കൃത്യമായി കണ്ടെത്താന്‍ കഴിഞ്ഞാല്‍ അത് ആപേക്ഷികതയ്ക്കുള്ള വിശദീകരണം നല്കുെന്നതിനൊപ്പം സ്റ്റാന്ഡേര്ഡ് മോഡലിന്റെ കൃത്യതയ്ക്കും സഹായിക്കും. ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണത്തില്‍ ന്യൂട്രിനോകളുടെ പിണ്ഡം കൃത്യമായി നിര്ണയിക്കാന്‍ കഴിയുമെന്നാണ് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നത്.

പിടിതരാത്ത സ്വഭാവമാണ് ന്യൂട്രിനോകള്ക്കു ള്ളത്. ഒരു സ്രോതസ്സില്‍ നിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന ന്യൂട്രിനോകള്‍ അവയുടെ സഞ്ചാരപാതയില്‍ വച്ച് വ്യത്യസ്ത ഫ്‌ളേവറുകളായി മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കും. ന്യൂട്രിനോ ആന്ദോളനങ്ങള്‍ എന്നാണീ പ്രതിഭാസം അറിയപ്പെടുന്നത്. ലെപ്‌ടോണുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ചാര്ജ് പാരിറ്റി വയലേഷന്‍ എന്ന പ്രതിഭാസത്തിനും ന്യൂട്രിനോ ആന്ദോളനങ്ങള്ക്കും തൃപ്തികരമായ വിശദീകരണം നല്കാ്ന്‍ ഇതുവരെ സാധിച്ചിട്ടില്ല. ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണത്തിലൂടെ ഈ പരിമിതിയും മറികടക്കാന്‍ കഴിയുമെന്നാണ് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നത്.

ഇലക്‌ട്രോണ്‍ ന്യൂട്രിനോ, മ്യൂവോണ്‍ ന്യൂട്രിനോ, ടോ ന്യൂട്രിനോ എന്നിങ്ങനെ മൂന്ന് ന്യൂട്രിനോകളെയും അവയുടെ പ്രതിന്യൂട്രിനോകളെയുമാണ് ഇതുവരെ കണ്ടെത്തിയിട്ടുള്ളത്. ഇതിലുമധികം ന്യൂട്രിനോകള്‍ ഉണ്ടാകാനും സാധ്യതയുണ്ട്. കാരണം ഇലക്‌ട്രോണ്‍ ന്യൂട്രിനോ കണ്ടെത്തിയതിന് ശേഷമാണ് യഥാക്രമം മ്യൂവോണ്‍ ന്യൂട്രിനോയും ടോ ന്യൂട്രിനോയും കണ്ടെത്തിയത്. ഡ്യൂണിന്റെ ഉയര്ന്ന സംവേദനക്ഷമതയുള്ള ഡിറ്റക്ടറുകള്ക്ക് ഇതിലുമേറെ ന്യൂട്രിനോകള്‍ ഉണ്ടെങ്കില്‍ കണ്ടെത്താന്‍ കഴിയും. അത് സ്റ്റാന്ഡേൂര്ഡ് മോഡലില്‍ ചില കൂട്ടിച്ചേര്ക്കലുകള്‍ വരുത്താന്‍ ഭൗതിക ശാസ്ത്രജ്ഞരെ നിര്ബന്ധിതരാക്കും.

പാര്ട്ടിക്കിള്‍ ഫിസിക്‌സ് പ്രൊജക്ട് പ്രയോറിട്ടൈസേഷന്‍ പാനല്‍ എന്ന പേരില്‍ അറിയപ്പെടുന്ന ശാസ്ത്രസംഘമാണ് ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണത്തിന് പിന്നിലുള്ളത്. ഫെര്മിലാബിലും, 1300 കിലോമീറ്റര്‍ അകലെയുള്ള സാന്ഫോര്ഡ് അണ്ടര്ഗ്രൗ ണ്ട് റിസര്ച്ച് ഫെസിലിറ്റി സെന്ററിലുമായാണ് കണികാ പരീക്ഷണത്തിനുള്ള ഡിറ്റക്ടറുകള്‍ സജ്ജീകരിക്കുന്നത്. ഫെര്മിലാബില്‍ വച്ച് സൃഷ്ടിക്കുന്ന ന്യൂട്രിനോ പുഞ്ജത്തെ ഭൂമിക്കടിയിലൂടെ പായിച്ച് സാന്ഫോ്ര്ഡിലുള്ള ഡിറ്റക്ടറുകളിലെത്തിക്കും. ഈ ക്രയോജനിക് ഡിറ്റക്ടറുകള്‍ ഉയര്ന്ന സംവേദനക്ഷമതയുള്ളവയാണ്. ദ്രവ്യകണികകളുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കാത്തതുകൊണ്ട് ന്യൂട്രിനോ പരീക്ഷണങ്ങള്‍ കണികാ ശാസ്ത്രജ്ഞര്ക്ക് എന്നും വെല്ലുവിളിയാണ്. നിരവധി രാജ്യങ്ങളില്‍ നിരവധി ന്യൂട്രിനോ ഡിറ്റക്ടറുകളുണ്ടെങ്കിലും ന്യൂട്രിനോകളുടെ പിടിതരാത്ത സ്വഭാവം കാരണം അവയൊന്നും പ്രതീക്ഷിച്ച ഫലം ചെയ്യുന്നില്ല. അതുകൊണ്ടുതന്നെയാണ് ന്യൂട്രിനോകളുടെ പല സവിശേഷതകളും ഇന്നും ദുരൂഹമായി തുടരുന്നത്. എന്നാല്‍ ഡ്യൂണിലെ ക്രയോജനിക് ഡിറ്റക്ടറുകള്‍ ഈ പരിമിതി മറികടക്കുമെന്നാണ് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നത്.

സൂര്യന്‍, മററു നക്ഷത്രങ്ങള്‍, കോസ്മിക് കിരണങ്ങള്‍, ഗാലക്‌സികള്‍, തമോദ്വാരങ്ങളുടെ സംഭവ ചക്രവാളം, സൂപ്പര്നോ‍വകള്‍ എന്നിവയില്‍ നിന്നെല്ലാം ന്യൂട്രിനോകള്‍ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്. പ്രപഞ്ച രഹസ്യങ്ങളുടെ സന്ദേശ വാഹകരാണ് ന്യൂട്രിനോകള്‍. നക്ഷത്രക്കാമ്പില്‍ നിന്നുള്ള പ്രകാശകണികകള്‍ ദ്രവ്യത്തിന്റെ ഗുരുത്വാകര്ഷ്ണബലം കാരണം പുറത്തെത്താന്‍ കാലങ്ങളെടുക്കുമ്പോള്‍ ദ്രവ്യവുമായി പ്രതിപ്രവര്ത്തിക്കാത്ത ന്യൂട്രിനോകള്‍ അനായാസം പുറത്തെത്തും. നക്ഷത്ര കേന്ദ്രത്തില്‍ എന്താണ് സംഭവിക്കുന്നതെന്ന് ന്യൂട്രിനോ പഠനത്തിലൂടെ സാധിക്കും. സൂപ്പര്നോവ പോലെയുള്ള പ്രതിഭാസങ്ങള്‍ മുന്കൂട്ടി മനസ്സിലാക്കുന്നതിനും ഇതുവഴി കഴിയും. കാരണം സൂപ്പര്‍ നോവ സ്‌ഫോടനത്തിന്റെ പ്രകാശം ഭൂമിയിലെത്തുന്നതിനു മുമ്പുതന്നെ പൊട്ടിത്തെറിക്കാനൊരുങ്ങുന്ന നക്ഷത്രക്കാമ്പില്‍ നിന്നുള്ള ന്യൂട്രിനോകള്‍ ഭൂമിയിലെത്തിയിരിക്കും. മഹാവിസ്‌ഫോടനത്തേതുടര്ന്ന് പ്ലാസ്മാവസ്ഥയില്‍ ദ്രവ്യം രൂപപ്പെട്ട മൂന്ന് ലക്ഷം വര്ഷങ്ങള്‍ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അവസ്ഥ എന്താണെന്ന് നമുക്ക് അറിയാന്‍ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല. അതാര്യമായ പ്ലാസ്മയിലൂടെ ഫോട്ടോണുകള്ക്ക് സഞ്ചരിക്കാന്‍ കഴിയാത്തതുകൊണ്ടാണിത്. എന്നാല്‍ ന്യൂട്രിനോകൾക്ക് പ്ലാസ്മ തുളച്ചുകടന്ന് സഞ്ചരിക്കാന്‍ കഴിയും. അതുകൊണ്ടുതന്നെ ന്യൂട്രിനോ പഠനങ്ങള്‍ കണികാ ഭൗതികത്തിലേതുപോലെ കോസ്‌മോളജിയിലെയും ചൂടുള്ള വിഷയമാണ്.

ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണശാലയുടെ തുരങ്ക നിര്മാ ണത്തിനായി ഇതുവരെ 8,70,000 ടണ്‍ പാറ പൊട്ടിച്ച് നീക്കം ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. ലോകമെമ്പാടുമുള്ള നിരവധി ശാസ്ത്രജ്ഞരും സാങ്കേതിക വിദഗ്ധരും ഈ പദ്ധതിയില്‍ സഹകരിക്കുന്നുണ്ട്. ശാസ്ത്ര ഗവേഷണങ്ങള്ക്കു് പുറമെ നിരവധി തൊഴിലവസരങ്ങളും ഡ്യൂണ്‍ പ്രധാനം ചെയ്യുന്നുണ്ട്. ഇന്ത്യയും ഡ്യൂണ്‍ പരീക്ഷണത്തില്‍ പങ്കാളിയാണ്.