নিউক্লিয়াস কীভাবে নিজেদের সংগঠিত করে তার একটি পরিষ্কার পরীক্ষা
যুক্তরাষ্ট্রের ডিপার্টমেন্ট অব এনার্জির থমাস জেফারসন ন্যাশনাল অ্যাক্সিলারেটর ফ্যাসিলিটির পদার্থবিজ্ঞানীরা পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানের দীর্ঘস্থায়ী এক প্রশ্নের নতুন সূত্র জানিয়েছেন: কোন প্রোটন ও নিউট্রন পরমাণুর কেন্দ্রে অল্প সময়ের জন্য ঘনিষ্ঠ, উচ্চ-ভরবেগের জোড়ায় আবদ্ধ হয়, তা কী নির্ধারণ করে?
Nature-এ প্রকাশিত এই কাজটি তথাকথিত শর্ট-রেঞ্জ করেলেশনস, বা SRCs, নিয়ে। এগুলো নিউক্লিয়নের মধ্যে ক্ষণস্থায়ী জোড়া, যা ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করে কেন কিছু প্রোটন ও নিউট্রন নিউক্লিয়াসের সরল চিত্রের তুলনায় অনেক দ্রুত চলে। SRCs কেবল নিউক্লিয়ার গঠন বোঝার জন্য নয়, বরং ঘন নিউক্লিয়ার পরিবেশ প্রোটন ও নিউট্রনের অভ্যন্তরীণ কুয়ার্ক গঠনকে প্রভাবিত করে কি না, তা অনুসন্ধান করতেও গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে।
আগের পরীক্ষাগুলো ইতিমধ্যেই একটি ধারা দেখিয়েছিল: যেসব নিউক্লিয়াসে নিউট্রন বেশি, সেগুলোতে এমন নিবিড়ভাবে সংযুক্ত জোড়ায় অংশ নেওয়া প্রোটনের সংখ্যাও বেশি হয়। কিন্তু এই সামগ্রিক প্রবণতা একটি কেন্দ্রীয় সমস্যাকে খোলা রেখেছিল। যখন প্রোটন, নিউট্রন এবং মোট ভর একসঙ্গে বদলে যায়, তখন কোন চলকটি আসলে প্রভাবটি চালাচ্ছে তা চিহ্নিত করা কঠিন হয়ে পড়ে।
নতুন গবেষণাটি সেই অস্পষ্টতা কমাতে তৈরি করা হয়েছিল। গবেষকদের মতে, বাছাই করা কিছু নিউক্লিয়াসের তুলনা করে তারা জোড়া গঠনের আরেকটি প্রয়োজনীয়তা আলাদা করতে পেরেছেন: শেল কাঠামো, যা নির্ধারণ করে প্রোটন ও নিউট্রন কোন কোয়ান্টাম অবস্থান দখল করতে পারে।
নিউক্লিয়াস নির্বাচন কেন গুরুত্বপূর্ণ ছিল
উৎসের বর্ণনা অনুযায়ী, দলটি ক্যালসিয়াম-40, ক্যালসিয়াম-48 এবং লোহা-54-এর মধ্যে একটি বিশেষ “CaFe” তুলনা ব্যবহার করেছে। আগের গবেষণার তুলনায় এই নিউক্লিয়াসগুলো নিউট্রন ও প্রোটন সংখ্যাকে আরও নিয়ন্ত্রিতভাবে বদলাতে সাহায্য করেছে।
ক্যালসিয়াম-40-এ 20টি প্রোটন ও 20টি নিউট্রন রয়েছে। ক্যালসিয়াম-48-এ প্রোটনের সংখ্যা একই থাকে, কিন্তু আটটি নিউট্রন যোগ হয়। লোহা-54, ক্যালসিয়াম-48-এর তুলনায় ছয়টি প্রোটন যোগ করে, আর তুলনার জন্য দরকারি একই মোট ভরের সম্পর্ক বজায় থাকে। এই বিন্যাস গবেষকদের প্রশ্ন করার সুযোগ দেয় যে নিউট্রন-সমৃদ্ধ নিউক্লিয়াসে দেখা অতিরিক্ত প্রোটন-নিউট্রন জোড়া কি কেবল সংখ্যার ব্যাপার, নাকি কণাগুলোর শেলে কুয়ান্টাম বিন্যাসও গুরুত্বপূর্ণ।
উৎসপাঠ অনুযায়ী, ফলাফল হলো শেল কাঠামোর ভূমিকা নির্ণায়ক। অর্থাৎ, প্রোটন ও নিউট্রন SRC জোড়া গঠনের সম্ভাবনা শুধু এটার ওপর নির্ভর করে না যে কোনো নিউক্লিয়াসে প্রোটন বেশি নাকি নিউট্রন বেশি। এটি নির্ভর করে সেই নিউক্লিয়াসের শেল-মডেল কাঠামোতে ওই নিউক্লিয়নগুলো কোথায় রয়েছে তার ওপরও।
এটি ফলটিকে কেবল একটি ধাপে ধাপে পরিসংখ্যানগত সংশোধন না রেখে, এমন একটি কাঠামোগত নিয়মের দিকে ইঙ্গিত করে যা তাত্ত্বিকদের এখন আরও স্পষ্টভাবে হিসাব করতে হবে।
স্বল্প-দূরত্বের করেলেশন কী প্রকাশ করে
স্বল্প-দূরত্বের করেলেশন অস্বাভাবিক, কারণ এগুলো সাধারণত বৃহত্তর গড় নিউক্লিয়ার ক্ষেত্রে চলমান কণাকে বর্ণনা করে, কিন্তু কখনও কখনও তারা এতটাই শক্তভাবে মিথস্ক্রিয়া করে যে ক্ষুদ্র, সাময়িক জোড়া তৈরি হয়। এই জোড়ায় একটি প্রোটন ও একটি নিউট্রন, দুটি প্রোটন বা দুটি নিউট্রন থাকতে পারে, যদিও আগের গবেষণায় প্রোটন-নিউট্রন জোড়া বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ ছিল।
SRC গবেষণা ইতিমধ্যেই বিজ্ঞানীদের নিউক্লিয়াস সম্পর্কে ভাবনার ধরন বদলে দিয়েছে। এটি উচ্চ-ভরবেগের নিউক্লিয়নের উপস্থিতি ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করেছে, ঘন স্থানীয় মিথস্ক্রিয়া কীভাবে তৈরি হয় সে সম্পর্কে ইঙ্গিত দিয়েছে, এবং এই প্রশ্নের দরজা খুলেছে যে এমন চরম স্থানীয় পরিবেশ কণাগুলোকেই বদলে দিতে পারে কি না।
জেফারসন ল্যাবের ফল এই ছবিতে একটি নতুন স্তর যোগ করেছে। যদি শেল কাঠামো জোড়া নির্বাচনে প্রভাব ফেলে, তবে নিউক্লিয়াস কেবল সংখ্যা-গণনার প্রতি সাড়া দেওয়া কণার ব্যাগ নয়। এর কোয়ান্টাম স্থাপত্য নির্ধারণ করে কোন কণাগুলো সঠিক উপায়ে কাছাকাছি এসে জোড়া বাঁধতে পারে।
নিউক্লিয়নের ক্ষুদ্র আচরণকে পদার্থের সামষ্টিক বৈশিষ্ট্যের সঙ্গে যুক্ত করতে চাওয়া নিউক্লিয়ার মডেলের জন্য এটি গুরুত্বপূর্ণ। এটি নিউট্রন-সমৃদ্ধ ব্যবস্থার হিসাবেও প্রাসঙ্গিক হতে পারে, যেখানে প্রোটন-নিউট্রন অসমতা বড় এবং শেল প্রভাব স্পষ্ট হতে পারে।
উন্নত পরিমাপের জন্য একটি “ম্যাজিক” পথ
উৎসপাঠে বলা হয়েছে, গবেষকেরা “ম্যাজিক নিউক্লিয়াস” ব্যবহার করেছেন, যা পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানে বিশেষভাবে স্থিতিশীল শেল বিন্যাসযুক্ত নিউক্লিয়াস বোঝাতে ব্যবহৃত শব্দ। এ ধরনের সিস্টেম পরিষ্কার মানদণ্ড দেয়, কারণ তাদের পূর্ণ শেল তুলনা সহজ করে এবং কাঠামোগত প্রভাবগুলোকে আলাদা করা সহজ হয়।
বাস্তবে, এটি দলটিকে আগের পরীক্ষার সীমাবদ্ধতার বাইরে যাওয়ার একটি উপায় দেয়, যেখানে ভর এবং প্রোটন-নিউট্রন অনুপাত একই সঙ্গে বদলাত। এখানে তুলনাগুলো আরও টাইট ছিল, ফলে শেল প্রভাব আরও স্পষ্ট হয়ে ওঠে।
পরীক্ষায় ইলেকট্রন স্ক্যাটারিং ব্যবহার করা হয়েছিল, যেখানে আগত ইলেকট্রন ভার্চুয়াল ফোটন নির্গত করে নিউক্লিয়াস থেকে প্রোটনকে ছিটকে বের করে দেয়। SRC-সম্পর্কিত উচ্চ-ভরবেগ কনফিগারেশনে নিউক্লিয়ন কতবার পাওয়া যায় তা দেখার জন্য এই কৌশলটি নিউক্লিয়ার পদার্থের অভ্যন্তরীণ গতিবিদ্যা অনুসন্ধানের এক মানক ও শক্তিশালী উপায়।
সুনির্দিষ্ট পরিমাপের সঙ্গে ইচ্ছাকৃতভাবে বাছাই করা নিউক্লিয়ার লক্ষ্য যুক্ত করে দলটি দেখাতে পেরেছে যে পুরোনো ব্যাখ্যাটি অসম্পূর্ণ ছিল। আপেক্ষিক সংখ্যা এখনও গুরুত্বপূর্ণ, কিন্তু পুরো গল্প সেটি নয়।
একটি পরীক্ষার বাইরেও কেন এটি গুরুত্বপূর্ণ
পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞান প্রায়ই ঠিক এই ধরনের সংকোচন প্রক্রিয়ার মাধ্যমেই এগোয়। প্রথমে বিস্তৃত ধারা আসে; তারপর আরও নিয়ন্ত্রিত তুলনা লুকিয়ে থাকা চলকগুলো চিহ্নিত করে। নতুন ফলটির গুরুত্ব হলো এটি নিউক্লিয়াসের মৌলিক উপাদানগুলো চরম নৈকট্যে কীভাবে আচরণ করে, তার নিয়ম আরও স্পষ্ট করে।
এর প্রভাব রয়েছে সেই তাত্ত্বিকদের জন্য, যারা নিউক্লিয়ার পদার্থের আরও পূর্বাভাসযোগ্য মডেল তৈরি করতে চান, বিশেষ করে এমন ব্যবস্থায় যেখানে শেল প্রভাব ও কণার অসমতা পাশাপাশি থাকে। এটি সতর্কতার সঙ্গে বাছাই করা মানদণ্ড নিউক্লিয়াস ব্যবহার করে এমন প্রশ্ন পরীক্ষা করার পক্ষেও যুক্তি জোরদার করে, যেগুলোর উত্তর একসঙ্গে অনেক আইসোটোপ ঘেঁটে পরিষ্কারভাবে পাওয়া যায় না।
এখনকার জন্য শিরোনামসুলভ আবিষ্কারটি সরল: নিউক্লিয়াসের মধ্যে প্রোটন-নিউট্রন জোড়া গঠন কেবল সেখানে কত প্রোটন ও নিউট্রন আছে তার ওপর নির্ভর করে না, বরং যে কোয়ান্টাম শেল কাঠামো তাদের সংগঠিত করে তার ওপরও নির্ভর করে। ফলে পদার্থবিদরা নিউক্লিয়াসের সবচেয়ে অধরা আচরণগুলোর একটি সম্পর্কে আরও নির্দিষ্ট নিয়মপুস্তিকা পেলেন।
এই নিবন্ধটি Phys.org-এর প্রতিবেদন অবলম্বনে। মূল নিবন্ধ পড়ুন.
Originally published on phys.org